Fe-Cr-W合金内富Cr团簇形核析出动力学的原子动力学蒙特卡罗模拟

作者：贾丽霞; 王东杰; 王瑾; 曹金利; 豆艳坤; 吴石; 贺新福; 杨文^*

来源：原子能科学技术, 2023, 57(07): 1385-1396.

• 低活化铁素体马氏体钢
• 富Cr团簇
• 原子动力学蒙特卡罗方法
• 析出动力学

低活化铁素体马氏体钢被认为是第四代堆及聚变反应堆候选结构材料之一。低活化铁素体马氏体钢以Fe-Cr为基体，W是其中重要的溶质元素。低温辐照脆化行为是限制低活化铁素体马氏体钢服役的重要问题之一。服役过程中析出的团簇因阻碍位错运动而引起材料硬化脆化。深入理解服役过程中团簇析出行为有助于认识低活化铁素体马氏体钢的低温辐照脆化问题。基于优化后的自主开发程序MIET＿AKMC,利用原子动力学蒙特卡罗(atomic kinetic Monte Carlo, AKMC)方法研究了Fe-Cr(8%,10%,16%,20%)-W(1%,2%)合金在热老化条件下富Cr团簇形核析出动力学行为。结果表明，热老化后Cr原子析出形成富Cr的团簇，W仍保持固溶状态。Cr团簇析出分为形核、长大、粗化3个阶段。在团簇开始粗化时，团簇平均半径约(0.57±0.03) nm,且该值不受温度和Cr含量的影响。W会延迟团簇析出动力学过程，尤其是当Cr含量为10%时，延迟效果最明显，这是因为Cr含量为10%时，体系SRO参数绝对值达最大；W延迟效果得益于W与空位间较强的结合能(0.14 eV,空位与Cr结合能为0.06 eV)。从模拟结果可知，除已知的固溶强化外，W元素加入会通过延迟富Cr团簇析出从而有益于Fe-Cr钢性能，因为富Cr团簇会引起Fe-Cr合金硬化、脆化。

• 出版日期2023
• 单位中国原子能科学研究院