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辐照对锆合金氢致延迟开裂行为的影响

锆合金；氢致延迟开裂；多场耦合；氢致脆化； 辐照损伤

锆合金作为压水堆包壳管与重水堆压力管的常用材料，具有机械强度高、耐腐蚀性能好、热中子吸收截面小等优点。在堆内服役过程中锆合金会发生吸氢现象，进而产生氢致延迟开裂（DHC）行为，严重威胁锆合金构件结构完整性和堆芯安全性。本文发展了考虑辐照损伤效应的多场耦合数学模型、算法及程序，计算分析了辐照条件下锆合金氢致延迟开裂行为，获得了不同辐照剂量下的稳态阶段DHC速率计算结果，与实验结果符合较好，验证了模型、算法及程序的有效性。研究结果表明，随着辐照剂量的增加，β相锆合金内铌浓度将会减小，这将导致氢原子在锆合金内扩散速率增加，氢致延迟开裂速率也因此增加。同时，锆合金的初始屈服强度随着辐照剂量增加而升高，产生辐照硬化效应，这趋向于提高裂纹尖端区域静水应力梯度、固溶氢原子浓度梯度及氢原子扩散通量。锆合金内聚能随着辐照剂量的增加而减小，导致材料产生辐照脆化，更快达到开裂条件。在上述三方面因素的共同作用下，实际的氢原子扩散通量随辐照剂量增加而增大，氢致延迟开裂速率也因此增大。本文为氢致延迟开裂行为的深入研究奠定了基础。