與現(xiàn)有壓水反應(yīng)堆相比，第四代核電反應(yīng)堆面臨著服役溫度更高、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、輻照劑量更大的苛刻服役工況。堆容器、堆內(nèi)構(gòu)件作為承載冷卻劑和傳熱介質(zhì)的重要屏障，是設(shè)計(jì)壽期內(nèi)不可更換的關(guān)鍵部件，其安全可靠性是反應(yīng)堆安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。奧氏體不銹鋼大量用于鈉冷快堆、鉛鉍快堆等四代核電堆容器堆內(nèi)構(gòu)件的制造，其在服役工況下的穩(wěn)定性直接決定了設(shè)備服役壽期，探究高溫組織穩(wěn)定性機(jī)制是長壽命奧氏體鋼研發(fā)的關(guān)鍵。

       近期，中國科學(xué)院金屬研究所特種合金研究部在前期高溫δ鐵素體演變行為對奧氏體不銹鋼力學(xué)性能和腐蝕性能影響研究的基礎(chǔ)上（Metall. Mater. Trans. A,51 (2020) 2998; J. Mater. Sci. Technol.,114 (2022) 7;Mater. Charact.,211 (2024) 113930），進(jìn)一步揭示了服役溫度下新型硅增強(qiáng)奧氏體不銹鋼中高溫δ鐵素體分解的新機(jī)制。與傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼中高溫δ鐵素體快速分解的現(xiàn)象不同，硅增強(qiáng)奧氏體不銹鋼中高溫δ鐵素體分解被抑制，取而代之的是誘發(fā)了相鄰?qiáng)W氏體的分解（圖1）。首先，二次M₂₃C₆碳化物的優(yōu)先形成在消耗C含量的同時(shí)，會將Si排斥至周圍奧氏體，誘導(dǎo)富Si貧C微區(qū)內(nèi)奧氏體向α鐵素體的轉(zhuǎn)變（圖2）。其次，二次M₂₃C₆碳化物粗化過程導(dǎo)致Ni和Si原子被逐漸排斥至M₂₃C₆/γ和M₂₃C₆/α界面，Ni和Si之間的強(qiáng)烈吸引作用，促進(jìn)了M₆C碳化物和G相的析出（圖3）。隨著奧氏體分解的進(jìn)行，M₆C/α界面上較高的應(yīng)變不相容導(dǎo)致脆性解理斷裂，顯著降低合金沖擊韌性。這一新機(jī)制的澄清為耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的長壽命奧氏體不銹鋼研制提供了理論基礎(chǔ)。

      相關(guān)結(jié)果以“Austenite decomposition behavior adjacent to δ-ferrite in a Si-modified Fe-Cr-Ni austenitic stainless steel during thermal aging at 550 °C”為題發(fā)表于Acta Materialia 272 (2024) 119948。博士生謝昂為第一作者，陳勝虎研究員和戎利建研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中核集團(tuán)領(lǐng)創(chuàng)科研項(xiàng)目和中核集團(tuán)青年英才項(xiàng)目的資助。

圖1. 高溫δ鐵素體相鄰?qiáng)W氏體的分解過程

圖2. 高溫δ鐵素體周圍M₂₃C₆優(yōu)先形成導(dǎo)致富Si貧C微區(qū)的形成

圖3. M₂₃C₆粗化排斥Ni和Si原子誘導(dǎo) M₆C的析出