High-Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications (Monograph (American Society pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:ASTM International

作者:Ronald L. Klueh

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-07

价格:USD 214.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780803120907

丛书系列:

图书标签:

• 1，2，3，4，5，6
• High-Chromium Steels
• Ferritic Steels
• Martensitic Steels
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• Nuclear Applications
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• Corrosion Resistance
• High-Temperature Materials

《面向核应用的双相与马氏体钢：材料科学、工程挑战与前沿进展》 导言：核能时代的材料基石 在当代能源结构转型和应对气候变化的宏大背景下，核能以其高能量密度、低碳排放的特性，继续在全球能源版图中占据核心地位。然而，核能系统的安全、可靠与长寿命运行，无不依赖于支撑反应堆核心及关键部件的先进结构材料。在这些严苛的环境中，材料必须承受极端的温度、高剂量的中子辐照、腐蚀介质的长期侵蚀以及机械应力的交变。 本书深入探讨了在这些极端条件下表现出卓越性能的一类关键材料——高铬铁素体和马氏体钢（High-Chromium Ferritic and Martensitic Steels, F/M Steels）。这类钢材，特别是那些铬含量显著高于传统不锈钢的等级，因其在抗蠕变、抗辐照脆化以及良好的加工性之间的平衡，成为新一代快堆（Fast Reactors, FRs）、高温气冷堆（High-Temperature Gas-cooled Reactors, HTGRs）以及未来聚变反应堆（Fusion Reactors）首选的结构与包壳材料。 本书旨在提供一个全面、深入且注重工程应用的知识体系，涵盖从基础冶金学到实际服役性能评估的全过程，为材料科学家、反应堆工程师、设计人员及法规制定者提供重要的参考。 --- 第一部分：基础冶金学与微观结构演变 本部分奠定了理解F/M钢性能的基础，重点剖析了铬含量对材料微观结构、相变行为和热力学稳定性的核心影响。 第一章：高铬铁素体与马氏体钢的冶金学分类与设计原理 详细界定了铁素体钢（如10-14% Cr等级）和马氏体钢（如9-12% Cr等级，如T91、P92等热作钢族系）的化学成分范围、微观组织特征及其在核应用中的基本定位。讨论了钼、钒、钨等关键合金元素的协同作用，如何稳定铁素体基体、析出碳化物和碳氮化物，并精确控制马氏体相变。强调了“设计原则”——即通过合金化手段，在保证高温度强度的同时，提高对辐照损伤的抵抗力。 第二章：相变动力学与热处理对组织控制的影响 深入研究了从奥氏体化到冷却过程中，钢材内部的相变机制，包括贝氏体转变、马氏体生成及回火过程。详细阐述了关键热处理工艺（如规范化、回火、正火加回火）如何影响最终的残余应力分布、晶粒尺寸、碳化物形貌和分布。对于铁素体钢，重点分析了“475°C脆化”和“$sigma$相”的析出，以及如何通过合金成分（特别是铬含量）进行规避或控制。 第三章：辐照对微观结构和机械性能的初始影响 这是核材料研究的核心挑战。本章聚焦于低剂量和中等剂量辐照（特别是中子轰击）下，材料内部发生的原子尺度变化。讨论了点缺陷（空位、间隙原子）的产生、迁移及其与合金元素的相互作用。分析了黑洞（voids）的形成机制，以及辐照诱发的纳米级沉淀物（如“净沉淀物”或“黑斑”）对位错滑移和材料硬化的影响。 --- 第二部分：服役性能：关键挑战与评估方法 本部分将理论知识应用于实际的反应堆工况，探讨F/M钢在极端环境下的关键性能指标。 第四章：高温蠕变与断裂行为 探讨了在反应堆运行温度下（通常高于500°C），蠕变如何成为结构完整性的主要限制因素。详细解析了蠕变变形的机理，特别是稳态蠕变阶段的速率控制因素。着重分析了高铬F/M钢中，稳健的析出相（如M$_{23}$C$_{6}$、MX相）如何钉扎位错，从而提高抗蠕变性能。讨论了基于时间-温度参数（如Larson-Miller参数）的长期寿命预测方法。 第五章：辐照下力学性能的劣化（辐照脆化与硬化） 深入研究高剂量的中子辐照如何导致材料的塑性急剧下降和韧性转变温度（DBTT）的升高。阐述了辐照引起的“辐照诱发位错环的形成”和“纳米级奥氏体区域（NRA）”在马氏体钢中的作用。对比了铁素体钢和马氏体钢在辐照脆化程度上的差异，以及如何通过预先热处理（如预先回火）来优化其抗辐照性能。 第六章：辐照引起的体积变化与尺寸稳定性 体积变化（Swelling）是反应堆结构件面临的长期问题。本章详细分析了空隙（void）的成核与生长过程，以及它如何导致材料体积的净膨胀。讨论了合金成分（如Ti、Ni）对空隙形成临界剂量的影响。同时，讨论了“辐照蠕变”现象，即在应力作用下，体积变化加速，对反应堆堆芯组件的精确几何尺寸保持提出挑战。 第七章：腐蚀与氢脆：与冷却剂的相互作用 针对不同类型的反应堆环境（如液态金属冷却剂、先进气体冷却剂或水冷系统），分析了F/M钢的腐蚀特性。重点关注液态钠环境中的元素迁移（如铬、钼的溶解与再沉积）和对材料强度的连锁反应。在涉及氢或氘的环境中（如聚变堆），探讨了氢化物在晶界和缺陷处的聚集导致的氢脆敏感性。 --- 第三部分：先进技术与未来展望 本部分聚焦于材料的制造、测试方法以及面向下一代反应堆的材料创新。 第八章：先进的制造与连接技术 讨论了高铬钢的焊接工艺，如激光焊、电子束焊和摩擦搅拌焊（FSW）在连接关键结构部件中的应用。重点分析焊接区域的热影响区（HAZ）的组织变化和性能退化，特别是马氏体钢在HAZ中可能出现的“软化”问题，以及通过优化填充材料和后焊热处理（PWHT）进行控制的策略。 第九章：材料表征与寿命预测的实验技术 详细介绍了用于评估服役中F/M钢的关键实验技术。包括：高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）和原子探针层析（APT）在纳米尺度析出物分析中的应用；加速测试技术，如离子辐照模拟中子辐照（用于早期筛选）；以及基于断裂力学和损伤累积模型的残余寿命预测模型。强调了从材料性能数据到反应堆安全分析的转化过程。 第十章：面向第四代反应堆和聚变能的新型F/M钢 展望了下一代反应堆对材料提出的更高要求（如更高的工作温度、更长的服役寿命）。介绍了先进的奥氏体无磁钢（如ODS钢）以及超低活化铁素体/马氏体钢（Reduced Activation Ferritic/Martensitic, RAFT/MART）的研究进展。讨论了如何通过优化钒、钨、钽等合金元素，以期在保持高抗辐照性能的同时，显著降低材料的长期放射性。 结论 本书的最终目标是提供一个跨学科的视角，连接材料科学的微观本质与核工程的宏观安全要求。高铬F/M钢作为关键的结构材料，其性能的深度理解和持续优化，是实现更安全、更经济、更可持续的核能未来的物质保障。

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这本书的装帧和排版确实是精良之作，厚重却不失细腻。初翻阅时，那种对知识的敬畏感油然而生。我特别欣赏它在细节处理上的用心，纸张的触感、墨水的清晰度，都体现了出版方对专业读者的尊重。虽然内容本身我尚未深入研读，但从其整体的质感来看，这本书无疑是为那些需要长期参考、反复查阅的专业人士量身定制的工具书。它不仅仅是信息的载体，更像是一件值得珍藏的工业艺术品。封面设计简洁而有力，那种深沉的色调似乎就预示着其中蕴含的深奥技术。我期待着翻开它，进入那些关于材料科学的严谨世界。这本书的物理形态本身就传达出一种权威性和持久性，让人相信其中记载的内容经得起时间的考验。它摆在我的书架上，就如同一个沉默的知识宝库，散发着专业特有的光芒。

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这本书的出版背景——隶属于某个权威学会的专著系列——这本身就赋予了其极高的公信力。这意味着书中的内容经过了同行的高度审查和严格的专家委员会的评估。对于需要撰写技术报告或进行项目立项的专业人员而言，引用这本书中的数据或结论，其可靠性远高于网络上的信息来源。我设想，它应该涵盖了从基础的合金设计原理到实际应用中的性能评估，再到极端环境下的失效分析等全方位的知识链条。这样的系统性构建，对于确保核能等关键领域对材料的极端可靠性要求，提供了坚实的理论和实践基础。拥有这样一本被官方背书的参考书，在处理关键技术决策时，无疑会让人信心倍增。

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我注意到这本书的标题中提到了特定的钢种和应用领域，这暗示了其内容的高度专业化和目标受众的精准性。它很可能深入探讨了这些特殊合金在长期中子辐照、高温蠕变以及腐蚀环境下的微观结构演变规律。这类研究往往涉及复杂的物理化学过程和先进的表征技术，比如透射电镜分析或同步辐射技术。如果书里能配有清晰的显微结构图像和详细的机制解释，那将是极大的加分项。这种针对性极强的专业书籍，其价值在于填补了普通材料学教材无法触及的“深水区”，为解决特定的工程难题提供了必要的理论武器。它的存在，标志着该材料领域研究的成熟与标准化。

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从书名的结构和厚度来看，这本书似乎采取了一种极其严谨的叙事方式，可能更偏向于技术手册而非轻松的科普读物。我猜想它必然充满了大量的数据图表、复杂的化学方程式以及详细的实验数据支撑。对于初学者来说，门槛可能会稍高一些，需要一定的材料学基础作为跳板才能顺利进入其核心论述。然而，正是这种对细节的执着和对严谨性的恪守，才使得这类专著在学术界和工业界具有不可动摇的地位。它不是用来快速消化的，而是用来深入挖掘和反复对证的。我喜欢这种“硬核”的学术态度，它拒绝任何肤浅的论断，一切都建立在可验证的科学事实之上。这种深度，正是衡量一本专业书籍价值的核心标准。

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这本书的定价虽然不菲，但考虑到它可能涉及的研发成本和技术深度，我觉得物有所值。它代表着一个专业领域内顶尖研究成果的汇集，这种知识的密度和稀缺性决定了它的市场价值。对于那些在相关领域摸爬滚打多年的工程师和研究人员来说，这样的专著是无可替代的。我个人感觉，与其花费大量时间在零散的会议论文和难以获取的标准文件中搜集碎片化的信息，不如直接投资这样一本系统化的巨著。它的结构想必是经过精心设计的，能够引导读者从宏观概念逐步深入到微观机理，这种循序渐进的学习路径，对于掌握复杂的高级材料特性至关重要。这种投入，本质上是对自身专业能力提升的长期投资，其回报率是无法简单用金钱衡量的。

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