Positron Annihilation Studies on Neutron Irradiated Pressure Vessel Steels

It is demonstrated on a binary model alloy, Fe-0.8% Cu, heat treated to different states of Cu-distributions in the iron matrix that positron annihilation applied to such “simpler” systems can give hints for a detailed understanding of neutron irradiation induced defect structures in complex industrial reactor pressure vessel steels (RPV). This study is concerned primarily with a high Cu-content weldment (0.3%) irradiated in a commercial nuclear power plant to a modest fluence of 5.4 × 1017 n/cm2 (E > 1 MeV) and a medium Cu-content RPV forging (0.17%) irradiated in a materials test reactor up to 1.9 × 1019 n/cm2. Various positron lifetime and angular correlation-peak height measurements, the latter as a function of annealing temperature up to 750 °C, reveal recovery stages which correlate quantitatively with the microhardness behaviour in the cases of the binary alloy and the forging. The interpretations of the peak height results lead to a detailed picture of precipitation, Ostwald-ripening, and dissolution of Cu-rich clusters in the steels. Lifetime measurements in these systems can be understood in terms of trapping effects at the misfit structure of the interfaces between the Cu-precipitates and the iron matrix. They also show that under the irradiation conditions applied here voids are not produced in the weldment and probably also not in the forging. This finding is decisive also in the choice of possible model descriptions when interpreting small angle neutron scattering results. An einer Modell-Legierung von Fe-0,8% Cu, die in Hinsicht auf die Cu-Verteilung in der Fe-Matrix verschiedene Warmebehandlungen erfuhr, wird gezeigt, das Untersuchungen mit Positronen an solchen „einfacheren” Systemen Hinweise fur ein detailliertes Verstandnis uber die strahlungsinduzierten Defekte in einem industriellen Reaktor-Druckbehalter (RDB)-Stahl ergeben konnen. Dieser Bericht befast sich hauptsachlich mit Schweisproben mit hohem Cu-Gehalt (0,3%), die in einem kommerziellen Kernkraftwerk mit einer bescheidenen Fluenz von 5,4 × 1017 n/cm2 (E > 1 MeV) bestrahlt werden, und mit Schmiedeproben mittleren Cu-Gehalts (0,17%), die in einem Test-Reaktor einer Pluenz von 1,9 × 1019 n/cm2 ausgesetzt waren. Messungen der Peakhohe der 2γ-Winkelkorrelationsfunktion als Funktion der Temperatur (bis 750 °C) und Lebensdauermessungen ergeben Ausheilstufen, die im Falle der binaren Legierung und der Schmiedeproben mit dem Verhalten der Mikroharte korreliert sind. Die Interpretation der Peakhohen-Resultate fuhrt zu detaillierten Vorstellungen uber die Ausscheidung, die Ostwald-Reifung und die Auflosung von Cu-reichen Clusters in den Stahlen. Resultate der Lebensdauermessungen an diesen Proben konnen als Einfang von Positronen an Defekten verstanden werden, die an den Grenzflachen zwischen den Cu-Ausscheidungen und der Fe-Matrix vorhanden sind. Weiter ergeben diese Resultate, das unter den hier vorliegenden Bestrahlungsbedingungen keine Voids in den Schweisproben gebildet werden, und wahrscheinlich auch nicht in den Schmiedeproben. Diese Befunde sind auch bei der Interpretation der Resultate der Neutronen-Kleinwinkel-Streuexperimente masgebend fur die Wahl einer moglichen Modell-Vorstellung.