д.т.н., профессор кафедры металловедения и физики прочности,
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Metallography and Physics of Strength”,
Moscow
д. ф.-м. н.,
249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1
Dr. Sci. (Phys.–Math.),
Obninsk
ст. научный сотрудник,
249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1
Senior Researcher,
Obninsk
Скорость диффузии железа в аустенитных сталях является одним из основных факторов, определяющих распухание конструкционного материала узлов и деталей активной зоны быстрого ядерного реактора. Поскольку коэффициент диффузии железа существенно зависит от химического состава сталей и сплавов на основе железа, то в настоящее время задача его моделирования является весьма актуальной. Из литературных источников сформирован массив экспериментальных данных о диффузии в сталях и сплавах, содержащих различные комбинации C, Si, Cr, Ni, Mn, Mo, Nb, Ti, V, W, Al, Pb, Bi, Sn, Sb в диапазоне температур 1023 – 1666 К. Для корректной аппроксимации диффузии железа использовалась искусственная нейронная сеть в виде четырехслойного перцептрона с числом узлов по слоям 49:10:17:1. Разработанная нейросетевая модель тестировалась на независимых экспериментальных данных и показала удовлетворительные статистические характеристики, что говорит о ее адекватности. Расчеты коэффициента диффузии железа в чистом железе и сталях ЧС68 и ЭК164 показывают более высокий коэффициент диффузии в сталях, чем в чистом железе. При помощи модели рассчитаны коэффициенты диффузии оболочек двух тепловыделяющих элементов, изготовленных из стали ЭК164-ИД х.д., облученных в реакторе на быстрых нейтронах БН-600 при различных температурах и повреждающих дозах в предположении их максимального и минимального легирования. Расчеты показали, что в стали, содержащей минимальное количество химических элементов, скорость диффузии ниже, чем в стали с максимальным легированием, а распухание обратно пропорционально коэффициенту диффузии железа в стали ЭК164-ИД х.д. На основе этих данных получено линейное в логарифмах регрессионное уравнение распухания стали S в зависимости от температуры T, повреждающей дозы D и коэффициента диффузии железа DFe : lnS = –340,511 + 0,036 lnD + 42,64lnT – 1,558lnDFe , где D измеряется в сна; Т – в градусах Цельсия; DFe – в м2 /с; S – в %. Диапазон изменения температуры 435 – 515 °С, повреждающей дозы 57 – 76 сна.
Speed of iron diffusion in austenitic steels is one of the major factors determining swelling of a constructional material of units and details of an active zone of a fast nuclear reactor. The factor of iron diffusion essentially depends on a chemical composition of steels and alloys on the basis of iron. Therefore the problem of its modeling is rather actual. The file of experimental data on diffusion in steels and alloys containing various combinations of C, Si, Cr, Ni, Mn, Mo, Nb, Ti, V, W, Al, Pb, Bi, Sn and Sb in a range of temperatures of 1023 ÷ 1666 K has been generated on the basis of literary data. For correct approximation of iron diffusion the artificial neural network was used in the form of 4-layer-perceptron with number of units on layers as 49:10:17:1. Developed neural network model was tested on independent experimental data and has shown satisfactory statistical characteristics that shows its adequacy. Calculations of coefficient of iron diffusion in pure iron and both steels of grades ChS68 and EK164 show higher factor of diffusion in steels, than in pure iron. On the basis of the developed model the diffusion coefficients of shells of two fuel elements of EK164-ID c.d. steel have been calculated. Fuel elements were irradiated in a reactor on fast neutrons BN-600 at various temperatures and damaging dozes at their maximal and minimal alloying. Calculations have shown that in the steel containing a minimum quantity of alloying elements, speed of diffusion is below, than in steel with maximal contents of alloying elements, and swelling in inverse proportion to coefficient of iron diffusion in EK164-ID c.d. steel. On the basis of these data it has been received linear (in logarithms) regression equation of steel swelling S depending on temperature T, damaging doze D and coefficient of iron diffusion DFe : lnS = –340,511 + 0,036 lnD + 42,64lnT – 1,558lnDFe , where D is measured in dpa; Т – in degrees of Celsius; DFe – in m2 /s; S – in %. A range of change of temperature was 435 – 515 °С, damaging doze was 57 ÷ 76 dpa.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.