к.т.н., доцент кафедры металловедения и физики прочности.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallography and Physics of Strength” .
Moscow.
д.т.н., заведующий кафедрой металловедения и физики прочности.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Dr. Sci. (Eng.), Head of the Chair “Metallography and Physics of Strength”.
Moscow.
к.т.н., доцент кафедры металловедения и физики прочности.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metal lography and Physics of Strength”.
Moscow.
к.т.н., доцент кафедры металловедения и физики прочности.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallography and Physics of Strength”.
Moscow.
учебный мастер.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Training Master.
Moscow.
Создание нового конструкционного материала для оболочек ТВЭЛ атомных реакторов на быстрых нейтронах является актуальной задачей современной атомной энергетики. В последние годы был разработан трехслойный радиационностойкий и коррозионностойкий материал на основе ванадиевого сплава и коррозионной стали, потенциально удовлетворяющий требованиям работы оболочек ТВЭЛов быстрых реакторов в сверхжестких условиях эксплуатации (высоких температур, радиационного облучения и агрессивных сред). Важнейшим аспектом, определяющим работоспособность этого материала при эксплуатации, является качество соединения слоев различных материалов между собой, определяемое режимами деформационно-термической обработки. В настоящей работе изучено влияние отжига на химический состав, структуру и сопротивление разрушению зоны соединения ванадиевого сплава со сталью в трехслойной трубе сталь – ванадиевый сплав – сталь, полученной совместным горячим прессованием трехслойной трубной заготовки при 1100 °С. В качест ве компонентов трубы использовали сталь 20Х13 для наружных слоев и ванадиевый сплав V – 4Ti – 4Cr для сердцевины. Структуру и химичес кий состав в зоне соединения слоев исследовали методами оптической микроскопии и электронной микроскопии с микрорентгеноспектральным анализом. Прочность зоны соединения сталь – ванадиевый сплав оценивали при испытании на сжатие кольцевого трехслойного образца с надрезом с измерением акустической эмиссии (АЭ). Показано, что при совместном прессовании между ванадиевым сплавом и сталью формируется «переходная» зона диффузионного взаимодействия переменного химического состава толщиной 10 – 15 мкм, которая представляет собой непрерывный ряд твердых растворов, без выделения хрупких фаз, что обеспечивает прочное соединение в трехслойном материале. На границе соединения сталь – ванадиевый сплав пор, расслоений и дефектов не обнаружено. Однако при испытаниях на сжатие полукольцевых трехслойных образцов с надрезом после совместного горячего прессования в стальном слое в вершине надреза образуется трещина. Отжиг при температуре 800 °С благоприятно влияет на формирование «переходной» зоны за счет увеличения толщины зоны диффузионного взаимодействия, вследствие чего при механических испытаниях трехслойный материал ведет себя как монолит без образования трещин и расслоений на границе между стальным и ванадиевым слоями.
The creation of new structural materials for cladding tubes of fast neutron reactors is an urgent task of modern nuclear power engineering. A three-layer radiation-resistant and corrosion-resistant material based on vanadium alloy and stainless steel, intended for work under extreme conditions (high temperatures, radiation and aggressive environment) of operation of fast neutron reactor cladding tubes has been developed in recent years. The most important aspect determining the operability of this material during operation is the quality of the joining of different materials layers among themselves, determined by the modes of thermomechanical treatment. The effect of the annealing on the chemical composition, structure, and fracture resistance of the “steel/vanadium alloy” interface in the steel/vanadium alloy/steel three-layer tube, obtained by hot co-extrusion of three-layer tube billet at 1100 °C was studied. The 20Kh13 (AISI 420 type) steel for the outer layers and V – 4Ti – 4Cr vanadium alloy for the core were used as the components of the tube. The structure and chemical composition in the layer joining zone were studied using the optical microscopy and electron microscopy with X-ray microspectral analysis. The fracture resistance of the “steel/vanadium alloy” interface was evaluated by a compression test of a three-layer ring sample with notch using an acoustic emission (AE) measurement. It is shown that after co-extrusion a “transition” area of diffusion interaction having a variable chemical composition with a width of 10–15 μm is formed between vanadium alloy and steel, which represents the continuous series of solid solutions, without precipitation of brittle phases, providing a strong bonding between vanadium alloy and steel in the three-layer material. No voids, delaminations or defects were detected at the “steel/vanadium alloy” interface. However, a crack is formed in the steel layer during the compression tests of the notched semi-ring three-layer samples after hot co-extrusion. Annealing favorably influences the formation of the “transition” area due to the increase in the width of the diffusion interaction area. No cracks or delaminations at the boundary between steel and vanadium layers were observed in the three-layer tube samples after annealing, and the three-layer material behaves like a monolith material during testing.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.