Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ЖЕЛЕЗА В АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЯХ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-891-896

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

М. Ю. Беломытцев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

д.т.н., профессор кафедры металловедения и физики прочности,

119049, Москва, Ленинский пр., 4



С. М. Образцов
Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского (ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ»)
Россия

д. ф.-м. н.,

249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1



В. А. Соловьев
Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского (ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ»)
Россия

ст. научный сотрудник,

249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1



Список литературы

1. Максимов Л.А., Рязанов И. О диффузионном взаимодействии пор // Физика металлов и металловедение. 1976. Т. 41. Вып. 2. С. 284 – 291.

2. Garner F.A., Porollo S.I., KonobeevYu.V. , Maksimkin O.P. Void swelling of austenitic steels irradiated with neutrons at low temperatures and very low dpa rates // Proceedings of the 12th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power System – Water Reactors. Eds. AllenT.R., KingP.J., Nelson L. TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 2005.

3. Васильев А.А, Соколов С.Ф., Колбасников Н.Г., Соколов Д.Ф. О влиянии легирования на энергию активации самодиффузии в gamma-железе // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 11. С. 2086 – 2092.

4. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 344 с.

5. Чурюмов А.Ю., Хомутов М.Г., Солонин А.Н. и др. Сравнительный анализ моделей напряжения течения коррозионно-стойкой стали с высоким содержанием бора, основанных на уравнении типа Аррениуса и искусственных нейронных сетях // Металлы. 2014. № 4. С. 30 – 34.

6. Dudała J., Gilewicz-Wolter J., Stęgowski Z. Simultaneous measurement of Cr, Mn and Fe diffusionin chromium-manganese steels // NUKLEONIKA. 2005. Vol. 50(2). Р. 67 – 71.

7. Иванцов И.Г., Блинкин А.М. Самодиффузия в сильно разбавленных бинарных растворах. Часть III. Влияние примесей Sn, Sb, Pb, Bi на самодиффузию железа в γ–фазе // Физика металлов и металловедение. 1966. Т. 22. Вып. 6. С. 876 – 883.

8. Федоров Г.Б., Семенихин А.Н. Влияние легирования на диффузию элементов в хромо-никелевых сталях: Сб. науч. работ. / Под ред. В.С. Емельянова и А.И. Евтюхина. – М.: Атомиздат, 1962. Вып. 2. С. 252 – 258.

9. Павлинов Л.В. Диффузия железа и углерода в двойных и четырехкомпонентных сплавах системы железо – хром – никель – молибден в области γ-твердых растворов // Физика металлов и металловедение. 1976. Т. 41. Вып. 2. С. 344 – 350.

10. Павлинов Л.В., Сугоняев В.Н., Гладышев А.М. Исследование диффузии железа, кобальта и марганца в аустенитных хромоникелевых сталях 0Х16Н15М3Б и 10Х18Н10Т. – Обнинск: ФЭИ, 1980. Препринт ФЭИ–1146. – 13 с.

11. Грузин П.Л., Корнев Ю.В., Курдюмов Г.В. Влияние углерода на самодиффузию железа // ДАН СССР. 1951. Т. 80. № 1. С. 49 – 51.

12. Зелинский М.С., Носков Б.М., Павлов П.В., Шитова Э.В. Влияние примесей ванадия на самодиффузию железа // Физика металлов и металловедение. 1959. Т. 8. Вып. 5. С. 725 – 730.

13. Герцрiкен С.Д., Прянишников М.П. Дослiджения впливу типу кристалiчных грат i всебiчного тиску на параметри саодиффузiï залiза в чистому залiзi та в залiзi з малыми донiшками алюмiнiю // Украiнский фiзичный журнал. 1958. Т. III. № 2. С. 255 – 264.

14. Образцов С.М., Биржевой Г.А. Конобеев Ю.В. и др. Бутстрепанализ температурной зависимости самодиффузии железа в α, γ и δ-фазах железа // Тр. XVIII Междунар. совещания «Радиационная физика твердого тела». – М.: НИИ ПМТ при МГИЭМ (ТУ), 2008. С. 277 – 288.

15. Грузин П.Л., Кузнецов Е.В., Курдюмов Г.В. Влияние внутризеренной структуры аустенита на самодиффузию железа // ДАН СССР. 1953. Т. 93. № 6. С. 1021 – 1023.

16. Грузин П.Л. Влияние хрома на самодиффузию железа: Сб. «Проблемы металловедения и физики металлов». – М.: Металлургиздат, 1955. Сб. 4. С. 524 – 527.

17. Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П. и др. Разработка конструкционной стали для ТВЭЛов и ТВС быстрых натриевых реакторов // Атомная энергия. 2010. Т. 108. Вып. 4. С. 217 – 222.

18. Образцов С.М., Конобеев Ю.В., Печенкин В.А., Соловьев В.А. Нейросетевое исследование влияния кремния и титана на радиационное распухание аустенитной нержавеющей стали // Радиационная физика твердого тела: Тр. XX Междунар. совещания, Севастополь, 2010. – М.: НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ), 2010. С. 63 – 67.

19. Портных И.А., Козлов А.В., Панченко В.Л., Митрофанова Н.М. Характеристики радиационной пористости, сформировавшейся в реакторе БН-600 в материале оболочек из стали ЭК164 (06Х16Н20М2Г2БТФР)-ИД Х.Д. // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 5. С. 549 – 560.

20. Портных И.А., Козлов А.В., Панченко В.Л. Влияние дозово-температурных параметров нейтронного облучения до максимальной повреждающей дозы 77 сна на характеристики пористости, сформировавшейся в стали 0,07 C; 16 Cr; 19 Ni; 2 Mo; 2 W; Ti, Si,V, Nb, B (ЭК164) // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 6. С. 664 – 670.


Для цитирования:


Беломытцев М.Ю., Образцов С.М., Соловьев В.А. НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ЖЕЛЕЗА В АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЯХ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(11):891-896. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-891-896

For citation:


Belomyttsev M.Y., Obraztsov S.M., Solov’ev V.A. NEURAL NETWORK MODEL OF IRON DIFFUSION IN AUSTENITIC STEELS. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(11):891-896. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-891-896

Просмотров: 157


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)