Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Влияние длительного теплового старения в составе теплообменного оборудования реакторной установки на быстрых нейтронах на структуру и свойства аустенитной хромоникелевой стали

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-11-907-913

Полный текст:

Аннотация

В работе исследовано влияние длительной эксплуатации при температуре 515 °С на структуру и свойства стали 09Х18Н9. Данные по структуре и фазовому составу стали получены с помощью оптической и растровой электронной микроскопии. Фазовый состав стали в равновесном состоянии определен путем термодинамического моделирования в программном пакете FactSage. В результате исследования установлено, что в процессе эксплуатации при температуре 515 °С продолжительностью 195 тыс. ч в стали 09Х18Н9 происходит изменение структуры с образованием вторичных фаз, инициированное выделением элементов с ограниченной растворимостью из пересыщенного твердого раствора. Обнаружено присутствие в структуре твердого раствора аустенита следующих вторичных выделений: карбид хрома Cr23C6 , феррит (а), G-фаза. На основании сопоставления данных термодинамического моделирования и экспериментального определения фазового состава установлено, что структура стали находится в состоянии, близком к равновесному. Выявлен и описан механизм протекания структурных превращений, последовательность образования вторичных фаз. На начальном этапе происходит образование карбида хрома, затем вблизи карбидов происходит образование а-феррита и, затем, формируется G-фаза. Результаты испытаний на ударную вязкость и статическое растяжение показали, что изменение фазового состава в процессе теплового старения приводит к охрупчиванию стали - снижению пластичности и энергии удара. Фрактографические исследования поверхностей изломов образцов показали, что снижение пластичности в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации связано с разупрочнением тела зерна и упрочнением границ за счет вторичных выделений карбидной фазы. В результате данного процесса пластическая деформация локализуется в разупрочненном объеме тела зерна, окруженного прочными границами. Наибольшее влияние эволюция структуры при длительном тепловом старении оказывает на ударную вязкость. При этом изменение временного сопротивления и предела текучести незначительно. Основной вклад в изменение механических характеристик стали вносят вторичные выделения карбидной фазы.

Об авторах

А. С. Кудрявцев
ЦНИИ КМ «Прометей» имени академика И.В. Горынина, НИЦ «Курчатовский институт»
Россия

Кандидат технических наук, начальник сектора.

191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49



К. А. Охапкин
ЦНИИ КМ «Прометей» имени академика И.В. Горынина, НИЦ «Курчатовский институт»
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49



Список литературы

1. Конструкционные материалы АЭС / Ю.Ф. Баландин, И.В. Го-рынин, Ю.И. Звездин, В.Г. Марков. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 280 с.

2. Baddoo N.R. Stainless steel in construction: A review of research, applications, challenges and opportunities // Journal of Constructional Steel Research. 2008. Vol. 64. P. 1199 - 1206.

3. Renault A., Malaplate J., Pokor C., Gavoille P. TEM and EFTEM characterization of solution annealed 304L stainless steel irradiated in PHENIX, up to 36 dpa and at 390 °C // Journal of nuclear materials. 2012. Vol. 421. P. 124 - 131.

4. Карзов Г.П., Кудрявцев А.С., Марков В.Г. и др. Разработка конструкционных материалов для атомных энергетических установок на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем // Вопросы материаловедения. 2015. № 2 (82). С. 23 - 33.

5. Машиностроение. Энциклопедия. Машиностроение ядерной техники. Т. IV-25. - В 2-х кн. Кн. 1 / Е.О. Адамов, Ю.Г. Драгунов, В.В. Орлов и др. / Под ред. Е.О. Адамова. - М.: Машиностроение, 2005. - 960 с.

6. Sekine M., Sakaguchi N., Endo M. etc. Grain boundary engineering of austenitic steel PNC316 for use in nuclear reactors // Journal of Nuclear Materials. 2011. Vol. 414. P. 232 - 236.

7. Dae Whan Kim. Influence of nitrogen-induced grain refinement on mechanical properties of nitrogen alloyed type 316L(N) stainless steel // Journal of Nuclear Materials. 2012. Vol. 420. P. 473 - 478.

8. Lee W.-S., Lin C.-F., Chen T.-H., Luo W.-Z. High temperature deformation and fracture behavior of 316L stainless steel under high strain rate loading // Journal of Nuclear Materials. 2012. Vol. 420. P. 226 - 234.

9. Sivai Bharasi N., Thyagarajan K., Shaikh H. etc. Effect of flowing sodium on corrosion and tensile properties of AISI type 316LN stainless steel at 823 K // Journal of Nuclear Materials. 2008. Vol. 377. P. 378 - 384.

10. Голод В.М., Савельев К.Д. Вычислительная термодинамика в материаловедении: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. - 218 с.

11. McGuire M. Stainless Steels for Design Engineers. ASM International. 2008. - 296 p.

12. Lo К.Н., Shek С.Н., Lai J.K.L. Recent developments in stainless steels // Materials Science and Engineering R. 2009. Vol. 65. P. 39 - 104.

13. Гудремон Э. Специальные стали. Т.1. - М.: Металлургия, 1966. - 736 с.

14. Меськин В.С. Основы легирования стали. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1959. - 688 с.

15. Magnabosco R. Kinetics of sigma phase formation in a duplex stainless steel // MaterialsResearch. 2009. Vol. 12, No. 3. P. 321 - 327.

16. Chih-Chun Hsieh, Weite Wu. Overview of intermetallic sigma (a) phase precipitation in stainless steels // International Scholarly Research Network ISRN Metallurgy. Vol. 2012. Article ID 732471.

17. Марголин Б.З., Гуленко А.Г., Бучатский А.А. и др. Исследование влияния термического старения на длительную прочность и пластичность стали Х18Н9 // Вопросы материаловедения. 2010. № 4 (64). С. 118 - 127.

18. NRIM-Metallographic Atlas of Long-term Crept Materials No M-2. National Research Institute for Metals, Tokyo, Japan, 2003.

19. Sourmail T. Precipitation in creep resistant austenitic stainless steels // Materials Scienceand Technology. 2001.Vol. 17(1). P. 1 - 14.

20. Карзов Г.П., Тимофеев Б.Т., Чернаенко Т.А. Старение материалов оборудования АЭС при эксплуатации в течение проектного срока службы // Вопросы материаловедения. 2005. № 2 (42). С. 92 - 110.

21. Горынин И.В., Карзов Г.П., Галяткин С.Н. и др. Антикоррозионная наплавка. Опыт применения и пути совершенствования // Вопросы материаловедения. 2005. № 2 (42). С. 129 - 143.

22. Weiss B., Sticler R. Phase instabilities during high temperature exposure of 316 austenitic stainless steel // Metallurgical Transactions. 1972. Vol. 3. P. 851.

23. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость / Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1974. - 344 с.

24. Копельман Л.А. Основы теории прочности сварных конструкций: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - 278 с.


Для цитирования:


Кудрявцев А.С., Охапкин К.А. Влияние длительного теплового старения в составе теплообменного оборудования реакторной установки на быстрых нейтронах на структуру и свойства аустенитной хромоникелевой стали. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(11):907-913. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-11-907-913

For citation:


Kudryavtsev A.S., Okhapkin K.A. Effect of long-term thermal aging in heat exchange equipment of fast neutron switchgears on the structure and properties of austenitic chromium-nickel steel. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(11):907-913. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-11-907-913

Просмотров: 102


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


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