Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Особенности микроструктуры и механизмы упрочнения аустенитных сталей 6
1.1 Аустенитные стали 6
1.2 Механизмы упрочнения и дислокационные субструктуры 8
1.3 Термомеханические обработки 21
1.4 Особенности микроструктуры некоторых сталей аустенитного класса после
термомеханических обработок 24
2 Материал и методика эксперимента 32
3 Влияние термомеханических обработок на структуру и свойства аустенитной стали ЭК-164 35
ВЫВОДЫ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 49
Аустенитные стали занимают 60 - 70 % общего производства и потребления сталей нержавеющего класса. Спектр применения аустенитных коррозионностойких сталей очень широк, от бытовых приборов, медицинских имплантатов, элементов конструкции космических аппаратов до конструкционных материалов современных ядерных реакторов.
В настоящее время одной из наиболее перспективных отраслей промышленности является ядерная энергетика. Аустенитные нержавеющие стали являются одними из основных конструкционных материалов, эксплуатируемых в ядерных реакторах. В настоящее время активно используется перспективная технология реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом. Успешная работа и развитие быстрых реакторов определяются в значительной степени функциональными характеристиками конструкционных материалов при высоких повреждающих дозах. Наиболее важными характеристиками являются устойчивость к радиационным повреждениям, а также сохранение механических свойств при высоких температурах.
Преимуществами использования аустенитных сталей являются высокая пластичность, жаропрочность, ударная вязкость и хорошая свариваемость. Главной причиной, сдерживающей повышение выгорания топлива при использовании аустенитных сталей для оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), является их значительное распухание. Распухание определяет формоизменение изделия и деградацию механических свойств после облучения.
Специально разработанная для оболочек ТВЭЛов реакторов, в том числе реакторов на быстрых нейтронах, аустенитная сталь ЭК-164 (07Х16Н19М2Г2БТР) является
современным конструкционным материалом. Она обладает повышенной структурно-фазовой и радиационной стабильностью. Важным условием для ее использования является физико-химическая совместимость с топливом на основе диоксида урана. Актуальным вопросом для ядерной энергетики является повышение температуры использования реакторов, что ведет к увеличению количества вырабатываемой энергии. Это может быть достигнуто путем повышения жаропрочности используемых конструкционных материалов.
Одним из способов повышения прочности, в том числе жаропрочности, с сохранением достаточного уровня пластичности сталей является использование термомеханических обработок (ТМО). Термомеханической обработкой называют совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых формирование структуры и свойств металла происходит в условиях повышенной плотности несовершенств строения, которые вызваны пластической деформацией. Термомеханическая обработка может увеличить срок службы изделий при высоких температурах и нагрузках.
Для аустенитной стали ЭК-164 исследования влияния термомеханических обработок на микроструктуру и механические свойства были начаты ранее в лаборатории физики структурных превращений СФТИ ТГУ и в лаборатории материаловедения сплавов с памятью формы ИФПМ СО РАН. Влияние режимов обработок на зеренную структуру стали ЭК-164 исследовано мало. В данной работе продолжены исследования взаимосвязи зеренной структуры, микроструктуры и механических свойств стали ЭК -164 после термомеханических обработок.
В связи с этим, целью настоящей работы является изучение структурно-фазовых состояний и механических свойств реакторной аустенитной стали ЭК -164 после термомеханических обработок.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Методами просвечивающей электронной микроскопии изучить особенности дислокационной cубструктуры и карбидной подсистемы стали ЭК-164 после ТМО.
2. Методами оптической металлографии изучить особенности зеренной структуры стали после ТМО.
3. Исследовать механические свойства стали путем испытаний на растяжение при температурах 20 и 650 °C.
4. Выявить взаимосвязь особенностей структуры стали после ТМО с ее механическими свойствами.
1. Показано, что в результате исследованных термомеханических обработок изменяется зеренная структура стали ЭК-164: зерна вытягиваются в направлении прокатки и сплющиваются в поперечном направлении. Их средние размеры в плоскости прокатки увеличиваются в 1.5 - 1.8 раза, в поперечном сечении уменьшаются в 2.3 - 4 раза относительно исходных значений.
2. В условиях термомеханических обработок исходная ячеисто-сетчатая неразориентированная дислокационная субструктура изменяется до полосовой разориентированной субструктуры. Увеличение степени деформации и снижение температуры деформации способствуют повышению плотности полосовой субструктуры и уменьшению поперечных размеров полос. В результате термомеханических обработок возрастает плотность дислокаций в ~ 1.4 раза (после ТМО-1), в ~ 3 раза (после ТМО-2) и в ~ 5.9 раз (после ТМО-3) по сравнению с исходным состоянием.
3. Оценки объемных долей мелкодисперсных частиц типа МХ по электронно¬
микроскопическим изображениям показали, что объемная доля наноразмерных частиц практически не изменяется в результате термомеханических обработок относительно исходного состояния и составляет 0.1 - 0.3 %. Согласно оценкам, объемная доля
грубодисперсных частиц составляет 1.9 %, при этом наблюдается неоднородность в распределении таких частиц по объему материала.
4. Особенности микроструктуры стали ЭК-164, полученные в результате термомеханических обработок, обеспечивают повышение предела текучести с ~ 230 МПа (в исходном состоянии) до ~ 426 МПа, ~ 643 МПа и ~ 765 МПа после ТМО-1, ТМО-2 и ТМО-3, соответственно. При этом относительное удлинение уменьшается с ~ 50 % до ~ 23.4 %, ~ 11.4 % и ~ 7.8 %. При повышенной (650 °C) температуре испытаний прочностные свойства в результате термомеханических обработок также возрастают. Предел текучести увеличивается до 473 МПа (ТМО-2) и 521 МПа (ТМО-3), при значительном уменьшении пластичности (4.5 - 4.8 %). На кривых течения после ТМО-1 наблюдается зубчатость, связанная с эффектами динамического деформационного старения.
5. Наибольший вклад в упрочнение стали ЭК-164 в результате изученных термомеханических обработок вносит изменение дислокационной субструктуры. Наблюдаемое экспериментально повышение предела текучести стали связано в основном с повышением плотности дислокаций. Проведенные оценки показали, что максимально возможный (при наблюдаемой объемной доле частиц) вклад дисперсного упрочнения наноразмерными частицами карбидов типа МХ в несколько раз меньше вклада от дислокационного упрочнения.
