ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕРРИТНО-МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ ЭК-181 И ЧС-139 ПОСЛЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК

РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Особенности структурно-фазового состояния сталей 5
1.1 Классификация сталей 5
1.2 Термическая обработка стали 12
1.3 Перспективные материалы для ядерной энергетики 13
1.3.1 Конструкционные материалы 13
1.3.2 Влияние облучения на свойства и микроструктуру 14
1.3.3 Малоактивируемые материалы 15
1.4 Ферритно-мартенситные стали 16
1.4.1 Основные структурные составляющие 16
1.4.2 Особенности микроструктуры и механические свойства некоторых сталей
ферритно-мартенситного класса 20
2 Постановка задачи и методика эксперимента 28
2.1 Постановка задачи 28
2.2 Выбор материала и методика эксперимента 28
3 Влияние высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) на
структурно-фазовое состояние и механические свойства сталей ЭК-181 и ЧС-139 30
3.1 Особенности структурно-фазового состояния и механические свойства
стали ЭК-181 30
3.2 Особенности структурно-фазового состояния и механические свойства
стали ЧС-139 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
Купить

Актуальность работы:
В настоящее время ядерная энергетика является наиболее перспективной отраслью промышленности, но, к сожалению, у нее есть свои недостатки. Они связанны с появлением и накоплением на нашей планете большого количества новой радиоактивности. Таким образом, дальнейшее развитие этой отрасли требует значительных затрат не только на строительство новых ядерных и термоядерных реакторов, но и на строительство могильников, с целью долгосрочного хранения радиоактивных захоронений для увеличения экологичности. К числу захоронений относятся не только отходы топливного цикла, но и конструкционные материалы корпусов и внутрикорпусных устройств ядерных и термоядерных реакторов, которые в процессе функционирования приобрели наведенную радиоактивность. Разработка новых конструкционных материалов, с меньшими значениями наведенной радиационной активности, позволит существенно снизить затраты подобного рода.
В России разработаны жаропрочные малоактивируемые ферритно-мартенситные стали (ЭК-181, ЧС-139). Они является перспективными в качестве конструкционных материалов для ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов) активных зон и внутрикорпусных устройств энергетических ядерных и термоядерных реакторов. Основные преимущества этих сталей, по сравнению со сталями аустенитного класса, состоят в более высоком сопротивлении распуханию, высокотемпературному охрупчиванию и радиационно- стимулированной ползучести при температурах до 600 °C. Недостатками сталей ферритно-мартенситного класса являются невысокая жаропрочность (при Т > 600 °C) и склонность к низкотемпературному радиационному охрупчиванию (при Т < 350 °C). Повышение высокотемпературной прочности (жаропрочности) сталей возможно с помощью термических и термомеханических обработок.
Исследования структурных состояний и механических свойств ферритно-мартенситных сталей после различных режимов термомеханических обработок для выявления механизмов формирования устойчивой микроструктуры, при рабочей температуре, а также оптимальных значений жаропрочности и других важных функциональных характеристик проводятся во всем мире. Особенности микроструктуры и механические свойства сталей ЭК-181 и ЧС-139 изучены в основном после традиционной термической обработки (ТТО). Влияние термомеханических обработок с пластической деформацией в аустенитной области на российских 12 % Сг ферритно-мартенситных сталях ЭК-181 и ЧС-139 ранее не исследовалось.
В связи с этим целью настоящей работы является изучение влияния термомеханических обработок на особенности гетерофазной структуры и механические свойства 12 %-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 и ЧС-139.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности структурно-фазовых состояний 12 %-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 и ЧС-139 в зависимости от режимов термомеханических обработок;
2. Исследовать механические свойства сталей путем испытаний на растяжение при различных температурах;
3. Выявить взаимосвязь особенностей гетерофазной микроструктуры с механическими свойствами сталей после различных режимов термомеханических обработок.
Объектами исследования являются 12 %-ные хромистые ферритно-мартенситные стали ЭК-181 и ЧС-139. Предметом исследования являются особенности гетерофазной микроструктуры и механические свойства сталей.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Установлены закономерности структурно-фазовых превращений в условиях высокотемпературной термомеханической обработки ферритно-мартенситных сталей ЭК- 181 и ЧС-139.
2. Показано, что при ВТМО в ферритно-мартенситных сталях формируется высокая плотность наноразмерных частиц карбонитрида ванадия V(C, N), а также возрастает плотность дислокаций, закрепленных указанными частицами. Это приводит к значительному повышению эффективности дисперсного и субструктурного упрочнения.
3. Полученные значения предела текучести стали ЭК-181 при Т = 650 °C после ВТМО с отпуском Т = 720 °C (~ 470 МПа), превышают все известные на настоящий момент результаты, полученные на ферритно-мартенситных сталях.
Практическая значимость работы:
Выявленные закономерности формирования микроструктуры и механических свойств ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 и ЧС-139 в различных условиях ВТМО представляют интерес для разработки технологий производства ТВЭЛов и других конструкционных элементов ядерных реакторов новых поколений.
Работа выполнена в рамках программы фундаментальных исследований СО РАН на 2017-2020 годы, проект III.23.2.6. Многоуровневые иерархически организованные дефектные и гетерофазные структуры в сталях и малоактивируемых сплавах с дисперсным упрочнением (руководитель д.ф.-м.н. А.Н. Тюменцев).

Купить