ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ ФЕРРИТНО-МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ ЭП-823 В УСЛОВИЯХ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
РЕФЕРАТ 3
Введение 4
1 Особенности структурно-фазового состояния сталей 6
1.1 Классификация сталей 6
1.2 Ферритно-мартенситные стали 9
1.3 Основные структурные составляющие ферритно-мартенситных сталей 10
1.4 Термическая обработка 12
1.5 Термомеханическая обработка 14
1.6 Высокотемпературная термомеханическая обработка 15
1.7 Особенности микроструктуры и механические свойства некоторых сталей ферритно¬
мартенситного класса 16
2 Постановка задачи и методика эксперимента 22
2.1 Постановка задачи 22
2.2 Выбор материала и методика эксперимента 23
3 Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на структуру и свойства
стали ЭП-823 26
Заключение 35
Список использованной литературы
В настоящее время ядерная энергетика является одной из наиболее перспективных отраслей промышленности, ее использование является эффективным методом удовлетворения человеческой потребности в электроэнергии. Ядерная энергетика обладает такими преимуществами как высокая конечная рентабельность, а также отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая. Но существует ряд проблем, связанных с накоплением большого количества радиоактивности. Дальнейшее развитие ядерной энергетики требует больших затрат как на строительство новых ядерных реакторов, так и на строительство могильников. Захоронение необходимо не только для топливных отходов, но и для конструкционных материалов корпусов и внутрикорпусных устройств 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 ферритно-мартенситные стали (ЭК-181, ЧС-139, ЭП-823), которые являются перспективными в качестве конструкционных
материалов для ядерных и термоядерных реакторов. Сталь ЭП-823 заявлена в качестве одного из конструкционных материалов для нового ядерного реактора БРЕСТ-ОД-300 и освоена промышленно. Основными преимуществами этих сталей, по сравнению со сталями аустенитного класса, являются высокое сопротивление распуханию и высокотемпературному охрупчиванию. Недостатками ферритно-мартенситных сталей являются невысокая жаропрочность и склонность к низкотемпературному охрупчиванию. Для повышения высокотемпературной прочности сталей используют различные методы, в том числе термические и термомеханические обработки.
Исследования сталей для ядерных реакторов ведутся во всем мире, их результаты доказывают преимущества ферритно-мартенситных сталей, а также эффективность использования различных режимов термомеханических обработок. Особенности микроструктуры и механические свойства российских 12 % Cr ферритно-мартенситных сталей изучены в основном после традиционной термической обработки (ТТО).
Эффективность использования высокотемпературных термомеханических обработок для повышения прочностных свойств была показана на различных ферритно-мартенситных сталях, однако влияние ВТМО на сталь ЭП-823 изучено мало. Исследование влияние ВТМО на структуру и механические свойства стали ЭП-823 было начато ранее в коллективе лаборатории физики структурных превращений СФТИ ТГУ. Было показано повышение механических свойств стали ЭП-823 после ВТМО при комнатной температуре и при 650 °С. Настоящая работа является продолжением этих исследований. В работе расширен температурный интервал, в котором изучаются механические свойства стали. Этот интервал включает температурную область (650 - 720 °C) вблизи предполагаемых рабочих температур и область динамического деформационного старения ~ (300 - 500 °C).
В связи с этим, целью настоящей работы является изучение влияния высокотемпературной термомеханической обработки с деформацией в аустенитной области на структурно-фазовые состояния и механические свойства в интервале температур от 20 до 720 °C стали ЭП-823.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности структурно-фазовых состояний 12 % -ной хромистой ферритно-мартенситной стали ЭП-823 после ВТМО;
2. Исследовать механические свойства стали путем испытаний на растяжение в интервале температур от 20 до 720 °С;
3. Выявить взаимосвязь особенностей микроструктуры с механическими свойствами стали после ВТМО.
Объектом исследования является 12 % -ная хромистая ферритно-мартенситная сталь ЭП-823. Предметом исследования являются особенности гетерофазной микроструктуры и механические свойства стали.
1. Показано, что одним из эффективных способов модификации микроструктуры ферритно-мартенситной стали ЭП-823 является высокотемпературная термомеханическая обработка. Пластическая деформация в температурном интервале существования аустенита, предшествующая закалке, обеспечивает формирование микроструктуры с высокой дисперсностью и объемной долей мелкодисперсных частиц типа МХ, а, следовательно, высокую эффективность дисперсного упрочнения. Такая деформация также приводит к увеличению в несколько раз плотности дислокаций, по сравнению с состоянием после традиционной термообработки, а, соответственно, и к увеличению эффективности субструктурного упрочнения. Плотность грубодисперсных карбидов М23С6 при этом уменьшается.
2. Структурные состояния, сформированные после высокотемпературной термомеханической обработки, обеспечивают повышение предела текучести стали ЭП-823 во всем интервале температур примерно на 10 % и предела прочности на 3 - 5 % при некотором понижении величины относительного удлинения до разрушения. При комнатной температуре значение предела текучести возрастает примерно на 90 МПа, предела прочности на 50 МПа, при повышенных температурах испытаний эффекты упрочнения менее значительны.
3. Исследование зависимости механических свойств от температуры показало, что при температурах 20 - 350 °С прочностные свойства незначительно снижаются с увеличением температуры испытаний, что может быть связано с высокой эффективностью дисперсного упрочнения частицами типа МХ в этом температурном интервале. В интервале 350 - 450 °С заметно увеличиваются пределы прочности и текучести, и наблюдается минимум пластичности, что связано с процессами динамического деформационного старения. Эти эффекты более выражены после ВТМО по сравнению с ТТО. При температурах от 450 до 720 °С активизируются термически активируемые процессы преодоления дислокациями наноразмерных частиц и эффективность дисперсного упрочнения снижается, что приводит к уменьшению эффектов упрочнения от ВТМО.
