Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты
С целью оценки влияния радиационного распухания на механические свойства облученной аустенитной стали проведены исследования стали 08Х18Н10Т и ее сварного шва, облученных до близких по значению повреждающих доз в двух различных диапазонах температур: 330...340°С, когда распухание практически отсутст...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48522 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты / Б.З. Марголин, И.П. Курсевич, А.А. Сорокин, А.Н. Лапин, В.И. Кохонов, В.С. Неустроев // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 5-16. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-48522 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-485222013-08-20T15:57:41Z Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты Марголин, Б.З. Курсевич, И.П. Сорокин, А.А. Лапин, А.Н. Кохонов, В.И. Неустроев, В.С. Научно-технический раздел С целью оценки влияния радиационного распухания на механические свойства облученной аустенитной стали проведены исследования стали 08Х18Н10Т и ее сварного шва, облученных до близких по значению повреждающих доз в двух различных диапазонах температур: 330...340°С, когда распухание практически отсутствует, и 400...450°С, когда наблюдается значительный уровень распухания (3...13%). По результатам исследований построены температурные зависимости кратковременных механических свойств облученного металла. Выполнены сравнительные исследования намагниченности облученного при различных температурах металла. Проведены фрактографические исследования испытанных образцов. Із метою оцінки впливу радіаційного розпухання на механічні властивості опроміненої аустенітної сталі проведено дослідження сталі 08Х18Н10Т та її зварного шва, які опромінювали до близьких за значенням пошкоджуваних доз у двох різних діапазонах температур: 330 ...340°С, коли розпухання практично відсутнє, і 400 ...450°С, коли має місце значний рівень розпухання (3...13%). За результатами досліджень побудовано температурні залежності короткочасних механічних властивостей опроміненого металу. Виконано порівняльні дослідження намагніченості опроміненого за різних температур металу. Проведено фрактографічні дослідження випробуваних зразків. In order to assess the radiation swelling effect on the mechanical properties of irradiated austenitic steel, we have studied 08Kh18N10T steel and its weld irradiated by nearly identical damaging doses in two different temperature ranges: 330-340°C, for which the radiation swelling is absent and 400-450°C - with significant swelling (3-13%). Based on the results of the above studies, we have constructed the temperature dependences of short-term mechanical properties of the irradiated metal. We have performed comparative studies of magnetization of the metal irradiated under different temperatures. The tested specimens have been subjected to fractographic analysis. 2009 Article Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты / Б.З. Марголин, И.П. Курсевич, А.А. Сорокин, А.Н. Лапин, В.И. Кохонов, В.С. Неустроев // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 5-16. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48522 539.3 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Марголин, Б.З. Курсевич, И.П. Сорокин, А.А. Лапин, А.Н. Кохонов, В.И. Неустроев, В.С. Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты Проблемы прочности |
| description |
С целью оценки влияния радиационного распухания на механические свойства облученной аустенитной стали проведены исследования стали 08Х18Н10Т и ее сварного шва, облученных до близких по значению повреждающих доз в двух различных диапазонах температур: 330...340°С, когда распухание практически отсутствует, и 400...450°С, когда наблюдается значительный уровень распухания (3...13%). По результатам исследований построены температурные зависимости кратковременных механических свойств облученного металла. Выполнены сравнительные исследования намагниченности облученного при различных температурах металла. Проведены фрактографические исследования испытанных образцов. |
| format |
Article |
| author |
Марголин, Б.З. Курсевич, И.П. Сорокин, А.А. Лапин, А.Н. Кохонов, В.И. Неустроев, В.С. |
| author_facet |
Марголин, Б.З. Курсевич, И.П. Сорокин, А.А. Лапин, А.Н. Кохонов, В.И. Неустроев, В.С. |
| author_sort |
Марголин, Б.З. |
| title |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| title_short |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| title_full |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| title_fullStr |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| title_full_unstemmed |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| title_sort |
охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных сталей для элементов вку ввэр. сообщение 1. связь радиационного распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные результаты |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48522 |
| citation_txt |
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных
сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного
распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные
результаты / Б.З. Марголин, И.П. Курсевич, А.А. Сорокин, А.Н. Лапин, В.И. Кохонов, В.С. Неустроев // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 5-16. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT margolinbz ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty AT kursevičip ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty AT sorokinaa ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty AT lapinan ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty AT kohonovvi ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty AT neustroevvs ohrupčivanieitreŝinostojkostʹvysokooblučennyhaustenitnyhstalejdlâélementovvkuvvérsoobŝenie1svâzʹradiacionnogoraspuhaniâsradiacionnymohrupčivanieméksperimentalʹnyerezulʹtaty |
| first_indexed |
2025-07-04T09:03:47Z |
| last_indexed |
2025-07-04T09:03:47Z |
| _version_ |
1836706514007490560 |
| fulltext |
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛ
УДК 539.3
Охрупчивание и трещиностойкость высокооблученных аустенитных
сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1. Связь радиационного
распухания с радиационным охрупчиванием - экспериментальные
результаты
Б. З. М ар гол и н а, И . П. К ур сев ич а, А . А . С орок и н а, А . Н. Л ап и н а,
В. И. К охонова, В. С. Н еустроев6
а ФГУП ЦНИИ КМ “Прометей”, Санкт-Петербург, Россия
6 ФГУП “ГНЦ РФ НИИАР”, Димитровград, Россия
С целью оценки влияния радиационного распухания на механические свойства облученной
аустенитной стали проведены исследования стали 08Х18Н10Т и ее сварного шва, облученных
до близких по значению повреждающих доз в двух различных диапазонах температур:
330...340°С, когда распухание практически отсутствует, и 400...450°С, когда наблюдается
значительный уровень распухания (3...13%). По результатам исследований построены темпе
ратурные зависимости кратковременных механических свойств облученного металла. Выпол
нены сравнительные исследования намагниченности облученного при различных темпера
турах металла. Проведены фрактографические исследования испытанных образцов.
К л ю ч е в ы е с л о в а : влияние радиационного распухания, аустенитные стали,
фрактографические исследования.
В ведение. Как известно, нейтронное облучение аустенитных сталей при
водит к увеличению предела текучести и предела прочности и снижению их
пластичности. Согласно работе [1], максимальное снижение пластичности
при одной и той же дозе нейтронного облучения происходит при температуре
облучения Т обл ~ 450°С, которая близка к температуре максимума радиаци
онного распухания. Данный факт и соответствие м еж ду положениями макси
мума распухания и максимума охрупчивания в элементах реактора БОР-60
[2 ] дают основание полагать, что сущ ествует связь м еж ду радиационным
распуханием и пластичностью материала.
Установлению связи м еж ду распуханием и охрупчиванием материала
были посвящены работы [2 -4 ], в которых предпринималась попытка найти
взаимосвязь меж ду пределом прочности о в и распуханием материала .
Показано, что при некоторой величине распухания начинается резкое сниже
ние предела прочности (рис. 1).
Полученный результат авторы [2 -4 ] объясняют следующ им образом. При
распухании образуются вакансионные поры в материале и снижается модуль
© Б. 3 МАРГОЛИН, И. П. КУРСЕВИЧ, А. А. СОРОКИН, А. Н. ЛАПИН, В. И. КОХОНОВ, В. С.
НЕУСТРОЕВ, 2009
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 5
Б. 3 Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
упругости. Снижение последнего приводит к уменьш ению напряжений Оро-
вана [5] и, следовательно, предела текучести. Кроме того, на определенной
стадии поры начинают работать как концентраторы напряжений, вследствие
чего облегчается образование микротрещин в облученном материале, что
также может приводить к снижению прочностных характеристик.
а в, МПа
Рис. 1. Зависимость предела прочности от распухания стали 12Х18Н10Т при температурах
испытания 400...5000С [2]: • - предел прочности; X - предел прочности при полном
удлинении д ~ 0.
Предложенное в [2 -4 ] объяснение снижения предела прочности вряд ли
можно признать удовлетворительным. Во-первых, снижение модуля упру
гости с ростом распухания происходит монотонно. Следовательно, согласно
этому зависимость а в(S w) должна быть ниспадающей. Однако из рис. 1
видно, что а в = const вплоть до S w ~ 20%. Во-вторых, снижение а в более
чем в шесть раз (рис. 1) нельзя объяснить только уменьшением модуля
упругости и увеличением концентрации напряжений. В действительности,
при S w ~ 20% относительная площадь пор A v = 30%. Полученная оценка A v
вытекает из следующ их положений: все поры имеют одинаковый размер и
располагаются в вершинах куба, т.е. на одинаковом расстоянии друг от друга.
В этом случае A v = [S w/(1 + S w)]2/3. Значит, модуль упругости и напряжение
Орована снизятся не более чем на 30%. Ясно, что за счет снижения модуля
упругости предел прочности также уменьшается не более чем на 30%. Рас
смотрение пор как концентраторов напряжений не позволяет объяснить рез
кое снижение предела прочности материала. Данное утверждение будет аргу
ментировано в сообщ ении 2 .
При больших уровнях распухания, кроме снижения предела прочности
наблюдается практически полное отсутствие пластичности [2 -4 , 6 ] (рис. 1).
Резкое снижение пластичности материала обычно свидетельствует о смене
механизма разрушения и происходит, например, при переходе от вязкого
внутризеренного разрушения к хрупкому. При этом температурная зависи
мость пластичности - относительного сужения ^ (или критической дефор
мации е j ) для каждого из механизмов разрушения имеет весьма характер
ный вид [7-10].
Следует подчеркнуть, что экспериментальные исследования механичес
ких характеристик облученных аустенитных сталей традиционно проводятся
при температуре испытания, равной температуре облучения, или при комнат
6 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6
Охрупчивание и трещиностойкостъ высокооблученных аустенитных сталей
ной температуре. П оэтому зависимости ^ (Т исп) или £ ̂ (Тисп) для сильно-
облученных аустенитных сталей практически не получены. В этой связи одна
из задач настоящей работы - получить температурные зависимости механи
ческих характеристик облученной аустенитной стали в широком диапазоне
температур. Анализ таких зависимостей позволит ответить на вопрос о
возможной смене механизма разрушения и идентифицировать характер раз
рушения.
Вместе с тем очевидно, что для смены механизма разрушения в аустенит
ной стали необходимо изменение ее структуры и фазового состава. Однако
возникает вопрос, какие возможные изменения в материале могут привести к
смене механизма разрушения. На основании исследований, выполненных в
работах [11-14], можно заключить, что при облучении возможны такие
изменения структуры материала, при которых будет происходить смена меха
низма разрушения.
Так, показано [11-14], что нейтронное облучение является фактором,
инициирующим образование а-фазы в аустенитных сталях типа 304, 316,
Х18Н10Т. Формирование этой фазы под облучением связано со снижением
стабильности аустенита (у-фазы) в результате обеднения матрицы аустенито-
образующими элементами, в первую очередь никелем. Такое обеднение может
происходить по двум механизмам:
1) диффузия никеля к свободным поверхностям, каковыми в сильнооблу-
ченной аустенитной стали являются в первую очередь поверхности вакан-
сионных пор, обусловливающих распухание, границы зерен [15] и дислока
ционные линии. В результате такой диффузии образуются радиационно-инду
цированные сегрегации никеля вокруг пор, дислокационных линий и на
границах зерен;
2 ) образование вторичных фаз с аустенитообразующими элементами, к
которым относятся С-фаза (типа М е6№ 16817) с повышенным содержанием
никеля [16, 17] и карбиды титана, содержащие стабилизатор аустенита -
углерод [18].
Как правило, второй механизм преобладает в сталях со сложным легиро
ванием, в которых под облучением выделяется большое количество вторич
ных фаз. В этом случае, кроме никеля из матрицы во вторичные фазы также
диффундируют элементы, снижающие склонность стали к распуханию (Б1, Т1,
С). При этом процесс распухания начинает происходить более интенсивно. В
дальнейшем обеднение матрицы никелем продолжается преимущ ественно по
первому механизму за счет распухания.
Наличие а-фазы с ОЦК-решеткой делает принципиально возможной
реализацию хрупкого разрушения при деформировании такого материала.
Следовательно, распухание принципиально может приводить к резкой дегра
дации свойств материала за счет стимуляции у ^ а-фазового превращения.
Таким образом, смена механизма разрушения для облученных аустенитных
сталей представляется достаточно вероятной при значительном радиацион
ном распухании.
Целью настоящей работы, представленной в трех сообщ ениях, является:
исследование механических характеристик облученной аустенитной стали с
разной степенью распухания в широком диапазоне температур; выяснение
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 7
Б. 3 Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
природы влияния распухания на механические свойства аустенитных сталей;
формулировка условий у ^ а-превращения, приводящего к резкой деградации
свойств материала, а также критерия отсутствия нестабильного развития тре
щины в облученном аустенитном материале с учетом возможного у ^ а-пре-
вращения.
М етодика исследования и м атериалы . Для того чтобы отделить влия
ние распухания от общ его влияния радиационных дефектов (дислокационные
петли, преципитаты, сегрегации) на механические свойства, испытывали две
партии образцов, изготовленных из стали 08Х 18Н 10Т и ее сварного шва,
облученных примерно до одинаковой повреждающ ей дозы В = 4 6 ...4 9 сна
при двух температурах облучения Г обл = 330 ...3400С и 4 0 0 ...4 5 0 °С. П ред
варительные расчеты, выполненные по формулам работы [19], свидетель
ствуют, что распухание данной стали и сварного шва составляет S w « 0,5%
при Г обл = 335° С и ^ « 1 0 % при Г обл = 425° С. Настоящие исследования
подтвердили расчеты и показали, что значения радиационного распухания
близки к нулю при Г обл = 330 ...340°С , при Г обл = 4 0 0 ...4 5 0 °С они находи
лись в диапазоне 3...13%.
Таким образом, исследования проводили для двух партий образцов, облу
ченных практически до одинаковой дозы, с разным значением распухания.
Исследования проводили на стали 08Х 18Н 10Т в состоянии поставки
(аустенизация при 1050° С - 2 ч, охлаждение на воздухе) и металле сварного
шва, выполненного автоматической сваркой под флюсом 4 8 -0 Ф -0 6 проволо
кой Св-04Х19Н 11М 3 диаметром 5,0 мм. Полученные сварные пробы термо
обработке не подвергали, что соответствует технологии изготовления деталей
внутрикорпусных устройств реакторов типа ВВЭР.
Химический состав исследуемой стали и металла шва приведен в таблице.
Химический состав (вес %) стали марки 08Х18Н10Т и металла шва
Металл Содержание
-̂феррита, %
С Мп Сг N1 Б Р Прочие
Основной
О,СОО.гТ 0,06 0,31 1,17 17,89 9,06 0,010 0,009 П = 0,60
Сварной
шов
4,4 0,07 0,22 2,40 17,50 10,33 0,006 0,025 Мо = 2,36
V = 0,62
Из стали 08Х 18Н 10Т и металла шва изготовляли образцы для испытаний
в исходном и облученном состоянии. Для исследований стандартных меха
нических свойств использовали пятикратные цилиндрические образцы диа
метром 3 мм.
Облучение материалов проводили в реакторе Б 0Р -60 . Часть образцов
облучали при “низкой” температуре 330...340°С флюенсом нейтронов
23 21,13 • 10 нейтр/см (Е > 0,1 М эВ), что соответствует 46 сна (далее состояние
после НТО). Другую часть образцов облучали при “высокой” температуре
400...450°С флюенсом нейтронов 1 ,2 -10 23 нейтр/см 2 (Е > 0,1 М эВ), что соот
ветствует 49 сна (далее состояние после ВТО). Скорость набора поврежда-_7
ющ ей дозы в обоих случаях составляла — 3,8^10 сна/с. Практически одина
8 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Охрупчивание и трещиностойкостъ высокооблученных аустенитных сталей
ковая доза и интенсивность облучения указанных партий образцов дости
галась помещ ением в реакторе металловедческих сборок в места, близкие
друг к другу. Температура облучения при НТО соответствовала температуре
теплоносителя, температура облучения при ВТО обеспечивалась специаль
ным подогревом теплоносителя на входе в сборку за счет установленных
вольфрамовых стержней, сильно разогревающихся при облучении.
Испытания на статическое растяжение необлученных и облученных образ
цов выполняли на дистанционно управляемой разрывной испытательной
машине У -10, расположенной в “горячей” камере. Скорость растяжения
_3 _1
составляла —1-10 с . В процессе испытаний получали диаграммы растя
жения, по которым определяли предел текучести О 0 2 , предел прочности о в,
равномерное удлинение д р и полное удлинение образца при разрыве д 5 .
Равномерное и полное удлинение определяли по диаграмме деформирования
образца. Абсолютная погрешность измерений не превышает 0,1%. После
испытаний на специальном дистанционно управляемом измерительном при
способлении, связанном с компьютером, измеряли диаметр шейки разруш ен
ных образцов. По результатам измерений определяли относительное сужение
^ и рассчитывали истинное напряжение при разрушении . Абсолютная
погрешность определения ^ не превышает 1%.
Исследования радиационного распухания проводили методом гидростати
ческого взвешивания образцов. Абсолютная погрешность определения распу
хания составляет не более 0 , 1%.
Результаты исследований. Температурные зависимости механических
свойств основного металла и металла сварного шва стали 08Х 18Н 10Т в
исходном состоянии и после двух режимов облучения (НТО и ВТО) при
ведены на рис. 2 -5 . Видно, что как для основного металла, так и для металла
шва температурные зависимости механических свойств в исходном состоя
нии и после НТО практически подобны (имеется в виду, что кривые в облу
ченном состоянии практически эквидистантны кривым в исходном состоя
нии), по крайней мере, при Т исп < Гобл.
При Тисп > Тобл (рис. 2 ,а ,б и 4 ,а ,б) вследствие отжига радиационных
дефектов наблюдается более резкое снижение прочностных свойств мате
риала, что отмечалось ранее [1].
П осле НТО предел текучести основного металла и металла сварного шва
стали 08Х 18Н 10Т повысился более чем в три и два раза соответственно.
П осле ВТО также имеет место значительное упрочнение, хотя и несколько
меньшее, чем после НТО.
Для основного металла (рис. 2 и 3) зависимости о 0 2 (Т исп) и о в(Т исп)
в состоянии после ВТО не эквидистантны зависимостям для металла в
исходном состоянии и после НТО. В то же время для металла шва (рис. 4 и 5)
кривые о о ,2 (Т исп) и о в(Т исп) практически эквидистантны (при Тисп < Т обл)
для всех трех исследованных состояний материала.
Зависимость (Тисп) и температурные зависимости деформационных
характеристик (др, д 5 , ^ ) для основного металла в состоянии после ВТО не
подобны соответствующим зависимостям в исходном состоянии и после
НТО.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 9
Б. З Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
МПа а в, МПа
C
Sk, МПа
в
Рис. 2. Температурные зависимости предела текучести (а), предела прочности (б) и истинного
разрушающего напряжения (в) стали 08Х18Н10Т до и после облучения. (Здесь и на рис. 3-5:
О - исходное состояние; • - состояние материала после НТО; А - состояние материала
после ВТО.)
бa
C
Равномерное удлинение при обоих режимах облучения для стали и
металла сварного шва при Т исп > 200° С уменьш ается до значений < 2%
(рис. 3,а и 5,а).
Относительное сужение, как одна из наиболее показательных характерис
тик пластичности, для основного металла после НТО уменьшается не более
чем до 48%, относительное сужение для металла шва - до 30%. Для основ
ного металла (рис. 3,в,г) в состоянии после ВТО наблюдается рост пластич
ности в интервале 20 ...400° С. При Тисп > 400°С зависимость ^ (Т исп) = const.
В интервале температур 20 ...200°С значение \р для основного металла после
ВТО очень мало (изменяется от 0 до 3,7%). Во всем диапазоне испытаний
максимальная величина ^ не превышает 17,3%. Для металла шва (рис. 5,в)
значение ^ составляет 2,5...30% .
10 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6
Охрупчивание и трещиностойкостъ высокооблученных аустенитных сталей
V
65 -
60
55 -
50 -
45
40 -
35
30
25 -
20
15 -
10 -
5
0 Г~г~*['Г 'Т^П
5
О 5» 100 ио 200 250 3(11) 350 40» Тисп , ° С
V , %
С
Рис. 3. Температурные зависимости равномерного удлинения (а), полного удлинения (б),
относительного сужения (в) и критической деформации (г) стали 08Х18Н10Т до и после
облучения (в скобках указана величина распухания в %).
Зависимости V (Т исп) и в(Тисп) для металла шва не аппроксимированы
кривыми, так как из-за различного распухания образцов металла шва ( S w < 7%
и S w > 7%) материал находится в разных структурных состояниях. П одроб
нее это обстоятельство будет обсуждаться в сообщ ении 2 .
Температурная зависимость относительного сужения V (рис. 3,в) основ
ного металла в состоянии после ВТО типична для материалов с вязкохрупким
переходом.
Кроме определения механических свойств и распухания образцов были
проведены фрактографические исследования поверхности разрушения испы
танных образцов на микроскопе РИепош, установленном в “горячей” камере
ЦНИИ КМ “Прометей”.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 11
Б. 3 Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
МПа о в, МПа
С С
Бк, МПа
ба
в
Рис. 4. Температурные зависимости предела текучести (а), предела прочности (б) и истинного
разрушающего напряжения (в) металла сварного шва до и после облучения.
Поверхность разрушения образцов в состоянии после НТО и ВТО для
основного металла при Тисп > 425°С типична для вязкого разрушения по
механизму зарождения, роста и объединения пор. Поверхность разрушения
образцов из основного металла в состоянии после ВТО (Тисп = 20...425°С )
характеризуется смешанным типом разрушения. Доминирующим механизмом
является межзеренное хрупкое разрушение. Другой механизм - это внутри-
зеренное квазихрупкое разрушение (рис. 6 ). С повышением температуры
испытаний доля внутризеренного квазихрупкого разрушения уменьшается.
Кроме механических испытаний и фрактографических исследований были
проведены качественные исследования намагниченности образцов. Образцы
в исходном состоянии и после НТО невозможно было поднять с помощью
магнита, в то время как образцы в состоянии после ВТО поднимались. Такие
результаты качественно доказывают, что количество а-фазы в материале
после ВТО больше, чем в материале после НТО или в исходном состоянии.
12 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Охрупчивание и трещиностойкостъ высокооблученных аустенитньгх сталей
1р , % £ / = - 1п(1- 0,01^ )
в г
Рис. 5. Температурные зависимости равномерного удлинения (а), полного удлинения (б),
относительного сужения (в) и критической деформации (г) металла сварного шва до и после
облучения (в скобках указана величина распухания в %).
Рис. 6. Поверхность разрушения образцов основного металла после ВТО, исследованных на
электронном сканирующем микроскопе: а - Тисп = 20° С; б - Тисп = 290°С (е ̂ = 0,07).
ЙХ1# 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 13
5
ба
Б. 3 Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
В ы в о д ы
1. Исследованы кратковременные механические свойства и радиацион
ное распухание стали 08Х 18Н 10Т и металла ее сварного шва после нейтрон
ного облучения дозами 46 сна при температуре 330 ...3400С и 49 сна при
температуре 4 0 0 ...4500С. Радиационное распухание материала после НТО
близко к нулю, после ВТО находится в диапазоне 3...13%.
2. Наблюдается значительное упрочнение облученных образцов по срав
нению с исходными: для основного металла предел текучести повышается в
три раза, для металла шва - в два.
3. Для основного металла температурные зависимости о 0 2 (Т исп) и
о в ( Т исп) практически эквидистантны при Т исп < Т обл в исходном состоянии
и после НТО (без радиационного распухания). При Тисп > Тобл вследствие
отжига радиационных дефектов эквидистантность нарушается. В состоянии
после ВТО (значительное радиационное распухание) для основного металла
эти зависимости не эквидистантны зависимостям в исходном состоянии и
после НТО. В то же время для металла шва кривые о 0 2 (Т исп) и о в(Т исп)
при Тисп < Т обл эквидистантны для всех трех исследованных состояний
материала.
4. У основного металла и металла шва при значительном радиационном
распухании (состояние после ВТО) отмечается значительное снижение плас
тичности по сравнению с исходным состоянием и облученным состоянием
без распухания (после НТО). Для основного металла при существенном
радиационном распухании вид зависимости ^ (Т исп) характерен для метал
лов с вязкохрупким переходом.
5. Основной металл после НТО во всем исследованном диапазоне темпе
ратур разрушается по вязкому механизму: за счет зарождения, роста и объеди
нения пор. Разрушение основного металла после ВТО при Тисп < 4250С
происходит по двум механизмам: хрупкое межзеренное разрушение и квази-
хрупкое внутризеренное разруш ение. С повыш ением температуры доля
внутризеренного квазихрупкого разрушения уменьшается. При Т исп > 4250 С
разрушение в основном происходит по вязкому механизму.
Отмеченные в п.п. 3, 4 и 5 особенности температурных зависимостей
механических свойств и разрушения основного металла после ВТО дают
основания полагать, что в этом материале произошли значимые фазовые и
структурные изменения, приводящие к принципиально отличающемуся ха
рактеру его разрушения.
На основании анализа результатов, приведенных в литературных источ
никах, и данных по распуханию исследованного металла можно предполо
жить, что причиной выявленного “особенного” поведения основного металла
после ВТО является изменение его фазового состава за счет у ^ а-превра-
щения, которое связано с радиационным распуханием материала.
Увеличение содержания а-фазы в основном металле после ВТО было
подтверждено специальными качественными испытаниями.
Анализу условий реализации у ^ а-превращения, механизмам разруш е
ния и охрупчивания сталей с высоким радиационным распуханием будет
посвящено сообщ ение 2 настоящей работы.
14 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Охрупчивание и трещиностойкостъ высокооблученных аустенитных сталей
Р е з ю м е
Із метою оцінки впливу радіаційного розпухання на механічні властивості
опроміненої аустенітної сталі проведено дослідження сталі 08Х 18Н 10Т та її
зварного шва, які опромінювали до близьких за значенням пошкоджуваних
доз у двох різних діапазонах температур: 3 3 0 ...3 4 0 °С, коли розпухання прак
тично відсутнє, і 4 0 0 ...4 5 0 °С, коли має місце значний рівень розпухання
(3...13% ). За результатами досліджень побудовано температурні залежності
короткочасних механічних властивостей опроміненого металу. Виконано по
рівняльні дослідження намагніченості опроміненого за різних температур
металу. П роведено фрактографічні дослідження випробуваних зразків.
1. К урсеви ч И. П ., М арголи н Б. 3., П рокош ев О. Ю ., К охон ов В. И . М ехани
ческие свойства аустенитных сталей при нейтронном облучении: влия
ние различных факторов // Вопр. материаловедения. - 2006. - № 4 (48). -
С. 55 - 6 8 .
2. N eu stro ev V. S. a n d G a rn er F. A . V ery high sw elling and embrittlement
observed in a F e -1 8 C r-1 0 N i-T i hexagonal fuel wrapper irradiated in the
B 0 R -6 0 fast reactor // Fusion Materials Volum e 43. Semiannual Progress
Report for Period Ending Decem ber 31, 2007. - P. 109 - 122.
3. Н еуст р о ев В. С ., Г ол ован ов В. Н , Ш ам арди н В. К . Радиационное охруп
чивание материалов оболочек твэлов и чехлов ТВС в температурном
интервале максимума распухания // Атом. энергия. - 1990. - 69, вып. 4.
- С. 223 - 226.
4. Н еуст р о ев В. С., Ш ам арди н В. К . Среднетемпературное радиационное
охрупчивание аустенитных сталей и сплавов, облученных в реакторах на
быстрых нейтронах // Физика металлов и металловедение. - 1997. - 83,
№ 5. - С. 134 - 142.
5. A sh b y M . F . About the Orovan stress // Argon A. (Ed.), Physics o f Strength
and Plasticity. - Cambridge; Massachusetts; London: The M.I.T. Press, 1970.
6 . H am ilton M . L , H u an g F. H ., Yang W. J. S ., a n d G a rn er F. A . M echanical
properties and fracture behavior o f 20% cold-worked 316 stainless steels
irradiated to very high neutron exposures // Influence o f Radiation on Material
Properties: 13th Int. Symp. (Pt. II). - A STM STP 956. - 1987. - P. 245 - 270.
7. Х ан Д ж . Т., А вер б а х Б. Л ., О уэн В. С., К о эн М . Возникновение микро
трещин скола в поликристаллическом железе и стали // Атомный меха
низм разрушения. - М.: Металлургия, 1963. - С. 109 - 138.
8 . К опелъм ан Л . А . Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разруш е
нию. - Л.: М ашиностроение, 1978. - 232 с.
9. Р ы би н В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов.
- М.: Металлургия, 1986. - 224 с.
10. К а р зо в Г. П ., М арголи н Б. 3., Ш вец ова В. А . Физико-механическое м оде
лирование процессов разрушения - СПб.: Политехника, 1993. - 391 с.
11. P o r te r D . L. Ferrite formation in neutron-irradiated type 304L stainless steel
//J. Nucl. Mater. - 1979. - 79, N o. 2. - P. 406 - 411.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6 15
Б. 3 Марголин, И. П. Курсевич, А. А. Сорокин и др.
12. O kam oto P. R. a n d W iedersich H . Segregation o f alloying elem ents to free
surfaces during irradiation // Ibid. - 1974. - 53. - P. 336 - 345.
13. P o r te r D . L. a n d W ood E. L. In-reactor precipitation and ferritic trans
formation in neutron-irradiated stainless steels // Ibid. - 1979. - 83. - P. 90 -
97.
14. P o r te r D . L. e t a l. Interaction o f void-induced phase instability and
subsequent void growth in A ISI304 strainless steel // Effect o f Radiation
Materials: 19th Int. Symp. - A STM STP 1336. - 2000. - P. 884 - 893.
15. S h e p h e rd C. M . a n d M u rp h y S. M . The association o f com positional
fluctuations w ith clusters o f cavities in irradiated alloys // J. Nucl. Mater. -
1990. - 172. - P. 143 - 150.
16. Б ороди н О. В., В оеводи н В. Н ., Н еклю дов И. М . и др . Исследование
микроструктуры стали Х 18Н 10Т, облученной в реакторе Б 0Р -60 // Атом.
энергия. - 1991. - 70, вып. 3. - С. 159 - 163.
17. B orod in O. V., V oevodin V. N ., N eu stro ev V. S ., e t a l. Microstructural
evolution o f austenitic stainless stell irradiated in a fast reactor // Effects o f
Radiation on Materials: 17th Int. Symp. - A STM STP 1270. - 1996. - P. 817
- 830.
18. П и кери н г Ф. Б . Ф изическое металловедение и разработка сталей: Пер. с
англ. - М.: Металлургия, 1982. - 184 с.
19. В асин а Н. К., М арголи н Б. 3 ., Г уленко А. Г ., К ур севи ч И. П . Радиационное
распухание аустенитных нержавеющих сталей: влияние различных фак
торов. Обработка экспериментальных данных и формулировка определя
ющ их уравнений // Вопр. материаловедения. - 2006. - № 4 (48). - С. 69 -
8 8 .
Поступила 06. 11. 2008
16 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6
|