А. В. ШУЛЬГА

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

перерастворение карбидных и карбоборидных фаз с образованием группировок

дисперсных частиц

при аустенизации коррозионно-стойких

сталей – причина нерегламентированного

разброса свойств оболочек твэлов

В работе впервые установлено, что значительный (до 100 %) нерегламентированный разброс механических свойств (sВ, s0,2, d, dр) коррозионно-стойких «гомогенных» сталей аустенитного класса типа 16-15 в виде твэльных оболочек в штатном аустенизированном состоянии связан с образованием метастабильных группировок дисперсных карбоборидных и карбидных частиц. Результаты работы подтверждают существенный вклад элементов внедрения (углерода, бора) в твердорастворное упрочнение «гомогенных» сталей аустенитного класса и свидетельствуют о необходимости регламентации температур аустенизации с учетом влияния образования метастабильных группировок фаз внедрения на свойства этих сталей.

Формирование метастабильных группировок частиц фаз внедрения (карбидных частиц) впервые было обнаружено при исследовании структурных изменений при старении малолегированных сплавов молибдена типа ВМ1, 4604, ТСМ4 и др. [1]. Экспериментально, прямым методом просвечивающей (дифракционной) микроскопии и др. методами, было установлено, что группировки дисперсных частиц фаз внедрения образуются в этих сплавах при старении как результат влияния дислокационной релаксации локальных фазовых напряжений, обусловленных объемным несоответствием выделяющейся фазы и матрицы, на процесс растворения и последующего выделения частиц (перерастворение).

Микролегирующие элементы внедрения углерод, бор, содержащиеся в коррозионностойких «гомогенных» сталях аустенитного класса типа 16-15 и 18-10 в количествах 0,08 ÷0,15 % и ~0,01 % соответственно, оказывают определяющее влияние на механические свойства этих сталей в основном по механизму твердорастворного упрочнения.

В данной работе проведено исследование структуры (методами металлографии, активационной и трековой авторадиографии по углероду, бору, а также методами растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа) и механических свойств (методом испытания на растяжение кольцевых образцов) различных партий штатных твэльных труб коррозионностойких жаропрочных сталей аустенитного класса типа 16-15: ЭИ847, ЭП172 после аустенизации и горячедеформированных полуфабрикатов.

Впервые установлено, что нерегламентированный разброс механических свойств (как характеристик прочности sВ, s0,2, так и характеристик пластичности d, dр) образцов от различных партий штатных твэльных труб после аустенизации, достигающий 100 %, связан с формированием в образцах с пониженными характеристиками прочности волнообразного деформационного рельефа наряду с обычно наблюдаемой при металлографическом анализе рекристаллизованой структурой. В образцах с повышенной прочностью наблюдалась только обычная рекристаллизованная структура.

По литературным данным анализ структуры сталей 16-15, а также более распространенных в машиностроении сталей 18-10 в аустенизированном состоянии, проводился, как правило, с целью изучения влияния температуры на размер рекристаллизованного зерна. При этом в атласе структур и др. на снимке микроструктуры стали 08Х18Н10Ш (при 1050°С) присутствует волнообразный рельеф, который отсутствует при 1000, 1100 и 1150 °С, однако он не комментируется, т. е. связывается авторами с дефектами приготовления шлифа.

При исследовании микроструктуры горячедеформированных полуфабрикатов в данной работе было также обнаружено формирование волнообразного рельефа наряду с образованием рекристаллизованных зерен в результате динамической рекристаллизации. Детальное исследование микроструктуры в сопоставлении с авторадиограммами распределения углерода, бора позволило сделать вывод о том, что формирование волнообразного рельефа связано с образованием по механизму перерастворения группировок частиц. Микрорентгеноспектральный подтвердил образование группировок дисперсных карбоборидных частиц.

Процесс перерастворения частиц фаз внедрения обусловленный локальной неоднородностью напряжений, плотности дислокаций в настоящее время наряду с малолегированными сплавами молибдена подтвержден также при трактовке ЗГР сплавов циркония [2].

Список литературы

1. Шульга старения на температуру хладноломкости и структуру малолегированных сплавов молибдена // Дисс. на соиск. уч ст. к. т.н. М.: МИФИ. 1976. С.172.

2. Конструкционные материалы ядерных реакторов // , , . М.: Энергоатомиздат. 1995. С.704.