Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей

В. С. АГЕЕВ, А. А. НИКИТИНА, Б. В. САФРОНОВ,

А. П. ЧУКАНОВ, В. В. ЦВЕЛЕВ, В. Ф. ПЕТРУНИН1, В. В. ПОПОВ1

, Москва

1Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ МЕТАЛЛУРГИИ РАСПЫЛЕННЫХ И БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ПОРОШКОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ

ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ОКСИДАМИ (ДУО)

ЖАРОПРОЧНЫХ ФЕРРИТНО-МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ

В данной работе приведены первые результаты по исследованию механически легированных порошков стали ЭП-450 нанокристаллическими частицами оксида иттрия с получением трубной заготовки из ДУО стали ЭП-450. На основании имеющегося за рубежом и во ВНИИНМ опыта по порошковой технологии выбрана и опробована технологическая схема получения трубной заготовки из стали ЭП-450 ДУО. Выбраны режимы твердофазного легирования матричного материала частицами оксида иттрия в высокоэнергетическом аттриторе.

Экспериментально опробована технология, получена и исследована опытная партия порошков стали ЭП-450. Порошок оксида иттрия был изготовлен методом соосаждения. Данный порошок имел насыпную плотность 0,2 г/см3 и содержал нанокристаллические частицы Y2O3 с ОКР ~ 9 нм, объединенные в агрегаты размером 560±20 нм.

Рентгенографические и мессбауровские исследования механически легированных порошков стали ЭП-450 ДУО показали, что увеличение времени помола смеси порошков стали ЭП-450 и оксидов иттрия в аттриторе до 18,5 ч приводит к максимальному увеличению ширины рентгеновских линий и к наибольшему изменению мессбауэровских спектров, объясненному гомогенизацией стали. Дальнейшее повышение времени размола до 49 ч мало изменяет рентгенографические и мессбауровские характеристики порошков. Однако, электронно-микроскопические исследования показали, что в процессе механического легирования не произошло полного растворения оксидов иттрия в матричных порошинках даже после 49 ч помола. Высказано предположение, что это связано с относительно большим (от сотен нанометров до нескольких микрон) размером исходных оксидов иттрия. Сделан вывод, что для полного прохождения процесса механического легирования необходимо использовать оксид иттрия с размером порошинок не более 20-40 нм.

Разработана и опробована методика компактирования порошков жаропрочной стали ЭП-450 ДУО. Изготовлен опытный образец и исследованы его структура и физико-механические свойства.

Электронно-микроскопические исследования и данные дилатометрического анализа компактированного методом горячей экструзии при 1150 °С образца стали ЭП-450 ДУО (время предварительного механического легирования 30ч) показали, что сталь, в отличие от стандартной стали ЭП450, имеет ферритную структуру. Для микроструктуры характерна полосчатость вдоль направления экструзии. Полосы состоят из крупных (~ 30-50 мкм) и мелких (~ 0,5-2 мкм) зерен феррита. Оксиды иттрия расположены как по границам, так и в теле зерен. Размер оксидов по границам зерен составляет ~ 5-200 нм, внутри зерен - ~ 5-10 нм. При этом области с повышенной концентрацией оксидов иттрия совпадают с областями с мелким зерном

Оценка деформационной способности стали ЭП450 ДУО показала, что наноструктурированная сталь ЭП450 ДУО сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после холодной деформации на 60 %. Это позволяет сделать однозначный вывод о возможности изготовления особотонкостенных труб из стали ЭП450 ДУО по маршрутам, применяемым для стандартной стали ЭП450.