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

Рассмотрена технологическая схема и оптимальные режимы твердофазного легирования ферритно-мартенситных сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Приведены результаты исследования структуры и физико-механических свойств опытных образцов, изготовленных методом компактирования порошков жаропрочной стали...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2007
Main Authors:	Агеев, В.С., Никитина, А.А., Сагарадзе, В.В., Сафронов, Б.В., Чуканов, А.П., Цвелев, В.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2007
Series:	Вопросы атомной науки и техники
Subjects:	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110670
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I) / В.С. Агеев, А.А. Никитина, В.В. Сагарадзе, Б.В. Сафронов, А.П. Чуканов, В.В. Цвелев // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 134-141. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110670
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1106702025-02-09T20:29:51Z Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I) Використання методів металургії розпилених та швидкозагартованих порошків для виготовлення оболонок твэлів з дисперсно-зміцнених оксидами (ДУО) жароміцних феритно-мартенситних сталей (Частина І) Use of methods of metallurgy sprayed and fast quenching powders for manufacturing environments fuel tubes from dispersion-strengthened oxides (DSO) heat resisting ferritic-martensitic steels (P.1) Агеев, В.С. Никитина, А.А. Сагарадзе, В.В. Сафронов, Б.В. Чуканов, А.П. Цвелев, В.В. Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Рассмотрена технологическая схема и оптимальные режимы твердофазного легирования ферритно-мартенситных сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Приведены результаты исследования структуры и физико-механических свойств опытных образцов, изготовленных методом компактирования порошков жаропрочной стали ЭП-450ДУО. Показано, что наноструктурированная сталь сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после холодной деформации на 60%. Розглянуто технологічну схему й оптимальні режими твердофазного легування ферритно-мартенситних сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Наведено результати дослідження структури й фізико-механічних властивостей досвідчених зразків, виготовлених методом компактування порошків жароміцної сталі ЭП-450ДУО. Показано, що наноструктурирована сталь зберігає досить високе залишкове подовження після холодної деформації на 60%. The technological circuit and optimum modes hardphase alloying ferritic-martensitic nanodispersion yttrium oxide is considered. Results of research of structure and physicomechanical properties of the pre-production models made by a method compacting of powders of heat resisting steel ЭП-450 DSO are resulted. It is shown, that nanostructured steel keeps high enough residual lengthening after cold deformation on 60 %. 2007 Article Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I) / В.С. Агеев, А.А. Никитина, В.В. Сагарадзе, Б.В. Сафронов, А.П. Чуканов, В.В. Цвелев // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 134-141. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110670 621.039.53 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
spellingShingle	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Агеев, В.С. Никитина, А.А. Сагарадзе, В.В. Сафронов, Б.В. Чуканов, А.П. Цвелев, В.В. Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I) Вопросы атомной науки и техники
description	Рассмотрена технологическая схема и оптимальные режимы твердофазного легирования ферритно-мартенситных сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Приведены результаты исследования структуры и физико-механических свойств опытных образцов, изготовленных методом компактирования порошков жаропрочной стали ЭП-450ДУО. Показано, что наноструктурированная сталь сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после холодной деформации на 60%.
format	Article
author	Агеев, В.С. Никитина, А.А. Сагарадзе, В.В. Сафронов, Б.В. Чуканов, А.П. Цвелев, В.В.
author_facet	Агеев, В.С. Никитина, А.А. Сагарадзе, В.В. Сафронов, Б.В. Чуканов, А.П. Цвелев, В.В.
author_sort	Агеев, В.С.
title	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I)
title_short	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I)
title_full	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I)
title_fullStr	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I)
title_full_unstemmed	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I)
title_sort	использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (дуо) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (часть i)
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110670
citation_txt	Использование методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков для изготовления оболочек твэлов из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей (Часть I) / В.С. Агеев, А.А. Никитина, В.В. Сагарадзе, Б.В. Сафронов, А.П. Чуканов, В.В. Цвелев // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 134-141. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT ageevvs ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT nikitinaaa ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT sagaradzevv ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT safronovbv ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT čukanovap ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT cvelevvv ispolʹzovaniemetodovmetallurgiiraspylennyhibystrozakalennyhporoškovdlâizgotovleniâoboločektvélovizdispersnoupročnennyhoksidamiduožaropročnyhferritnomartensitnyhstaleičastʹi AT ageevvs vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT nikitinaaa vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT sagaradzevv vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT safronovbv vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT čukanovap vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT cvelevvv vikoristannâmetodívmetalurgíírozpilenihtašvidkozagartovanihporoškívdlâvigotovlennâobolonoktvélívzdispersnozmícnenihoksidamiduožaromícnihferitnomartensitnihstaleičastinaí AT ageevvs useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1 AT nikitinaaa useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1 AT sagaradzevv useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1 AT safronovbv useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1 AT čukanovap useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1 AT cvelevvv useofmethodsofmetallurgysprayedandfastquenchingpowdersformanufacturingenvironmentsfueltubesfromdispersionstrengthenedoxidesdsoheatresistingferriticmartensiticsteelsp1
first_indexed	2025-11-30T12:11:22Z
last_indexed	2025-11-30T12:11:22Z
_version_	1850217262741454848
fulltext	ТРЕТИЙ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ РЕАКТОРОВ НОВЫХ ПОКОЛЕНИЙ, РЕАКТОРОВ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ И ТЕРМОЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК УДК 621.039.53 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ МЕТАЛЛУРГИИ РАСПЫЛЕННЫХ И БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ПОРОШКОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ОКСИДАМИ (ДУО) ЖАРОПРОЧНЫХ ФЕРРИТНО-МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ (ЧАСТЬ I) В.С. Агеев, А.А. Никитина, В.В. Сагарадзе, Б.В. Сафронов, А.П. Чуканов, В.В. Цвелев ФГУП ВНИИНМ им. Академика А.А. Бочвара, г. Москва, Россия Рассмотрена технологическая схема и оптимальные режимы твердофазного легирования ферритно-мар- тенситных сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Приведены результаты исследования структуры и физико-механических свойств опытных образцов, изготовленных методом компактирования порошков жа- ропрочной стали ЭП-450ДУО. Показано, что наноструктурированная сталь сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после холодной деформации на 60%. ВВЕДЕНИЕ Одним из важнейших элементов достижения конкурентной способности действующих и разраба- тываемых ректоров на быстрых нейтронах (БР) и со- здания элементов замкнутого топливного цикла яв- ляется достижение выгорания ~ 18…20% тяжелых атомов (т.а.) без снижения или повышения парамет- ров теплоносителя. Решение этих проблем неразрывно связано с раз- работкой радиационно-стойких конструкционных материалов, способных работать в активной зоне БР в высоких потоках быстрых (Е > 0,1 МэВ) нейтро- нов (1...2)·1016 нейтр./(см2·с) до повреждающих доз 160…180 сна при температурах 370...710 °С. Одни- ми из основных факторов, определяющих радиаци- онную стойкость конструкционных материалов БР, являются: радиационное распухание, радиационная ползучесть, высоко- и низкотемпературное радиаци- онное охрупчивание, а также радиационная стабиль- ность структуры и свойств материала в поле ней- тронного облучения. Подобные проблемы суще- ствуют также при разработке и создании радиацион- но-стойких конструкционных материалов для пер- вой стенки и бланкета международного термоядер- ного реактора – ИТЭР. Одним из путей решения этой проблемы являет- ся создания нового класса радиационно-стойких ста- лей, упрочненных нанодисперсными частицами ок- сидов и обладающими при этом высокими проч- ностными и механическими свойствами. Работы над такими сталями применительно к использованию их в БР и ИТЭР активно развиваются в Японии, США, Европе, Китае [1-10]. На основании мирового и имеющегося во ВНИ- ИНМ собственного опыта по порошковой техноло- гии получения быстрозакаленных порошков путем диспергирования расплава методом центробежного распыления выбрана технологическая схема получе- ния ДУО ферритно-мартенситных сталей на основе стали ЭП-450. − Получение порошка стали матричного состава (ЭП-450) со сферической или чешуйчатой фор- мой частиц центробежным распылением распла- ва из вращающегося гарниссажного тигля в ат- мосфере инертного газа. − Механическое легирование полученного порош- ка мелкодисперсными (40…80 нм) частицами Y2O3 в вибрационном высокоэнергетическом ат- триторе. − Виброзаполнение капсул полученной порошко- вой смесью до плотности 60...62 %, дегазация при Т = 500 °С в течение 3 ч, герметизация кап- сул электронно-лучевой сваркой в вакууме. − Горячая экструзия (Т ~1150 oC) капсул с порош- ком в горячепрессованный пруток с вытяжкой не менее 10 – 12 с последующей механической об- работкой. В данной работе приведены первые результаты по исследованию механически легированных по- рошков стали ЭП-450 оксидами иттрия и получения трубной заготовки из ДУО стали ЭП-450. 1. ПОЛУЧЕНИЕ ОПЫТНОЙ ПАРТИИ МЕ- ХАНОЛЕГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 134 Для изготовления порошка использовали стан- дартную заготовку стали ЭП-450. Центробежным распылением расплава из враща- ющегося гарниссажного тигля в атмосфере гелия высокой чистоты получали порошки двух типов: − со сферической формой частиц, получаемой при их кристаллизации в свободном полете в атмо- сфере камеры (рис. 1,а); размер порошка 40...200 мкм; − с чешуйчатой формой частиц, получаемой при кристаллизации порошка на медном водоохла- ждаемом экране (см. рис. 1,б); толщина чешуйки 1...5 мкм, длина 10...15 мм, ширина 1,5...2 мм. В обоих случаях при распылении сталей измене- ний химического состава не происходит. Загрязне- ние поверхности порошка окислами и другими включениями не отмечается. Структура поверхно- сти материала сферического порошка мелкозерни- стая однородная (см. рис. 1,в). На поверхности че- шуйчатого порошка прослеживается разнозерни- стость и вытянутость зерен вдоль направления теп- лоотвода (см. рис. 1,г). а б в г Рис. 1. Внешний вид и вид поверхности сферического (а, в) и чешуйчатого (б, г) порошка стали ЭП-450 Используемые в данной работе оксиды иттрия в исходном состоянии представляли собой агломера- ты размером в несколько микрометров (рис. 2,а), в то время как рентгенографический анализ зафикси- ровал размер данных оксидов в интервале 40...80 нм. На рис. 2,б показана структура отдельно взятого агломерата. Видно, что он состоит из отдельных кристаллитов, размер которых находится в интерва- ле 40...80 нм. а б __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 135 Рис. 2. Внешний вид порошинок оксидов иттрия (а – СЭМ-изображение) и микроструктура отдельного агломерата из кристаллитов оксидов иттрия (б – ТЭМ-изображение) Механическое легирование полученного порош- ка стали ЭП-450 оксидами Y2O3 в количестве 0,5 вес. % проводили в вибрационном высокоэнерге- тическом аттриторе в атмосфере аргона. Механическое легирование проводили в течение 0.5; 1,0; 2,5; 5,0; 7,0; 18,5; 24; 36; 43 и 49 ч со вскры- тием, взятием проб смеси на анализ, заполнением аргоном, герметизацией аттритора и обработкой оставшегося порошка. При времени помола до 5...7 ч частицы станови- лись плоскими, но в основном сохраняли округлую форму. При дроблении от 18,5 до 49 ч частицы ста- новились преимущественно тонкими чешуйками не- правильной формы (размер отдельных и «слипших- ся» чешуек колебался от 1 до 100 мкм) (рис. 3). Рис. 3. Порошок стали ЭП-450 после 49 ч механиче- ского легирования Ренгенографические и мессбауэровские исследо- вания механически легированных порошков стали ЭП-450 ДУО показали, что увеличение времени по- мола смеси порошков стали и оксидов иттрия в ат- триторе до 18,5 ч приводит к максимальному увели- чению ширины рентгеновских линий и к наи- большему изменению мессбауэровских спектров, объясненному гомогенизацией стали. Дальнейшее повышение времени размола до 49 ч мало изменяет ренгенографические и мессбауэровские характери- стики порошков. Промежуточные вскрытия аттритора в процессе обработки привели к окислению и охрупчиванию порошка. Поэтому механическое легирование по- рошка, предназначенного для получения компакт- ной заготовки, проводили в течение 30 ч в атмосфе- ре аргона без вскрытия аттритора. В порошковую смесь состава: матричный порошок стали ЭП-450 чешуйчатой формы + нанопорошок Y2O3 в количе- стве 0,25 мас.% дополнительно добавляли 0,4 мас.% TiH. Гидрид титана был введен в шихту с целью удаления поверхностных окислов в результате взаи- модействия водорода, выделяющегося при разложе- нии гидрида в процессе его нагрева в вакууме, с окислами на поверхности частиц. Кроме этого, со- гласно данным работы [11, 12] присутствие титана способствует получению более дисперсных частиц оксидов при последующей термомеханической об- работки порошков в процессе получения компактно- го материала. 2. КОМПАКТИРОВАНИЕ Компактный материал из механически легиро- ванного (в течение 30 ч) порошка стали ЭП-450 ДУО получали горячей экструзией капсул со сво- бодно засыпанным порошком на гидравлическом прессе усилием 600 т при ~1150 °C с коэффициен- том вытяжки ~15. Полученный пруток диаметром 14 мм (рис. 4,а) охлаждали до комнатной температуры. Компактирование порошка стали ЭП-450 ДУО осу- ществляли в аустенитной трубке, в которой была проведена предварительная дегазация порошка. Структура образца, вырезанного из прутка (см. рис. 4,б), полученная в характеристическом рентге- новском излучении YLα, свидетельствует о равно- мерном распределении оксидов по всему объему компактированного образца. а б __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 136 Рис. 4. Внешний вид выдавленного методом горячей экструзии прутка из стали ЭП-450 ДУО (а) и распределение иттрия в нем (б) Исследование микроструктуры прутка из стали ЭП-450 ДУО показало следующее. Для макроструктуры характерна вытянутость зе- рен вдоль направления экструзии и наличие обла- стей с мелкими (~0,5...2 мкм) зернами (рис. 5,а, в). Оксиды иттрия расположены как по границам зерен, так и в теле зерен (см. рис. 5,б, г). Размер оксидов по границам зерен составляет ~ 5...200 нм, внутри зе- рен – ~ 5...10 нм. Это различие, по-видимому, связано с неполным растворением оксидов иттрия в процессе механиче- ского легирования и частичным их оседанием на по- верхностях исходных порошинок стали ЭП-450. Об- ращает на себя внимание также тот факт, что обла- сти с мелким зерном совпадают с областями повы- шенной концентрации оксидов иттрия. а б в г Рис. 5. Структура прутка из стали ЭП-450 ДУО, полученная с помощью: а – металлографии; б – СЭМ; в, г – ТЭМ На рис. 6 показана гистограмма распределения оксидных частиц по размерам. Видно, что наи- большую объемную долю занимают частицы разме- ром 20...40 нм. Твердость прутка после горячей экс- трузии составляет (394±32) HV. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1-10 10-20 20-40 40-60 60-100 100-150 150-200 Размер частиц, нм О бъ ем на я до ля , % __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 137 Рис. 6. Распределение оксидных частиц по размерам в прутке ЭП-450 ДУО На рис. 7 приведены результаты дилатометриче- ского анализа, полученные при нагреве и охлажде- нии образцов из сталей ЭП-450 ДУО и ЭП-450; ско- рость нагрева и охлаждения составляла 10 К/мин. Полученные данные свидетельствуют о том, что в стали ЭП-450 ДУО отсутствует фазовое превраще- ние (γ-α), и что ферритно-мартенситная сталь ЭП- 450 после ее механического легирования оксидами иттрия стала однофазной. Это же подтверждают данные электронно-микроскопических исследова- ний. а б Рис. 7. Дилатометрические кривые, полученные с образцов из стали ЭП-450 (а) и ЭП-450 ДУО (б) Пруток из стали ЭП-450 ДУО диаметром 22 мм, полученный в результате горячей экструзии порош- ка этой же стали, механолегированного в течение 30 ч, был прокатан в горячую в пластину толщиной 1,5 мм. Горячую прокатку проводили при 1100 °С до толщины 1,5 мм за три прохода с промежуточной термообработкой 1150 °С, 30 мин после каждого прохода (твердость пластины после термической об- работки составляет (367±23) HV). Структура горяче- катаной пластины приведена на рис. 8. __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 138 а б Рис. 8. Структура стали ЭП-450 ДУО после горячей прокатки при 1100°С Видно, что в результате горячей деформации произошло, с одной стороны, образование полиго- низованной структуры с размером зерен ~ 3…5 мкм (см. рис. 8,а), с другой стороны, – измельчение окси- дов иттрия (см. рис. 8, б), что также видно на гисто- грамме распределения оксидов по размерам на рис. 9. 0 5 10 15 20 25 30 35 1-10 10-20 20-40 40-60 60-100 100-150 размер частиц, нм об ъ ем на я до ля , % Рис. 9. Распределение оксидных частиц по размерам в горячекатаном образце ЭП450 ДУО После горячей прокатки до толщины 1,5 мм была проведена термическая обработка пластины – закал- ка в воду с температуры 1100 °С, 1 ч и последую- щий отпуск при 740 °С, 1 ч (охлаждение с печью) с целью изучения возможности получения структуры отпущенного мартенсита, для которой характерна высокая ударная вязкость. Из результатов измерения твердости (323±16) HV и исследования структуры (рис. 10,а) следует, что после закалки и отпуска в материале сохраняет- ся ферритная структура. Кроме того, в процессе тер- мообработки образуется значительное количество дисперсных оксидов Y-Ti-O размером 1...5 нм (см. рис. 10,б и рис. 11). Концентрация оксидов внутри зерен составляет ~1015 см-3. а б Рис. 10. Структура стали ЭП-450 ДУО после горячей прокатки при 1150°С и последующих закалки при 1100°С, 1 ч в воду и отпуска при 740°С, 1 ч (охлаждение на воздухе) __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 139 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1-10 10-20 20-40 40-60 60-100 100-150 Размер частиц, нм О бъ ем на я до ля , % Рис. 11. Распределение оксидных частиц по размерам в горячекатаном образце ЭП-450 ДУО после закалки и отпуска Для выбора маршрута изготовления особотонко- стенных труб из стали ЭП-450 ДУО была проведена оценка деформационной способности полученного материала. Для этого горячекатаные полосы из ста- ли ЭП-450 ДУО прокатывались в холодную на тол- щину 0,4 мм с разной степенью деформации. Для получения разных степеней деформации на готовом размере холодную прокатку полос проводили с раз- личной исходной толщины в соответствии с табл. 1. На пластинах толщиной 0,4 мм с различной сте- пенью деформации были проведены испытания на кратковременные механические свойства. Для этого из пластин с помощью штампа были вырублены стандартные образцы для испытаний (ширина об- разца 3 мм, длина рабочей части 12 мм). В табл. 2 приведены значения относительного удлинения, предела текучести и предела прочности для образ- цов с различной степенью деформации. Таблица 1 Значения исходных толщин полос для получения различных степеней деформации на готовом разме- ре пластины (толщиной 0,4 мм) ε, % 20 30 40 50 60 70 δисх, мм 0,5 0,57 0,67 0,8 1,0 1,35 Lисх, мм 150 130 110 90 75 60 Таблица 2 Механические свойства полос из стали ЭП-450 ДУО с различной исходной степенью деформации ε, % δ, % σ0,2 , МПа σв, МПа 20 6,6 868 885 30 6.2 893 922 40 7,1 839 909 50 3,8 881 945 60 5,0 912 960 70 4,6 1086 1169 Из табл. 2 видно, что наноструктурированная сталь ЭП-450 ДУО сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после обработки со степеня- ми деформации до 60%, что позволяет сделать одно- значный вывод о приемлемости существующего маршрута изготовления особотонкостенных труб из стандартной стали ЭП-450 для варианта изготовле- ния труб из стали ЭП-450 ДУО. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании имеющегося за рубежом и во ВНИИНМ опыта по порошковой технологии выбра- на и опробована технологическая схема получения трубной заготовки из стали ЭП-450 ДУО. Выбраны оптимальные режимы твердофазного легирования матричного материала нанодисперсными оксидами иттрия в высокоэнергетическом аттриторе. Экспериментально опробована технология и по- лучена опытная партия порошков. Проведены комплексные исследования их свойств. Высказано предположение, что для нормального механическо- го легирования порошков достаточно время помола ~ 18,5 ч. Разработана и опробована методика компактиро- вания порошков жаропрочной стали ЭП-450 ДУО. Изготовлен опытный образец и исследованы его структура и физико-механические свойства. Электронно-микроскопические исследования компактированного методом горячей экструзии при 1150 0С образца стали ЭП-450 ДУО (время предва- рительного механического легирования 30 ч) пока- зали, что сталь имеет ферритную структуру с вы- тянутыми вдоль направления экструзии областями, состоящими из крупных (~30…50 мкм) и мелких (~0,5…2 мкм) зерен. Оксиды иттрия расположены как по границам зерен, так и в теле зерен. Размер ок- __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 140 сидов по границам зерен составляет ~ 5...200 нм, внутри зерен – ~ 5...10 нм. Оценка деформационной способности стали ЭП- 450 ДУО показала, что наноструктурированная эта же сталь сохраняет достаточно высокое остаточное удлинение после холодной деформации на 60%. Это позволяет сделать однозначный вывод о возможно- сти изготовления особотонкостенных труб из стали ЭП-450 ДУО по маршрутам, применяемым для стан- дартной стали ЭП-450. ЛИТЕРАТУРА 1. J.J. Huetj. Sintered Metal-Ceramic Composites //El- sevier Science Publishers B. V Amsterdam, 1984, p. 197–212. 2. L. Dewilde, J. Gedopt, A. Delbrassine, Driesen and B. Kazimierzak //Proc.of the Inter. Conf. of Materi- als for Nuclear Reactor Core Application. Bristol. 1987, p. 271–276. 3. Tian Yun, Shan Binguan, Pan Qingchun, Sun Jiguang. Stadies on ODS ferritic alloy for advanced LMFBR cladding application in CISRI //Proc. Mater. for Advanced Energy Systems&Fission and Fusion Engineering, Southwestern Institute of Physics. Chengdu, China, 1995, p. 110–115. 4. Tian Yun, Shan Binguan, Liu Guangzu et al. An overview of several iron base oxide dispersion strengthened alloys for nuclear application //Mater. for Advanced Energy Systems & Fission and Fusion Engineering / Ed. A.Kohuama et al. Japan. Soc. Mater. Advanced Energy Systems. 1994, p. 307–312. 5. S. Ukai, M. Harada, H. Okada et al. Alloyng design of oxide dispersion strengthened ferritic steel for long life FBRs core materials //J. Nucl. Mater. 1993, v. 204, p. 65–73. 6. S. Ukai, M.Harada, H. Okada et al. Tube manufac- turing and mechanical properties of oxide dispersion strengthened ferritic steel //J. Nucl. Mater. 1993, v. 204, p. 74–82. 7. A.M. Wilson, M.C. Clayden and J. Standring //Proc. of the Inter. Conf. of Materials for Nuclear Reactor Core Application. Bristol. 1987, p. 25–30. 8. K. Asano, Y. Kohno, A. Kohyama, T. Suzuki and H. Kusanagi. Microstructural evolution of an oxide dispersion strengthened steel under charged particles irradiation //J. Nucl. Mat. 1988, v. 155–157, p. 928–934. 9. D.K.H. Mukhopadhyay, F. Froes, D.S. Gelles. De- velopment of oxide dispersion strengthened ferritic steel for fusion //J. Nucl. Mat. 1998, v. 258-263, p. 1209–1215. 10. R.L. Klueh, D.S. Gelles, S. Jitsukawa, A. Kimura, G.R. Odette, B. Van der Schaaf, M. Victoria. Ferrit- ic/martensitic steels – overview of recent resalts //J. Nucl. Mat. 2002, v. 307–311, p. 455–465. 11. S. Ukai, T. Nishida, K. Kaneda, T. Okuda, M. Fuji- wara, K. Asabe and S. Hagi. Development of oxide dispersion strengthened ferritic steel for fast reactor core application //The fourth Japan – China sympo- sium on Materials for Advanced Energy Systems & Fission and Fusion Engineering ‘ 96. 12. R.L. Klueh, P.J. Maziasz, I.S. Kim, L. Heatherly, D.T. Hoelzer, N. Hashimoto et al. Tensile and creep properties of an oxide dispersion-strengthened ferrit- ic steel //J. Nucl. Mat. 2002, v. 307–311, p. 773–777. ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДІВ МЕТАЛУРГІЇ РОЗПИЛЕНИХ ТА ШВИДКОЗАГАРТОВАНИХ ПОРОШКІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ОБОЛОНОК ТВЭЛІВ З ДИСПЕРСНО-ЗМІЦНЕНИХ ОКСИДАМИ (ДУО) ЖАРОМІЦНИХ ФЕРИТНО-МАРТЕНСИТНИХ СТАЛЕЙ (ЧАСТИНА І) В.С. Агєєв, А.А. Нікітіна, В.В. Сагарадзе, Б.В. Сафронов, А.П. Чуканов, В.В. Цвелев Розглянуто технологічну схему й оптимальні режими твердофазного легування ферритно- мартенситних сталей нанодисперсными оксидами иттрия. Наведено результати дослідження структури й фізико-механіч- них властивостей досвідчених зразків, виготовлених методом компактування порошків жароміцної сталі ЭП-450ДУО. Показано, що наноструктурирована сталь зберігає досить високе залишкове подовження після холодної деформації на 60%. USE OF METHODS OF METALLURGY SPRAYED AND FAST QUENCHING POWDERS FOR MANU- FACTURING ENVIRONMENTS FUEL TUBES FROM DISPERSION-STRENGTHENED OXIDES (DSO) HEAT RESISTING FERRITIC-MARTENSITIC STEELS (P.1) V.S. Ageev, A.A. Nikitinа, V.V. Sagaradze, B.V. Safronov, A.P. Chukanov, V.V. Tsvelev The technological circuit and optimum modes hardphase alloying ferritic-martensitic nanodispersion yttrium ox- ide is considered. Results of research of structure and physicomechanical properties of the pre-production models made by a method compacting of powders of heat resisting steel ЭП-450 DSO are resulted. It is shown, that nanos- tructured steel keeps high enough residual lengthening after cold deformation on 60 %. __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 134-141. 141

Institution

Similar Items