Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса
Наведені дані по структурі, фазовому складу та механічним властивостям у початковому стані, після тривалих теплових витримок і нейтронного опромінення основного металу та металу зварних сполучень радіаційно-стійкої сталі бейнітного класу марки 15Х2В2ФА-А, володіющою швидким спадом наведеної акти...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80154 |
| 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: | Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса / В.В. Рыбин, И.П. Курсевич, А.Н. Лапин, Н.Б. Щербинина, Е.В. Нестерова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 112-119. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80154 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Рыбин, В.В. Курсевич, И.П. Лапин, А.Н. Щербинина, Н.Б. Нестерова, Е.В. 2015-04-12T16:06:30Z 2015-04-12T16:06:30Z 2002 Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса / В.В. Рыбин, И.П. Курсевич, А.Н. Лапин, Н.Б. Щербинина, Е.В. Нестерова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 112-119. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80154 669.15-194; 621.039.53; 621.791.053 Наведені дані по структурі, фазовому складу та механічним властивостям у початковому стані, після тривалих теплових витримок і нейтронного опромінення основного металу та металу зварних сполучень радіаційно-стійкої сталі бейнітного класу марки 15Х2В2ФА-А, володіющою швидким спадом наведеної активності. Представлені термокінетичні діаграми структурних перетворень при безперервному охолодженні металу від температур 1000, 1050 та 1200°С у диапозоні швидкостей 0,03…25° С/сек, мікроструктура та твердість для різних швидкостей охолодження. Показана висока стійкість розроблених матеріалів до теплового та радіаційного окрихчення. Після досліджених теплових витримок (при 400°С–3000 г, 450°С–260 г –для сталі 15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 г – для металу зварного шву) не відзначено змін їх короткочасних механічних властивостей. Після опромінення різним флюєнсом нейтронів аж до 1.5⋅10²⁰ н/см² (Е≥0.5 МеВ) при теммпературі 270…290°С радіаційне зміцнення та зміщення температури в’язко-крихкого переходу в малоактивованій сталі 15Х2В2ФА-А нижче, ніж у застосовуємої для корпусів ядерних реакторів типу ВВЕР сталі марки 15Х2МФА-А. По сукупності властивостей сталь марки 15Х2В2ФА-А представляється дуже перспективною для майбутніх ядерних реакторів збілшеного терміну служби. Приведены данные по структуре, фазовому составу и механическим свойствам в исходном состоянии, после дли- тельных тепловых выдержек и нейтронного облучения основного металла и металла сварных соединений радиационно- стойкой стали бейнитного класса марки 15Х2В2ФА-А, обладающей быстрым спадом наведенной активности. Представлены термокинетические диаграммы структурных превращений при непрерывном охлаждении металла от температур 1000, 1050 и 1200°С в диапазоне скоростей 0,03…25° С/сек, микроструктура и твердость для различных скоростей охлаждения. Показана высокая устойчивость разработанных материалов к тепловому и радиационному охрупчиванию. После исследованных тепловых выдержек (при 400°С–3000 ч, 450°С–260 ч –для стали 15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 ч –для металла сварного шва) не отмечено изменений их кратковременных механических свойств. После облучения различным флюенсом нейтронов вплоть до 1.5⋅10²⁰ н/см² (Е≥0.5 МэВ) при температуре 270…290°С радиационное упрочнение и смещение температуры вязко-хрупкого перехода у малоактивируемой стали 15Х2В2ФА-А ниже, чем у применяемой для корпусов ядерных реакторов типа ВВЭР стали марки 15Х2МФА-А. По совокупности свойств сталь марки 15Х2В2ФА-А представляется весьма перспективной для будущих ядерных реакторов повышенной экологической безопасности и увеличенного срока службы. The paper gives data on the structure, phase composition and mechanical properties in initial state, after long-duration holding at heat and neutron irradiation of the base metal and the metal of welded joints of a bainitic 15X2В2ФА steel showing a rapid decay of induced activity. CCT diagrams at cooling from 1000, 1050 and 1200° C in the range of rates from 0.03 to 25° C/s , microstructure and hardness for various cooling rates are presented. High resistance of developed the materials to thermall and irradiation embrittlement is demonstrated. The examination of materials after holding at heat (at 400° C for 3000 hrs, at 450° C for 260 hrs - for 15X2В2ФА steel, and 300° C for 1000 hrs - for the weld metal) has shown that no changes in their mechanical properties were observed. The low-activated 15X2В2ФА steel irradiated to various neutron fluence up to 1.5⋅10²⁰ n/cm² (E≥0.5 MeV) at a temperature of 270-290° C is characterized by lower radiation strengthening and shift in DBTT temperature as compared to a 15X2В2ФА steel used for WWER vessels . On combination of properties the low-activated 15X2В2ФА-A steel is represented rather perspective for the future nuclear reactors of increased ecological safety and increased service life. Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований по проекту № 01-02-17262. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейронах Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| spellingShingle |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса Рыбин, В.В. Курсевич, И.П. Лапин, А.Н. Щербинина, Н.Б. Нестерова, Е.В. Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| title_short |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| title_full |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| title_fullStr |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| title_full_unstemmed |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| title_sort |
структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса |
| author |
Рыбин, В.В. Курсевич, И.П. Лапин, А.Н. Щербинина, Н.Б. Нестерова, Е.В. |
| author_facet |
Рыбин, В.В. Курсевич, И.П. Лапин, А.Н. Щербинина, Н.Б. Нестерова, Е.В. |
| topic |
Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| topic_facet |
Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| description |
Наведені дані по структурі, фазовому складу та механічним властивостям у початковому стані, після тривалих
теплових витримок і нейтронного опромінення основного металу та металу зварних сполучень радіаційно-стійкої сталі
бейнітного класу марки 15Х2В2ФА-А, володіющою швидким спадом наведеної активності.
Представлені термокінетичні діаграми структурних перетворень при безперервному охолодженні металу від
температур 1000, 1050 та 1200°С у диапозоні швидкостей 0,03…25° С/сек, мікроструктура та твердість для різних
швидкостей охолодження.
Показана висока стійкість розроблених матеріалів до теплового та радіаційного окрихчення. Після досліджених
теплових витримок (при 400°С–3000 г, 450°С–260 г –для сталі 15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 г – для металу зварного шву)
не відзначено змін їх короткочасних механічних властивостей. Після опромінення різним флюєнсом нейтронів аж до 1.5⋅10²⁰ н/см² (Е≥0.5 МеВ) при теммпературі 270…290°С
радіаційне зміцнення та зміщення температури в’язко-крихкого переходу в малоактивованій сталі 15Х2В2ФА-А нижче,
ніж у застосовуємої для корпусів ядерних реакторів типу ВВЕР сталі марки 15Х2МФА-А. По сукупності властивостей
сталь марки 15Х2В2ФА-А представляється дуже перспективною для майбутніх ядерних реакторів збілшеного терміну
служби.
Приведены данные по структуре, фазовому составу и механическим свойствам в исходном состоянии, после дли-
тельных тепловых выдержек и нейтронного облучения основного металла и металла сварных соединений радиационно-
стойкой стали бейнитного класса марки 15Х2В2ФА-А, обладающей быстрым спадом наведенной активности.
Представлены термокинетические диаграммы структурных превращений при непрерывном охлаждении металла от
температур 1000, 1050 и 1200°С в диапазоне скоростей 0,03…25° С/сек, микроструктура и твердость для различных скоростей охлаждения.
Показана высокая устойчивость разработанных материалов к тепловому и радиационному охрупчиванию. После исследованных тепловых выдержек (при 400°С–3000 ч, 450°С–260 ч –для стали 15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 ч –для металла сварного шва) не отмечено изменений их кратковременных механических свойств.
После облучения различным флюенсом нейтронов вплоть до 1.5⋅10²⁰ н/см² (Е≥0.5 МэВ) при температуре 270…290°С радиационное упрочнение и смещение температуры вязко-хрупкого перехода у малоактивируемой стали 15Х2В2ФА-А ниже, чем у применяемой для корпусов ядерных реакторов типа ВВЭР стали марки 15Х2МФА-А. По совокупности свойств сталь марки 15Х2В2ФА-А представляется весьма перспективной для будущих ядерных реакторов повышенной экологической безопасности и увеличенного срока службы.
The paper gives data on the structure, phase composition and mechanical properties in initial state, after long-duration holding
at heat and neutron irradiation of the base metal and the metal of welded joints of a bainitic 15X2В2ФА steel showing a rapid
decay of induced activity.
CCT diagrams at cooling from 1000, 1050 and 1200° C in the range of rates from 0.03 to 25° C/s , microstructure and hardness
for various cooling rates are presented.
High resistance of developed the materials to thermall and irradiation embrittlement is demonstrated. The examination of materials
after holding at heat (at 400° C for 3000 hrs, at 450° C for 260 hrs - for 15X2В2ФА steel, and 300° C for 1000 hrs - for
the weld metal) has shown that no changes in their mechanical properties were observed.
The low-activated 15X2В2ФА steel irradiated to various neutron fluence up to 1.5⋅10²⁰ n/cm² (E≥0.5 MeV) at a temperature
of 270-290° C is characterized by lower radiation strengthening and shift in DBTT temperature as compared to a 15X2В2ФА
steel used for WWER vessels . On combination of properties the low-activated 15X2В2ФА-A steel is represented rather perspective
for the future nuclear reactors of increased ecological safety and increased service life.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80154 |
| citation_txt |
Структура, прочность и пластичность перспективных мкалоактивируемых реакторных сталей бейнитного класса / В.В. Рыбин, И.П. Курсевич, А.Н. Лапин, Н.Б. Щербинина, Е.В. Нестерова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 112-119. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT rybinvv strukturapročnostʹiplastičnostʹperspektivnyhmkaloaktiviruemyhreaktornyhstaleibeinitnogoklassa AT kursevičip strukturapročnostʹiplastičnostʹperspektivnyhmkaloaktiviruemyhreaktornyhstaleibeinitnogoklassa AT lapinan strukturapročnostʹiplastičnostʹperspektivnyhmkaloaktiviruemyhreaktornyhstaleibeinitnogoklassa AT ŝerbininanb strukturapročnostʹiplastičnostʹperspektivnyhmkaloaktiviruemyhreaktornyhstaleibeinitnogoklassa AT nesterovaev strukturapročnostʹiplastičnostʹperspektivnyhmkaloaktiviruemyhreaktornyhstaleibeinitnogoklassa |
| first_indexed |
2025-11-24T08:19:48Z |
| last_indexed |
2025-11-24T08:19:48Z |
| _version_ |
1850843846282313728 |
| fulltext |
УДК 669.15-194; 621.039.53; 621.791.053
СТРУКТУРА, ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
МАЛОАКТИВИРУЕМЫХ РЕАКТОРНЫХ СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО
КЛАССА
В.В.Рыбин, И.П.Курсевич, А.Н.Лапин, Н.Б.Щербинина, Е.В.Нестерова
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-
исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей",
г.Санкт-Петербург, Россия
Наведені дані по структурі, фазовому складу та механічним властивостям у початковому стані, після тривалих
теплових витримок і нейтронного опромінення основного металу та металу зварних сполучень радіаційно-стійкої сталі
бейнітного класу марки 15Х2В2ФА-А, володіющою швидким спадом наведеної активності.
Представлені термокінетичні діаграми структурних перетворень при безперервному охолодженні металу від
температур 1000, 1050 та 1200°С у диапозоні швидкостей 0,03…25° С/сек, мікроструктура та твердість для різних
швидкостей охолодження.
Показана висока стійкість розроблених матеріалів до теплового та радіаційного окрихчення. Після досліджених
теплових витримок (при 400°С–3000 г, 450°С–260 г –для сталі15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 г –для металу зварного шву)
не відзначено змін їх короткочасних механічних властивостей.
Після опромінення різним флюєнсом нейтронів аж до 1.5⋅1020 н/см2 (Е≥0.5 МеВ) при теммпературі 270…290°С
радіаційне зміцнення та зміщення температури в’язко-крихкого переходу в малоактивованій сталі 15Х2В2ФА-А нижче,
ніж у застосовуємої для корпусів ядерних реакторів типу ВВЕР сталі марки 15Х2МФА-А. По сукупності властивостей
сталь марки 15Х2В2ФА-А представляється дуже перспективною для майбутніх ядерних реакторів збілшеного терміну
служби.
Приведены данные по структуре, фазовому составу и механическим свойствам в исходном состоянии, после дли-
тельных тепловых выдержек и нейтронного облучения основного металла и металла сварных соединений радиационно-
стойкой стали бейнитного класса марки 15Х2В2ФА-А, обладающей быстрым спадом наведенной активности.
Представлены термокинетические диаграммы структурных превращений при непрерывном охлаждении металла от
температур 1000, 1050 и 1200°С в диапазоне скоростей 0,03…25° С/сек, микроструктура и твердость для различных ско-
ростей охлаждения.
Показана высокая устойчивость разработанных материалов к тепловому и радиационному охрупчиванию. После ис-
следованных тепловых выдержек (при 400°С–3000 ч, 450°С–260 ч –для стали 15Х2В2ФА-А и 300°С–1000 ч –для метал-
ла сварного шва) не отмечено изменений их кратковременных механических свойств.
После облучения различным флюенсом нейтронов вплоть до 1.5⋅1020 н/см2 (Е≥0.5 МэВ) при температуре 270…290°С
радиационное упрочнение и смещение температуры вязко-хрупкого перехода у малоактивируемой стали 15Х2В2ФА-А
ниже, чем у применяемой для корпусов ядерных реакторов типа ВВЭР стали марки 15Х2МФА-А. По совокупности
свойств сталь марки 15Х2В2ФА-А представляется весьма перспективной для будущих ядерных реакторов повышенной
экологической безопасности и увеличенного срока службы.
The paper gives data on the structure, phase composition and mechanical properties in initial state, after long-duration hold-
ing at heat and neutron irradiation of the base metal and the metal of welded joints of a bainitic 15X2В2ФА steel showing a rapid
decay of induced activity.
CCT diagrams at cooling from 1000, 1050 and 1200° C in the range of rates from 0.03 to 25° C/s , microstructure and hard-
ness for various cooling rates are presented.
High resistance of developed the materials to thermall and irradiation embrittlement is demonstrated. The examination of ma-
terials after holding at heat (at 400° C for 3000 hrs, at 450° C for 260 hrs - for 15X2В2ФА steel, and 300° C for 1000 hrs - for
the weld metal) has shown that no changes in their mechanical properties were observed.
The low-activated 15X2В2ФА steel irradiated to various neutron fluence up to 1.5⋅1020 n/cm2 (E≥0.5 MeV) at a temperature
of 270-290° C is characterized by lower radiation strengthening and shift in DBTT temperature as compared to a 15X2В2ФА
steel used for WWER vessels . On combination of properties the low-activated 15X2В2ФА-A steel is represented rather per-
spective for the future nuclear reactors of increased ecological safety and increased service life.
ВВЕДЕНИЕ
Первые данные о перспективности сталей бей-
нитного класса типа 15Х2В2ФА-А, обладающих бы-
стрым спадом наведенной радиоактивности и низ-
ким уровнем ее остаточного значения (в дальней-
шем – малоактивируемые стали), были представ-
лены в [1].
В работах [2-4] были опубликованы результаты
систематических исследований структуры, кинетики
фазовых превращений и механических свойств ста-
ли в исходном и облученном состояниях. Эти дан-
ные показали, что сталь марки 15Х2В2ФА-А может
рассматриваться в качестве перспективного
конструкционного материала для строительства эко-
_________________________________________________________________________________
112 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (82), с.115-122.
логически безопасных атомных и термоядерных ре-
акторов ближайшего будущего.
Чтобы двигаться в этом направлении, необходи-
мо разработать соответствующие сварочные матери-
алы. Они также должны обладать быстрым спадом
наведенной активности и обеспечивать прочность,
радиационную стойкость, стойкость против отпуск-
ной и тепловой хрупкости сварных соединений на
уровне основного материала. С этой целью была со-
здана авторами малоактивируемая сварочная прово-
лока хромо-вольфрамовой композиции марки Св-
08Х3ГВ2ФТА, и на ее основе были разработаны
сварочные электроды марки 48Н-39Ф.
Теоретическая оценка изменения во времени на-
веденной радиоактивности показала, что указанная
сварочная проволока после 40-летней выдержки об-
лученных в реакторе типа ВВЭР флюенсом 1х1020
н/см2 (в потоке нейтронов ϕ=1,3х1013 н/см2 с) свар-
ных соединений имеет в 100 раз более низкий уро-
вень наведенной активности по сравнению с тради-
ционно используемыми в настоящее время в атом-
ном энергетическом машиностроении молибденсо-
держащими сварочными материалами (рис.1). Это
примерно соответствует скорости снижения наве-
денной радиоактивности основного металла стали
марки 15Х2В2ФА-А.
10-3 10-2 10-1 100 101 102
107
108
109
1010
1011
Время после облучения, годы
40
4
2
3
1
24
31
А
кт
ив
но
ст
ь,
Б
к/
kг
Рис.1. Расчетные кривые спада наведенной
активности для основных и сварочных материалов
(F=1⋅1020н/см2,ϕтепл.н.=ϕн..E>0.1МэВ=1.3⋅1013н/см2с, вре-
мя облучения–30 лет)
1,3-15Х2МФА-А и Св-08ХМФА-А–применяемые
сталь и сварочная проволока;
2,4 – 15Х2В2ФА-А и Св-08Х3ГВ2ФТА –
разработанные сталь и сварочная проволока
В настоящей работе для основного металла ма-
лоактивируемой стали 15Х2В2ФА и металла ее
сварного шва изучали:
- влияние скорости охлаждения на кинетику фа-
зовых превращений для различных температур
аустенизации;
- микроструктуру и тонкую структуру для раз-
личных условий термической обработки;
- влияние различных режимов отпуска на меха-
нические свойства;
- влияние облучения на упрочнение и охрупчива-
ние.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследовали основной металл и металл свар-
ных швов малоактивируемой стали бейнитного
класса марки 15Х2В2ФА. Выплавку металла прово-
дили в открытой индукционной печи емкостью 100
кг. Слитки основного металла ковали на квадраты
70х70 мм, а затем катали на пластины толщиной 25
мм.
Сварку проводили ручным дуговым способом
сварочными электродами марки 48Н-39Ф, изготов-
ленными на базе малоактивируемой Cr-W свароч-
ной проволоки марки Св-08Х3ГВ2ФТА. Слитки для
изготовления сварочной проволоки ковали на прут-
ки сечением 15х15 мм, из которых изготавливали
катанку диаметром 8 мм, с дальнейшим волочением
сварочной проволоки до диаметра 4 мм.
Пластины основного металла термически обра-
батывали по режимам:
а) аустенизация при температуре 1000°С в тече-
ние 1,5 ч, закалка в масло, отпуск при температуре
670°С в течение 20 ч с последующим охлаждением в
воде;
б) аустенизация при температуре 1000°С в тече-
ние 1,5 ч, закалка в масло, отпуск при температуре
670°С в течение 20 ч с последующим охлаждением в
воде; дополнительный отпуск при температуре 700°
С в течение 10 ч, охлаждение на воздухе.
Механические свойства металла шва сварных со-
единений исследовали после двух режимов после-
сварочного отпуска:
а) 670±10°С, выдержка 10 ч, охлаждение на воз-
духе;
б) 670±10°С, выдержка 10 ч, охлаждение на воз-
духе, +700±10°С, выдержка 10 ч, охлаждение на воз-
духе.
Облучение образцов проводили в исследователь-
ском реакторе ВВР-М ПИЯФ РАН флюенсом 1.5⋅
1020 н/см2 (Е≥0.5 МэВ) при температуре 270±10°С.
Температуру регистрировали с помощью термопар,
размещенных вблизи образцов по высоте кассет.
Кинетику фазовых превращений аустенита при
охлаждении основного металла и металла шва от
температур нагрева 1000, 1050 и 1200°С изучали в
диапазоне скоростей охлаждения от 0,03 до 25
град/с. Исследования проводили с использованием
высокоскоростного автоматизированного дилато-
метра "Formastor-G" на цилиндрических образцах
диаметром 3 и длиной 10 мм.
Испытания на ударный изгиб проводили в ин-
тервале температур -120…350°С на малых образцах
Шарпи 5х5х27,5 мм с V- образным надрезом, распо-
ложенным параллельно оси сварного шва. Глубина
надреза составляла 1,0 мм.
113
Измерения твердости по Виккерсу проводили на
микрошлифах, вырезанных из металла сварных со-
единений, а также на торцах образцов после дилато-
метрических исследований.
Металлографическую структуру поперечных
срезов сварных образцов изучали на оптическом ми-
кроскопе Neophot-32.
Тонкую структуру основного металла и металла
шва исследовали на просвечивающем электронном
микроскопе Philips EM-400T при ускоряющем
напряжении 120 кв.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Кинетика превращения аустенита
На рис.2 приведены термокинетические диаграм-
мы превращения аустенита основного металла при
температурах аустенизации (высокотемпературного
нагрева) 1000, 1050 и 1200°С, а также металла шва-
при температурах аустенизации 1000 и 1200°С. Вид-
но, что термокинетические диаграммы превращения
аустенита малоактивируемого материала при непре-
рывном охлаждении от температур 1200, 1050 и
1000°С состоят из двух (высокотемпературной и
низкотемпературной) несоприкасающихся между
собой областей.
В высокотемпературной области основного ме-
талла и металла шва происходит феррито-карбидное
превращение аустенита.
В низкотемпературной области металла шва для
изученных скоростей охлаждения наблюдается
только бейнитное превращение, а в основном метал-
ле в зависимости от скорости охлаждения – бейнит-
ное и (или) мартенситное превращение.
Из анализа полученных данных видно, что в об-
щем случае расположение и конфигурация границ
высокотемпературной и низкотемпературной обла-
стей превращения аустенита зависят от температуры
нагрева, скорости охлаждения, от химического со-
става материала.
С понижением температуры аустенизации до
1000°С наблюдается закономерное смещение высо-
котемпературной области влево (в сторону больших
скоростей охлаждения). При этом температуры на-
чала и окончания ферритного превращения меняют-
ся незначительно.
Что касается бейнитного превращения, с умень-
шением температуры аустенизации наблюдается
снижение температуры окончания выделения бей-
нитной фазы.
Таким образом, в высокотемпературной области
превращения аустенита при охлаждении критиче-
ские скорости охлаждения заметно различаются для
исследуемых материалов.
Анализ этих результатов позволяет обосновать
выбор технологических параметров сварки и режи-
мов последующей термической обработки стали
марки 15Х2В2ФА-А с целью обеспечения необходи-
мой структуры и свойств металла в различных
участках сварных соединений, исключающих об-
разование холодных трещин при сварке, а также
обеспечивающих требуемый уровень служебных ха-
рактеристик в различных толщинах.
Рис.2.Термокинетические диаграммы превращения
аустенита стали марки 15Х2В2ФА-А (а) и металла
сварного шва Св-08Х3ГВ2ФТА (б) при различных
температурах аустенизации:
1000°С; 1050°С; 1200°С
В числителе–скорость охлаждения (°С/с), в
знаменателе- твердость (HV10)
3.2. Механические свойства и структура
На рис.3,4 приведены результаты исследования
влияния длительной термической выдержки и ней-
тронного облучения на кратковременные механиче-
ские свойства стали 15Х2В2ФА-А, а на рис.5,6 –
аналогичные данные для металла сварного шва.
Полученные данные обобщены в табл.1, где приве-
дены механические свойства основного металла и
металла шва после двух режимов термической обра-
ботки в исходном и облученном состояниях.
Как видно из таблицы, в исходном (до обучения)
состоянии малоактивируемая сталь марки 15Х2В2-
ФА-А имеет высокий уровень прочности, пластич-
ности и сопротивления хрупкому разрушению,
определяемому температурой вязко-хрупкого пере-
хода. Хромо-вольфрамовые сварочные электроды
обеспечивают пластические характеристики металла
шва, близкие к свойствам основного металла, а
прочностные характеристики превышающие их. Эти
данные хорошо согласуются с результатами струк-
турных исследований, согласно которым основной
металл после термической обработки характеризует-
ся структурой отпущенного реечного дислокаци-
онного мартенсита (см. рис.7,а,с), а в металле свар-
ного шва, в основном, формируется более отпуско-
устойчивая бейнитная структура (рис.7,b,d). Тонкая
структура закаленного основного металла представ-
114
ляет собой совокупность пакетов слабо разориенти-
рованных мартенситных реек и характеризуется вы-
сокой плотностью дислокаций, наличием мощных
источников локальных внутренних напряжений.
Структура металла шва представляет совокуп-
ность практически равноосных зерен бейнитного
феррита с дискретными островками аустенито-мар-
тенситной структуры. В том и другом случаях в про-
цессе отпуска уменьшается плотность равномерно
распределенных дислокаций, происходит снятие фа-
зовых напряжений и выделение дисперсных карби-
дов, что проявляется в снижении прочностных ха-
рактеристик, повышении пластичности и вязкости.
В табл.1 приведены также данные по влиянию
облучения флюенсом 1.5⋅1020 н/см2 (Е ≥0,5 МэВ) при
Тобл. = 270±10°С на изменение механических
свойств основного металла и металла сварного шва
стали марки 15Х2В2ФА-А, выполненного с при-
менением малоактивируемой сварочной проволоки
Св-08Х3ГВ2ФТА.
Из представленных данных следует, что радиа-
ционное упрочнение стали 15Х2В2ФА-А после
основного и дополнительного отпусков составило ∼
100 и ∼80 МПа, а смещение ТК –(+50) и (+40°С) со-
ответственно. У металла сварного шва упрочнение
составило 130 и 115 МПа после основного и допол-
нительного отпусков соответственно. При этом сме-
щение Тк близко к основному металлу: 30 и 50°С
соответственно. Коэффициент радиационного
охрупчивания АF для основного металла после
основного и дополнительного отпусков составил 9 и
7.5, а у металла сварного шва–6 и 9 соответственно.
Таким образом, дополнительный высокотемператур-
ный отпуск привел к некоторому повышению радиа-
ционной стойкости основного металла малоактиви-
руемой стали 15Х2В2ФА. У металла сварного шва
дополнительный отпуск привел к снижению исход-
ного Тк, однако характеристики радиационной стой-
кости не улучшились, хотя значения △Тк=50°С и
АF=9 при флюенса нейтронов 1.5⋅1020н/см2 находят-
ся на уровне лучших показателей металла сварных
швов применяемой корпусной стали [5]).
На рис.8 приведены сравнительные данные по
радиационному упрочнению и охрупчиванию разра-
ботанной вольфрамсодержащей малоактивируемой
стали 15Х2В2ФА-А (по данным [2-4]) и ее прототи-
па – широко применяемой для корпусов ядерных ре-
акторов типа ВВЭР молибденсодержащей стали
15Х2МФА-А (по данным [5])
Рис.3. Влияние тепловых выдержек и нейтронного облучения на кратковременные механические свойства
стали марки 15Х2В2ФА-А. Термообработка:1000°С–1.5 ч, масло+670°С–20 ч, вода ○, △, □–исходное
состояние; ▽–после выдержки 450°С–260 ч; ◇-после выдержки 400°С–3000 ч;
●,▲-после облучения флюенсом 1.5⋅1020нс/м2 при Т=270±10°С
115
Рис.4. Температурная зависимость работы удара стали марки 15Х2В2ФА-А при различных длительностях
термической выдержки. Образцы 5х5х27.5 мм; а: 1000°–1.5ч, масло+670°С–20 ч, воздух; б: 1000°–1.5ч,
масло+670°С–20 ч, воздух+700°С–10 ч, воздух
○–исходное состояние; ▽–после выдержки 450°С–260 ч; ◇-после выдержки 400°С–3000 ч;
●- после облучения флюенсом 1.5⋅1020н/см2 при Т=270±10°С
Рис.5. Влияние нейтронного облучения на кратковременные механические свойства металла сварного шва,
выполненного проволокой марки Св-08Х3ГВ2ФТА. Ручная дуговая сварка
Отпуск: 670°С–10 ч, вода+700°С–10 ч; ○, △, □– исходное состояние; ●,▲-после облучения флюенсом 1.5⋅
1020нс/м2 при Т=270±10°С
116
Рис.6. Температурная зависимость работы удара металла сварного шва Св-08Х3ГВ2ФТА. Образцы
5х5х27.5 мм; а: отпуск 670°С–10 ч, воздух; б: отпуск 670°С–10 ч, воздух+700°С–10 ч, воздух
○-исходное состояние; △-после выдержки 300°С-1000 ч; ●- после облучения флюенсом 1.5⋅1020н/см2 при
Т=270±10°С
Таблица 1
Влияние облучения на механические свойства металла сварных соединений стали
марки 15Х2В2ФА-А, выполненных электродами марки 48Н-39Ф (F=1.5⋅1020н/см2, Е≥0.5МэВ,
Тобл.=270±10°С)
Мате-
риал
Режим термичской
обработки
σ0.2
20°C(MПa)
исходн. облуч.
∆σ0.2
20°
(МПа)
Tк (0C) ∆ Tк
(0C)
АF
исходн.. облуч.
Основ-
ной ме-
талл
1000°С/1.5ч масло
+ 670°С/20ч, вода
557 658 101 -112 -62 50 9
1000°С/1.5ч масло
+ 670°С/20ч, вода
+700°С/10ч, в-х
477 559 82 -117 -77 40 7.5
Металл
шва
670°С/10ч/ в-х 630 780 130 -15 15 30 6
670°С/10ч/ в-х. +
700°С/10ч/ в-х.
630 745 115 -37 13 50 9
117
Рис.7. Микроструктура стали марки 15Х2В2ФА (а, с) и металла ее сварного шва, выполненного
электродами на основе проволоки Св-08Х3ГВ2ФТА (b,d)
(а, b–оптическая микроскопия; c, d–просвечивающая электронная микроскопия).
Термическая обработка: основной металл – 1000°C/1.5 ч, масло + 670°C/20 ч, вода;
металл шва – 670°C/10 ч, воздух. + 700°C/10 ч, воздух
118
Рис.8. Радиационное упрочнение (∆σ0.2) и охрупчивание (∆ТК) опытных плавок стали марки 15Х2В2ФА-А (●)
(по данным настоящей работы и [2-4]) в сравнении с соответствующими данными для корпусной стали
15Х2МФА-А[5]. Тобл.=270-320°С
Видно, что прирост предела текучести у малоак-
тивируемой стали заметно ниже, а смещение Тк на-
ходится либо ниже полосы разброса данных, либо
на ее нижней границе по сравнению со сталью
15Х2МФА-А при аналогичных условиях облучения.
Таким образом, полученные данные свидетель-
ствуют не только об ускоренном спаде наведенной
радиоактивности у разработанной малоактивируе-
мой стали марки 15Х2В2ФА-А по сравнению с при-
меняемой корпусной сталью марки 15Х2МФА-А, но
и о ее повышенной радиационной стойкости. Ука-
занные преимущества новой стали делают ее весьма
перспективной для ядерной энергетики недалекого
будущего, когда встанет вопрос создания ядерных
реакторов увеличенного срока службы и повышен-
ной экологической безопасности.
В настоящее время в основном завершена стадия
лабораторных исследований малоактивируемой
вольфрамсодержащей стали 15Х2В2ФА-А, и начи-
нается стадия ее промышленного освоения. С этой
целью предусматривается выплавка в промышлен-
ных условиях 50-тонного слитка, изготовление
опытных обечаек и проведение аттестационных ис-
пытаний.
ВЫВОДЫ
1. Разработанные сталь бейнитного класса марки
15Х2В2ФА-А, сварочная проволока марки Cв-
08Х3ГВ2ФТА и электроды на ее основе марки 48Н-
39Ф обеспечивают в ∼100 раз более низкий уровень
наведенной активности после 40-летней выдержки
по сравнению с традиционно используемыми в
атомном энергетическом машиностроении молиб-
денсодержащими основными и сварочными матери-
алами.
2. В исходном (до облучения) состоянии разра-
ботанные основные и сварочные материалы облада-
ют высоким уровнем прочности, пластичности и со-
противления хрупкому разрушению.
3. По важнейшим показателям радиационной
стойкости (степени радиационного упрочнения, сме-
щению температуры вязко-хрупкого перехода и ко-
эффициенту радиационного охрупчивания) малоак-
тивируемая вольфрамсодержащая сталь марки
15Х2В2ФА-А (и металл ее сварных швов) превосхо-
дит характеристики радиационной стойкости приме-
няемой молибденсодержащей стали марки 15Х2М-
ФА-А.
4. Разработанные малоактивируемые основные и
сварочные материалы рекомендуются для промыш-
ленного освоения и последующей аттестации в каче-
стве материала корпусов ядерных реакторов повы-
шенной экологической безопасности и радиаци-
онного ресурса.
Работа выполнена при поддержке Российского
Фонда фундаментальных исследований по проекту
№ 01-02-17262.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ № 2135623 по заявке № 98110529 с
приоритетом от 04.06.1998 г.
2. V.V.Rybin, I.P.Kursevich., A.N.Lapin. Effect of
neutron irradiation at low temperature on the em-
brittlement of the reduced-activation ferritic steels
//J. Nucl. Mater. 1998, v.258–263, p.1324–1328.
3. I.V.Gorynin, V.V.Rybin, I.P.Kursevich, A.N.Lapin,
E.V.Nesterova, E.Yu..Klepikov. Effect of heat
treatment and irradiation temperature on mechani-
cal properties and structure of reduced activation
Cr-W-V steels of bainitic, martensitic, and marten-
sitic-ferritic classes //J. Nucl. Mater. 2000, v.(issue)
283–287, part 1, p.465–469.
4. В.В.Рыбин, И.П.Курсевич, А.Н.Лапин, Е.Ю.-
Клепиков, Л.Н.Рядков. Малоактивируемая сталь
типа 15Х2В2ФА–перспективный материал кор-
пусов водо-водяных ректоров. //В сб. Трудов
VМеждународной конференции по материало-
ведческим проблемам проектирования, произ-
водства и эксплуатации оборудования АЭС, 19-
23 июня, 2000г., г.С-Петербург ,т.2, с.34–54 .
5. Н.Н.Алексеенко, А.Д.Амаев, И.В.Горынин,
В.А.Николаев Радиационное повреждение ста-
ли корпусов водо-водяных реакторов. М.,
«Энергоиздат», 1981г
119
УДК 669.15-194; 621.039.53; 621.791.053
|