Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т
Приведены результаты исследования термоактивированного выхода и профилей распределения ионно- имплантированного дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в зависимости от дозы облучения. Наведені результати дослідження термоактивованого виходу та профелів розподілу іонно-імплантованого дейт...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2005
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80532 |
| 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: | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т / С.А. Карпов, И.Е. Копанец, И.М. Неклюдов, В.В. Ружицкий, Г.Д. Толстолуцкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859675549821042688 |
|---|---|
| author | Карпов, С.А. Копанец, И.Е. Неклюдов, И.М. Ружицкий, В.В. Толстолуцкая, Г.Д. |
| author_facet | Карпов, С.А. Копанец, И.Е. Неклюдов, И.М. Ружицкий, В.В. Толстолуцкая, Г.Д. |
| citation_txt | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т / С.А. Карпов, И.Е. Копанец, И.М. Неклюдов, В.В. Ружицкий, Г.Д. Толстолуцкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Приведены результаты исследования термоактивированного выхода и профилей распределения ионно- имплантированного дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в зависимости от дозы облучения.
Наведені результати дослідження термоактивованого виходу та профелів розподілу іонно-імплантованого дейтерію з нержавіючих сталей 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в залежності від дози опромінення.
Results of research of thermoactivated release of ion-implanted deuterium from stainless steels 06Kh18Ni10 and 08Kh18Ni10Ti are given depending on a irradiation doze.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:56:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.017:539.16
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАХВАТА ДЕЙТЕРИЯ
В НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЯХ 06Х18Н10 И 08Х18Н10Т
С.А. Карпов, И.Е. Копанец, И.М. Неклюдов, В.В. Ружицкий, Г.Д. Толстолуцкая
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
г. Харьков, Украина
Приведены результаты исследования термоактивированного выхода и профилей распределения ионно-
имплантированного дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в зависимости от дозы облу
чения.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование закономерностей накопления и
высвобождения водорода из конструкционных ста
лей актуально в связи с задачей восстановления фи
зико-химических свойств материалов, насыщенных
водородом в условиях воздействия радиационных
излучений в ядерных или термоядерных реакторах.
Значительное влияние на обратный выход газа из
объема металлов оказывают процессы, происходя
щие на границе раздела твердое тело – газ. Одним из
таких процессов является рекомбинация атомов с
образованием молекулы H2(D2). Она определяется
физико-химическими механизмами, крайне чувстви
тельными к состоянию поверхности раздела, на
личию на ней неметаллических примесей на уровне
даже долей монослоев [1].
В настоящем сообщении приведены эксперимен
тальные данные по термоактивированному выделению
ионно-имплантированного дейтерия из нержавеющих
сталей 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т. Исследована зависи
мость основных температурных интервалов выхода
газа из сталей от дозы облучения.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Изучение накопления, захвата и обратного выхо
да дейтерия из нержавеющей стали выполнено ме
тодом термоактивированной десорбции (ТД) [2].
Для исследований использовали образцы размера
ми 27×7×0,1 мм из сталей 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т,
предварительно прошедшие аустенизирующий отжиг
при температуре 1340 К в вакууме в течениe одного
часа. Все образцы полировались в электролите следу
ющего состава: 54%Н3РО4, 11%Н2SO4, 21%H2O,
14%CrO3. Образцы всех партий облучали ионами D2
+ с
энергией 12 кэВ до доз в интервале (2…20)⋅1020 м-2
при температуре 300 К, контролируемой хромель-алю
мелевой термопарой. Отжиг образцов в интервале тем
ператур 300…1500 К вели со скоростью 4 К⋅с-1. Давле
ние остаточных газов в экспериментальной камере со
ставляло ~1⋅10-5 Па.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что хромоникелевые стали типа 18-10
без присадок находят крайне ограниченное при
менение в связи с их склонностью к межкристаллит
ному разрушению. Наибольшее применение в отече
ственной практике получили стали типа 18-10 с при
садками титана или ниобия, которые имеют немного
лучшие характеристики жаропрочности, чем сталь
типа 18-10. В то же время на свойства сталей типа
18-10 с титаном, в особенности на их коррозийную
стойкость, влияет такая примесь внедрения, как уг
лерод. Углерод образовывает с титаном стабильные
карбиды переменной растворимости, зависящей от
температуры. Сравнение растворимости карбидов в
твердом растворе хромоникелевой стали типа 18-10
с 0,5% титана и без титана показывает, что в присут
ствии Ti переход карбидов в твердый раствор проис
ходит при более высоких температурах.
С целью определения влияния титана и примеси
внедрения – углерода на процессы накопления и
удержания изотопов водорода в сталях были прове
дены исследования распределения концентрации по
глубине и термоактивированного выделения дейте
рия. Методами термодесорбционной спектрометрии
и ядерных реакций получены количественные дан
ные по накоплению ионно-имплантированного дей
терия в двух типах сталей аустенитного класса -
Х18Н10Т и Х18Н10.
На рис. 1а и 1б приведены спектры термодесорб
ции дейтерия из сталей 08Х18Н10Т и 06Х18Н10, об
лученных ионами D+ с энергией 6 кэВ до дозы
2.1016 см-2. Комплекс подготовительных работ и ре
жимы проведения экспериментов для двух выше
указанных сталей были одними и теми же. Как вид
но из рис. 1а и 1б, спектры не имеют больших рас
хождений. Температуры максимумов пиков газовы
деления и температурные интервалы удержания
дейтерия совпадают.
На рис. 2а и 2б показаны профили распределения
дейтерия в сталях Х18Н10Т и Х18Н10 после облуче
ния при Ткомн ионами D+ с энергией 5 кэВ до дозы
1.1016см-2 и постимплантационных отжигов при 90,
200 и 300ºС.
Как видно из рис. 2, концентрация удержанного
при Ткомн. дейтерия немного больше для стали
06Х18Н10. Полуширина распределения для обеих
сталей практически одинакова. Наблюдается не
большая асимметричность в форме профиля стали
Х18Н10Т: концентрация дейтерия на глубине
200 нм приблизительно в два раза больше для стали
Х18Н10Т по сравнению с Х18Н10. Отжиг при 90°
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 176-178.176
С приводит к снижению концентрации приблизи
тельно в 5 раз для обоих типов сталей.
300 350 400 450 500 550 600
0
20
40
60
80
100
120
С
ко
ро
ст
ь
де
со
рб
ци
и,
о
тн
. е
д.
Температура, К
Рис. 1а. Спектр термодесорбции дейтерия из стали
08Х18Н10Т, облученной ионами D+ с энергией 6 кэВ
до дозы 2.1016 см-2
300 350 400 450 500 550 600
0
20
40
60
80
100
120
С
ко
ро
ст
ь
де
со
рб
ци
и,
о
тн
. е
д.
Температура, К
Рис. 1б. Спектр термодесорбции дейтерия из
стали 06Х18Н10, облученной ионами D+ с энер
гией 6 кэВ до дозы 2.1016 см-2
Х18Н10Т
0
0.5
1
1.5
2
2.5
2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700
Каналы
Вы
хо
д,
о
тн
. е
д. 20oC
200oC
90oC
01000X,A 2000
Х 1 8 Н 1 0
0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
2 1 0 0 2 3 0 0 2 5 0 0 2 7 0 0
к а н а л ы
Вы
хо
д,
о
тн
. е
д.
01 0 0 02 0 0 0
Х ,А
2 0 оС
9 0 оС
2 0 0 о С
3 0 0 о С
Рис. 2а. Профили распределения дейтерия в стали
Х18Н10Т после облучения при Ткомн и постимпланта
ционных отжигов 90 и 200ºС
Рис. 2б. Профили распределения дейтерия в ста
ли Х18Н10 после облучения при Ткомн и постим
плантационных отжигов 90…300ºС
Неизменность амплитуды профилей после отжи
гов до 300°С может свидетельствовать о снижении
скорости процессов поверхностной рекомбинации
для стали Х18Н10Т. Эта тенденция наблюдается для
больших доз, даже при комнатной температуре об
лучения.
Экспериментальные результаты исследований
захвата ионно-имплантированного дейтерия в ста
лях Х18Н10Т и Х18Н10 в зависимости от дозы об
лучения изображены на рис. 3. Образцы облучены
ионами D+ с энергией 6 кэВ при Ткомн в интервале
доз 1.1015…1.1018 см-2.
Кривая захвата, как видно из рисунка, имеет ко
роткий линейный участок. Около 100% дейтерия
при комнатной температуре удерживается лишь до
доз ~3.1016 см-2. С увеличением дозы облучения эф
фективность захвата существенным образом снижа
ется, и при значениях флюенса, превышающих
3.1017см-2, кривая достигает насыщения. Уровень на
сыщения для стали Х18Н10 на 30% больше.
Можно было ожидать, что наличие титана и об
разования дисперсных выделений карбидов титана и
хрома (TiС), (Cr23C6) в случае стали Х18Н10Т или
только хрома (Cr23C6) в случае стали Х18Н10, будет
влиять на характер накопления и выделения водоро
да. Хром с углеродом образовывает несколько типов
карбидов, которые имеют разные температуры плав
ления. На диаграмме состояния системы хром-угле
род видно, что образуются три типа карбидов: куби
ческий Cr23C6, тригональный Cr7C3 и орторомбиче
ский Cr3C2.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 176-178.177
0 2 4 6 8 10
0
2
100% захват
В
ы
хо
д
де
йт
ер
ия
, *
10
17
D
+ /с
м
2
Доза, *1017 D+/см2
06Х18Н10
08Х18Н10Т
Рис. 3. Кривые удержания дейтерия в зависимости
от дозы облучения ионами D+ с энергией 6 кэВ
(Т=Ткомн)
Наличие сложных карбидов в железохромистых
сплавах вносит ряд особенностей, связанных с непо
средственным их влиянием на свойства сплавов [3-
6]. Следует отметить, что в сталях типа 18-10 с тита
ном первичные карбонитриды титана, количество
которых зависит от содержащегося в сталях углеро
да и азота, при высокой температуре имеют тенден
цию к растворению. Но даже при 1300ºС часть кар
бонитридов остается нерастворенной. В беститано
вой стали карбиды хрома переходят в твердый
раствор уже при температуре аустенизации 1050ºС.
Совокупность полученных экспериментальных
данных позволяет сделать вывод об отсутствии за
метного влияния присадок титана на характер и ме
ханизмы захвата водорода в аустенитных нержавею
щих сталях при их концентрациях, которые не пре
вышают типичных для состава исследуемых сталей.
Свидетельством этого есть качественно идентичные
спектры термодесорбции и профили распределения
дейтерия в этих сталях в диапазоне доз 1.1015…1.1017
см-2. Небольшое отличие (~30%) кривых удержания
дейтерия для сталей 08Х18Н10Т и 06Х18Н10 (см.
рис. 3), вероятно, обусловлено поверхностными про
цессами.
Работа выполнена в рамках Программы проведе
ния фундаментальних исследований по атомной
науке и технике ННЦ ХФТИ.
ЛИТЕРАТУРА
1.R.A. Langley. Hydrogen trapping, diffusion and re
combination in austenitic stainless steels //J. Nucl.
Mater. 1984, v. 128/129, p. 622–628.
2.P.A. Redhead. Thermal desorption of gases //Vacuum.
1962, v. 12, p. 203–212.
3.Окисление металлов /Под ред. Ж. Бенара. Т. 1. М.:
«Металлургия», 1968, 500 с.
4.A.I. Livshits, M.E. Notkin and A.A. Samartsev.
Physico-chemical origin of superpermeability – large-
scale effects of surface chemistry on “hot” hydrogen
permeation and absorption in metals //J. Nucl. Mater.
1990, v. 170, p. 79–94.
5.K. Yamaguchi, S. Tanaka, M. Yamawaki. The model
ing of hydrogen transport in metals and its application
to evaluation of hydrogen permeation and inventories
//J. Nucl. Mater. 1991, v. 179, p. 325–328.
6.А.Д. Амаев, А.М. Крюков, И.М. Неклюдов и др.
Радиационная повреждаемость и работоспособ
ность конструкционных материалов /Под ред.
А.М. Паршина и П.А. Платонова. СПб.: «Политех
ника», 1997, 312 с.
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХВАТУ ДЕЙТЕРІЯ В НЕРЖАВІЮЧИХ СТАЛЯХ 06Х18Н10 І 08Х18Н10Т
С.О. Карпов, І.Е. Копанець, І.М. Неклюдов, В.В. Ружицький, Г.Д. Толстолуцька
Наведені результати дослідження термоактивованого виходу та профелів розподілу іонно-імплантованого дейтерію з
нержавіючих сталей 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в залежності від дози опромінення.
INVESTIGATIONS OF DEUTERIUM TRAPPING IN 06Kh18Ni10 AND 08Kh18Ni10Ti STAINLESS
STEELS
S.A. Karpov, I.E. Kopanets, I.M. Neklyudov, V.V. Ruzhytskiy, G.D. Tolstolutskaya
Results of research of thermoactivated release of ion-implanted deuterium from stainless steels 06Kh18Ni10 and
08Kh18Ni10Ti are given depending on a irradiation doze.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 176-178.178
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80532 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:56:35Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Карпов, С.А. Копанец, И.Е. Неклюдов, И.М. Ружицкий, В.В. Толстолуцкая, Г.Д. 2015-04-18T18:14:02Z 2015-04-18T18:14:02Z 2005 Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т / С.А. Карпов, И.Е. Копанец, И.М. Неклюдов, В.В. Ружицкий, Г.Д. Толстолуцкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80532 669.017:539.16 Приведены результаты исследования термоактивированного выхода и профилей распределения ионно- имплантированного дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в зависимости от дозы облучения. Наведені результати дослідження термоактивованого виходу та профелів розподілу іонно-імплантованого дейтерію з нержавіючих сталей 06Х18Н10 и 08Х18Н10Т в залежності від дози опромінення. Results of research of thermoactivated release of ion-implanted deuterium from stainless steels 06Kh18Ni10 and 08Kh18Ni10Ti are given depending on a irradiation doze. Работа выполнена в рамках Программы проведения фундаментальних исследований по атомной науке и технике ННЦ ХФТИ. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Краткие сообщения Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т Дослідження захвату дейтерія в нержавіючих сталях 06Х18Н10 І 08Х18Н10Т Investigations of deuterium trapping in 06Kh18Ni10 and 08Kh18Ni10Ti stainless steels Article published earlier |
| spellingShingle | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т Карпов, С.А. Копанец, И.Е. Неклюдов, И.М. Ружицкий, В.В. Толстолуцкая, Г.Д. Краткие сообщения |
| title | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т |
| title_alt | Дослідження захвату дейтерія в нержавіючих сталях 06Х18Н10 І 08Х18Н10Т Investigations of deuterium trapping in 06Kh18Ni10 and 08Kh18Ni10Ti stainless steels |
| title_full | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т |
| title_fullStr | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т |
| title_full_unstemmed | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т |
| title_short | Исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т |
| title_sort | исследования захвата дейтерия в нержавеющих сталях 06х18н10, 08х18н10т и 12х18н10т |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80532 |
| work_keys_str_mv | AT karpovsa issledovaniâzahvatadeiteriâvneržaveûŝihstalâh06h18n1008h18n10ti12h18n10t AT kopanecie issledovaniâzahvatadeiteriâvneržaveûŝihstalâh06h18n1008h18n10ti12h18n10t AT neklûdovim issledovaniâzahvatadeiteriâvneržaveûŝihstalâh06h18n1008h18n10ti12h18n10t AT ružickiivv issledovaniâzahvatadeiteriâvneržaveûŝihstalâh06h18n1008h18n10ti12h18n10t AT tolstoluckaâgd issledovaniâzahvatadeiteriâvneržaveûŝihstalâh06h18n1008h18n10ti12h18n10t AT karpovsa doslídžennâzahvatudeiteríâvneržavíûčihstalâh06h18n10í08h18n10t AT kopanecie doslídžennâzahvatudeiteríâvneržavíûčihstalâh06h18n10í08h18n10t AT neklûdovim doslídžennâzahvatudeiteríâvneržavíûčihstalâh06h18n10í08h18n10t AT ružickiivv doslídžennâzahvatudeiteríâvneržavíûčihstalâh06h18n10í08h18n10t AT tolstoluckaâgd doslídžennâzahvatudeiteríâvneržavíûčihstalâh06h18n10í08h18n10t AT karpovsa investigationsofdeuteriumtrappingin06kh18ni10and08kh18ni10tistainlesssteels AT kopanecie investigationsofdeuteriumtrappingin06kh18ni10and08kh18ni10tistainlesssteels AT neklûdovim investigationsofdeuteriumtrappingin06kh18ni10and08kh18ni10tistainlesssteels AT ružickiivv investigationsofdeuteriumtrappingin06kh18ni10and08kh18ni10tistainlesssteels AT tolstoluckaâgd investigationsofdeuteriumtrappingin06kh18ni10and08kh18ni10tistainlesssteels |