Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование влияния деформационно – термической обработки на структуру, дефектность и механические свойства трёхслойной трубы из ванадиевого сплава и коррозионностойкой стали

ФИО: Бродская М. А.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: д.т.н., проф. Никулин Сергей Анатольевич

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Металловедения и физики прочности

Академическая группа: ММТ-13-1

В настоящее время не существует материалов, удовлетворяющих комплексу требований к материалу оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах, работающих в условиях замкнутого топливного цикла. Перспективными же материалами являются ванадиевые сплавы типа V – (4–10) % Ti – (4–6) % Cr, обладающие такими преимуществами перед сталями как высокая кратковременная и длительная прочность, высокая радиационная стойкость. Но способность ванадиевых сплавов интенсивно растворять кислород и азот, которые находятся в металлическом теплоносителе, приводит к резкой деградации физико-механических свойств, в частности, к охрупчиванию. Поэтому предлагается защищать поверхность ванадиевого сплава коррозионностойкой сталью путём создания многослойной композиции.

Целью настоящей работы является исследование влияния режимов деформационно – термической обработки трехслойной трубы на основе ванадиевого сплава, защищённого сталью, на структуру и механические свойства в зоне соединения.

Исследовались образцы опытной партии трёхслойных труб с основным слоем из сплава V – 4 Ti – 4 Cr, защищённого с внешней и внутренней поверхностей коррозионностойкой сталью 20Х13. Исследовали кольцевые образцы, вырезанные из труб после различных стадий технологического процесса – горячего прессования (образцы ГП) и радиальной ковки (образцы РК) – в исходном состоянии и после двухчасового вакуумного отжига при 1000°С. Была проведена пробоподготовка, качественный и количественный металлографический анализ, микрорентгеноспектральный анализ, а также измерена микротвёрдость HV по толщине стенки трубной заготовки.

Металлографический анализ показал, что в образцах формируется сплошное соединение между ванадиевым сплавом и сталью. Внутренний и внешний слои стали во всех образцах достаточно равномерны по толщине, расслои и поры в переходной зоне не обнаружены.

Количественный металлографический анализ выявил крупное вытянутое ферритное зерно в переходной зоне со стороны стального слоя. В образцах ГП размер зерна составил ~ 30×60 мкм; в образцах РК размер зерна составил ~ 15×20 мкм. Вблизи поверхности в стальном слое – мартенситная структура. Отжиг приводит к увеличению размера зерна в образцах ГП ~ в 1,8 раза, а в образцах РК ~ в 5,4 раза; вблизи поверхности образуется равноосное ферритное зерно размером ~ 60 мкм.

Микрорентгеноспектральные исследования показали, что между ванадиевым сплавом и сталью образуется диффузионный слой, представляющий собой твёрдый раствор с монотонно изменяющимся химическим составом. Диффузионный переходный слой в образцах ГП и РК составляет ~ 40 мкм и ~100 мкм соответственно. После отжига при 1000 ºС диффузионный слой увеличивается и составляет ~ 80 мкм в образцах ГП и ~ 130 мкм в образцах РК.

Микротвёрдость по толщине стенки образцов после горячего прессования и радиальной ковки примерно одинакова и равна: 390 HV в стальном слое и 220 HV в ванадиевом сплаве. После отжига 1000 °С значения микротвёрдости в ванадиевом сплаве в образцах по – прежнему близки и составляют ~ 190 HV. В слоях стали значения составили 245 ± 4 HV и 160 ± 5 для образцов ГП и РК соответственно.