Фазовый состав нержавеющей стали для быстрых реакторов после 195 000 часов старения, исследованный в Курчатовском институте

Репортаж от Wedoany，Главный инженер Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Федосеев на международной конференции «Исследования конденсированного состояния на реакторе ИБР-2» в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне представил результаты исследования фазового состава сварных швов аустенитной нержавеющей стали, используемой для изготовления конструкционного оборудования быстрых нейтронных реакторов (типа БН).

В исследовании отмечается, что длительная эксплуатация аустенитной нержавеющей стали в диапазоне температур от примерно 500 до 550 градусов Цельсия приводит к снижению пластичности, ударной вязкости и трещиностойкости металла, что обусловлено образованием вторичных фаз на межкристаллитных, специальных границах зерен и фазовых границах. В процессе старения аустенитной хромоникелевой стали образуются карбидные и интерметаллидные фазы, что вызывает резкое снижение пластичности и длительной прочности материала.

В данном исследовании проанализировано состояние стали 08Х16Н11М3 после 195 000 часов эксплуатации при температуре 515 градусов Цельсия. Исследовательская группа применила дифференциальный физико-химический фазовый анализ, который позволяет оценить изменения в металле и спрогнозировать возможность его безопасной эксплуатации.

Ранее были проанализированы изменения фазового состава металла сварных швов двух марок аустенитной нержавеющей стали (10Х18Н9 и 08Х16Н11М3), сварные швы которых были выполнены электродами марки А-2 (А-1) или проволокой марки Св-02Х17Н10М2, в диапазоне рабочих температур от примерно 500 до 550 градусов Цельсия. Для оценки фазовых превращений в материале использовались испытания на ударный изгиб при 20 градусах Цельсия, а также рентгеновская дифракция, нейтронная дифракция и малоугловое нейтронное рассеяние. Результаты показали, что термическое охрупчивание сварных швов, прошедших и не прошедших аустенизацию, после ускоренного лабораторного старения при 700 градусах Цельсия обусловлено появлением и ростом хрупких интерметаллидных соединений.

Данное исследование позволяет сосредоточиться на промежуточном состоянии, то есть на этапе незначительных изменений фазового состава мелкодисперсных выделений, что дает возможность получить данные о кинетике процесса превращения с увеличением времени старения. Метод осаждения карбидов позволяет получать данные о дисперсных фазах в тех случаях, когда дифракция от общего образца не обнаруживает других фаз в пробе. Предложенный метод повышает точность прогнозирования состояния конструкционных материалов в процессе эксплуатации установок с быстрыми нейтронными реакторами.