Изучение структурной стабильности и способов её повышения в 12% хромистых сталях с целью безопасности эксплуатации конструкционных элементов  в атомной промышленности.

 

Бойко Н.В.

 

Московский Инженерно-Физический Институт (Государственный Университет)

 

Сухое хранение облученного ядерного топлива АЭС является одной из основных проблем, определяющих экологию окружающей среды. Это комплексная проблема связана с решением физических, технических и материаловедческих задач. Аустенитная хромоникелевая сталь 0Х18Н10Т, используемая для изготовления ампул, размещенных в металло-бетонных контейнерах типа МБК, удовлетворяет требованиям условий эксплуатации по радиационной стойкости  и температурным параметрам. Тем не менее, применение этой стали вызывает опасения, так как она может быть подвержена коррозионному растрескиванию при длительном хранении (до 50 лет) в присутствии продуктов деления цезия и йода.

В настоящее время, как альтернативный вариант, рассматривается использование более дешевых 12% хромистых сталей. Они успешно применяются как конструкционный материал элементов активной зоны реакторов на быстрых нейтронах. Эти стали отличает удачное сочетание физических и механических характеристик в исходном (до облучения) состоянии. Они обладают высокой радиационной стойкостью в достаточно широком диапазоне температуро-дозных параметров облучения. Основным недостатком этих сталей является  склонность к проявлению низкотемпературного радиационного охрупчивания (НТРО). Природа этого явления, несмотря на распространение его на весь класс ферритно-мартенситных сталей (т. е. материалов с ОЦК решеткой), не установлена. Микроструктурная нестабильность может быть результатом протекания процессов ближнего упорядочения твёрдого раствора [1]. Поэтому, исследование структурного состояния 12 % хромистых сталей комплексом методов, в том числе метода ядерной гамма-резонансной (ЯГР) спектроскопии, термоаналитических методик (дифференциальной сканирующей калориметрии), позволило получить новую информацию о структурной стабильности материала.

Проведённые исследования показали, что структурное состояние и фазовый состав этих сталей существенно зависит от режимов термообработки [2]. Обнаружено,  что исследуемые стали склонны к ближнему упорядочению твёрдого раствора a-Fe, однако после высокотемпературной термообработки степень ближнего упорядочения изменяется. По данным термоанализа определена энергия активации процессов упорядочения.

Cтабилизацию структуры стали проводили  с помощью введения легирующих добавок, в частности азота. Обнаружено, что введение азота приводит к  упорядочению твёрдого раствора a-Fе, при этом процесс упорядочения происходит с большим значением энтальпии. 

По данным термоанализа пик энерговыделений, соответствующий процессу расслоения- упорядочения [3], для всех сталей смещается в сторону высоких температур при увеличении скорости нагрева. При определенных скоростях нагрева этот пик исчезает. Это имеет большое практическое значение, так как указывает путь к созданию стабильной структуры в 12% хромистых сталях.

 

Литература

 

1. А.Г.Иолтуховский, М.В.Леонтьева-Смирнова, В.С.Агеев и др. ”Влияние исходного структурного  состояния на склонность 12% хромистых сталей к охрупчиванию под облучением” Сборник докладов 3-ей межотраслевой конференции по реакторному материаловедению, т.2, Дмитровоград, 1994 , стр. 56-68

2. А.Г.Иолтуховский, М.В. Леонтьева-Смирнова, И.А.Евстюхина, С.Г.Рудаков, Н.В.Ермакова., Влияние некоторых технологических факторов изготовления стали ЭП823 на её структурную стабильность, Сборник научных трудов, Научная сессия МИФИ – 2001, т.9 , стр. 48-49.

3. В.В.Овчинников, Н.В.Звигинцев, В.С. Литвинов, В.А. Осминкин  ФММ, 1976, т.42, вып. 2,  с. 311.