Cơ chế đồng bộ của sự giòn hóa do bức xạ của thép không gỉ austenitic dưới bức xạ nhiệt độ cao trong thời gian dài

Inorganic Materials: Applied Research - Tập 9 - Trang 1188-1197 - 2019
V. A. Shvetsova1, O. Yu. Prokoshev1, B. Z. Margolin1, A. A. Sorokin1, V. A. Potapova1
1National Research Center Kurchatov Institute—Central Research Institute of Structural Materials Prometey, St. Petersburg, Russia

Tóm tắt

Tóm tắt—Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về các cơ chế gãy và giòn hóa của thép không gỉ austenitic Kh18N9 và Kh18N10T dưới tác động của bức xạ neutron trong thời gian dài ở nhiệt độ cao. Các hiệu ứng của nhiệt độ, thời gian chiếu xạ và liều bức xạ neutron đến độ biến dạng gãy và các cơ chế gãy được phân tích. Dựa trên các kết quả thu được và các thí nghiệm được thực hiện đặc biệt, một cơ chế đồng bộ của sự giòn hóa vật liệu trong điều kiện bức xạ nhiệt độ cao kéo dài được đề xuất và chứng minh, được xác định bởi hai yếu tố chính: lão hóa nhiệt và sự khuếch tán heli. Lão hóa nhiệt dẫn đến sự hình thành các pha khác nhau tại biên giới hạt và do đó làm giảm sức mạnh của biên giới hạt. Sự khuếch tán heli ở nhiệt độ cao dẫn đến sự tích tụ và phát triển của các bọt heli tại các biên giới hạt yếu.

Từ khóa

#bức xạ neutron #thép không gỉ austenitic #giòn hóa #lão hóa nhiệt #khuếch tán heli

Tài liệu tham khảo

Barnes, R.S., Embrittlement of stainless steels nickel based alloys at high temperature induced by neutron radiation, Nature, 1965, vol. 206, p. 1307. Ward, A.L. and Holmes, J.J., Ductility loss in fast reactor irradiated stainless steel, Nucl. Appl. Technol., 1970, vol. 9, pp. 771–772. Claudson, T.T. and Barker, R.W., The effects of fast flux irradiation on the mechanical properties and dimensional stability of stainless steel, Nucl. Appl. Technol., 1970, vol. 9, pp. 10–23. Votinov, S.N., Prokhorov, V.I., Balashov, V.D., et al., The role of irradiation in the high-temperature embrittlement of steel, in Radiatsionnaya fizika tverdogo tela i reaktornoe materialovedenie (Radiation Physics of Solids and Reactor Material Science), Moscow: Atomizdat, 1970, pp. 82–84. Fish, R.L. and Hunter, C.W., STP611: Tensile Properties of Fast Reactor Irradiated Type 304 Stainless Steel, West Conshohocken, Pa: ASTM Int., 1976, pp. 119–138. Zelenskii, V.F., Kiryukhin, N.M., Neklyudov, I.M., et al., Vysokotemperaturnoe radiatsionnoe okhrupchivanie materialov. Analiticheskii obzor (High-Temperature Radiation Brittleness of Materials: Analytical Review), Kharkov: Khar’k. Fiz.-Tekh. Inst., 1983. Votinov, S.N., Prokhorov, V.I., and Ostrovskii, Z.E., Obluchennye nerzhaveyushchie stali (Irradiated Stainless Steels), Moscow: Nauka, 1987. Tavassoli, A.A., Picker, C., and Wareign, J., Data Collection on the Effect of Irradiation on the Mechanical Properties of Austenitic Stainless Steels and Weld Metals, West Conshohocken, PA: ASTM Int., 1997, pp. 995–1010. Voevodin, V.N. and Neklyudov, I.M., Evolyutsiya strukturno-fazovogo sostoyaniya i radiatsionnaya stoikost’ konstruktsionnykh materialov (Evolution of Structural-Phase State and Radiation Resistance of Construction Materials), Kyiv: Naukova Dumka, 2006. Hugon, M., Update on EURATOM R&D activities in nuclear fission and radiation protection, PERFORM60 Final Workshop, Les Renardieres, December 10–12, 2013, Brussels, 2013. Kursevich, I.P., Margolin, B.Z., Prokoshev, O.Yu., Smirnov, V.I., Fedorova, V.A., Nesterova, E.V., and Petrov, S.N., Effect of long-term operational aging on the mechanical properties and microstructure of austenitic 18Cr-9Ni steel and the weld metal, Inorg. Mater.: Appl. Res., 2013, vol. 4, no. 6, pp. 562–574. Margolin, B.Z., Gulenko, A.G., Buchatskii, A.A., Nesterova, E.V., and Kashtanov, A.D., Study of the effect of thermal aging on durability and plasticity of Kh18N9 steel, Inorg. Mater.: Appl. Res., 2011, vol. 2, no. 6, pp. 633–639. Fedorova, V.A., Margolin, B.Z., Kashtanov, A.D., and Pozdnyakov, M.L., Effect of thermal aging on growth rate of fatigue crack in 10Cr18Ni9 steel and metal of welding joint, Vopr. Materialoved., 2012, no. 3 (71), pp. 126–135. Neustroev, V.S., Belozerov, S.V., Bulanova, T.M., Varivtsev, A.V., Zhemkov, I.Yu., Karsakov, A.A., Makarov, E.I., Obukhov, A.V., and Slezko, V.S., Analysis of the bar of the actuator of the emergency control AR2 rod after operation in the BOR-60 reactor for about 32 years at high temperatures, Materialy X Rossiiskaya konferentsiya po reaktornomu materialovedeniyu (Proc. X Russ. Conf. on Reactor Material Science), Dmitrovgrad: Nauchno-Issled. Inst. At. Reakt., 2013, pp. 647–664. Kursevich, I.P., Prokoshev, O.Yu., and Potapova, V.A., Operational damage of metal of intracase equipment of BN-600 reactor, in Radiatsionnoe materialovedenie i konstruktsionnaya prochnost’ reaktornykh materialov (Radiation Material Science and Constructional Strength of Reactor Materials), Gorynin, I.V., Ed., St. Petersburg: Tsentr. Nauchno-Issled. Inst. Kompoz. Mater. Prometei, 2002, pp. 212–221. McClintock, P.A. and Argon, A.S., Mechanical Behavior of Materials, Reading, Ma: Addison-Wesley, 1966. Karzov, G.P., Margolin, B.Z., and Shvetsova, V.A., Fiziko-mekhanicheskoe modelirovanie protsessov razrusheniya (Physical-Mechanical Modeling of Destruction Processes), St. Petersburg: Politekhnika, 1993. Engel, L. and Klingele, H., An Atlas of Metal Damage: Surface Examination by Scanning Electron Microscope, St. Louis: Mosby, 1981. Mulford, R.A., Grain-boundary embrittlement of Ni and Ni alloys, in Treatise on Materials Science and Technology, Briant, C.L. and Banerji, S.K., Eds., Amsterdam: Elsevier, 1983, vol. 25, pp. 1–19. Zaluzhnyi, A.G., Sokurskii, Yu.N., and Tebus, V.N., Gelii v reaktornykh materialakh (Helium in Reactor Materials), Moscow: Energoatomizdat, 1988. Neklyudov, I.M., Morozov, A.N., Zhurba, V.I., Ku-lish, V.G., and Galitskii, A.G., Capture of hydrogen isotopes in Cr18Ni10Ti steel implanted by helium ions, Vopr. At. Nauki Tekh., Ser.: Termoyad. Sint., 2008, no. 2, pp. 41–46. Denisov, E.A., Kurdyumov, A.A., Kompaniets, T.N., et al., Hydrogen and radiogenic helium in 12Cr18Ni10Ti steel, Vopr. At. Nauki Tekh., Ser.: Termoyad. Sint., 2008, no. 2, pp. 56–66. Holmes, J.J., Robbins, R.E., and Brimhall, J.L., Effect of fast reactor irradiation on the tensile properties of 304 stainless steel, J. Nucl. Mater., 1969, vol. 32, pp. 330–339. Horak, J.A., Sikka, V.K., and Raske, D.T., Review of effects of long-term aging on the mechanical properties and microstructures of types 304 and 316 stainless steel, Proc. Int. Conf. on Nuclear Power Plant Aging, Availability Factor, and Reliability Analysis, San Diego, 1985, pp. 301–313. Gusev, M.N., Maksimkin, O.P., and Garner, F.A., Peculiarities of plastic flow involving “deformation waves” observed during low-temperature tensile tests of highly irradiated 12Cr18Ni10Ti and 08Cr16Ni11Mo3 steels, J. Nucl. Mater., 2010, vol. 403, pp. 121–125. Gusev, M.N., Field, K.G., and Busby, J.T., Strain-induced phase transformation at the surface of an AISI-304 stainless steel irradiated to 4.4 dpa and deformed to 0.8% strain, J. Nucl. Mater., 2014, vol. 446, pp. 187–192.