Модифицирование структурно-фазового состояния хромистых ферритно-мартенситных сталей класса Х12 потоками импульсной плазмы

• Автор: Аунг Тхурейн Хеин
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Методы модифицирования структурно-фазового состояния конструкционных материалов (краткий обзор)
1.1 Возможности применения ферритно-мартенситных сталей типа X12 в ядерной энергетике

1.2 Методы модифицирования поверхностных слоев конструкционных материалов

1.2.1 Модифицирование воздействием концентрированными потоками энергии.

1.2.2 Структурно-фазовые изменения при обработке потоками импульсной плазмы

1.2.3 Электронно-лучевая обработка

1.2.4 Поверхностное легирование и модифицирование покрытий воздействием концентрированными потоками энергии
1.3 Создание наноструктурного состояния методами интенсивной пластической деформации

1.4 Формирование нанокристаллической структуры путем ультразвуковой обработки

Выводы по главе
ГЛАВА 2 Материалы и экспериментальные метода исследования
2.1 Исследованные материалы и подготовка образцов
2.2 Обработка образцов потоками высокотемпературной импульсной плазмы
2.3 Экспериментальные методы исследования образцов
2.3.1 Исследования топографии и микроструктуры образцов
2.3.2 Определение элементного состава
2.3.3 Рентгеновские исследования
2.3.4 Измерение микротвердости
2.3.5 Определение трибологических характеристик
2.3.6 Коррозионные испытания в потоке свинца
ГЛАВА 3 Исследование влияния обработки потоками импульсной плазмы на структурно-фазовое состояние 12 %-ньгх хромистых сталей
3.1 Влияние импульсной плазменной обработки на структурно-фазовое состояние
твэльных труб
3.1.1 Исследования исходной микроструктуры труб из хромистых сталей
3.1.2 Влияние режимов импульсной плазменной обработки на структурно-фазовое состояние приповерхностных слоев
3.1.3 Результаты рентгеновских исследований
3.1.4 Поверхностное легирование твзльных труб с использованием обработки потоками импульсной плазмы
3.2 Влияние импульсной плазменной обработки на структурно-фазовое состояние
монолитных образцов из стали ЭК
3.2.1 Исследование микроструктуры исходных образцов из стали ЭК
3.2.2 Микроструктура образцов, обработанных потоками ВТИП
3.2.3 Микроструктура поперечных шлифов модифицированных образцов
3.2.4 Исследование термостойкости «наиоструктурированных» состояний
3.2.5 Результаты рентгеновских исследований
Выводы по главе
ГЛАВА 4 Влияние импульсной плазменной обработки на свойства 12 %-пых
хромистых сталей
4.1 Влияние режимов обработки на поверхностное упрочнение образцов из
хромистых сталей
4.2 Результаты трибологических исследований
4.3 Исследование коррозионной стойкости модифицированных труб в свинце
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Хромистые стали рассматриваются в качестве перспективных конструкционных материалов для ядерных и разрабатываемых термоядерных реакторов. Опыт использования таких сталей в ядерных реакторах достаточно большой. Однако конструкционные материалы для реакторов нового поколения должны удовлетворять ряду более жестких требований таких, как высокая жаропрочность, радиационная и коррозионная стойкость, быстрый спад наведенной активности и другие.
Перспективными материалами, удовлетворяющими этим требованиям, являются жаропрочные 12 %-ныс хромистые диспсрсионно-твердеющие фсрритно-мартенситные (Ф-М) стали. При этом основным недостатком Ф-М сталей является недостаточная жаропрочность при температурах выше 600 °С, характерных для активных зон новых типов энергетических реакторов на быстрых нейтронах и первой стенки термоядерных реакторов будущего. Важной проблемой для быстрых реакторов с жидкометаллическими теплоносителями. в частности БРЕСТ-ОД-ЗОО, БРЕСТ-1200, является повышение коррозионной стойкости оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) при взаимодействии с потоком жидкого свинца. Кроме того, к недостаткам ферритно-мартенситных сталей по сравнению со сталями аустенитпого класса следует отнести проявление низкотемпературного (300-400 °С) радиационного охрупчивания (НТРО) и недостаточную коррозионную стойкость при длительном хранении в воде бассейнов выдержки.
Известно, что свойства конструкционных сталей определяются их структурнофазовым состоянием (СФС). При зтом возрастание кратковременных и длительных механических свойств может быть обеспечено формированием в процессе обработки нанораз-мерных особенностей структуры (наноразмерной микроструктуры и вторичных фаз, различного вида кластеров, предвыдслений и др.). Поэтому весьма актуальной и практически важной задачей является оптимизация СФС, в том числе приповерхностных слоев, для повышения эксплуатационных характеристик материалов и обеспечение его стабильности в рабочих условиях.
Одним из перспективных методов модифицирования СФС приповерхностных слоев сталей для повышения их коррозионной стойкости, в том числе фреттпнг-коррозии, является использование обработки концентрированными потоками энергии, в частности потоками высокотемпературной импульсной газовой плазмы. Однако проведение подобных исследований в настоящее время находится на начальной стадии. Учитывая это, тема диссертационной работы является актуальной и практически важной.

ботке технологий обработки изделий СИЭП с поверхностным легированием алюминием рассматриваются три направления для их оптимизации: (I) многоступенчатое модифицирование, (II) использование композиционных покрытий и (III) облучение трубчатых образцов радиально сходящимися пучками электронов.
Эксперименты по многоступенчатой обработке показывают значительное улучшение однородности модифицированного слоя [92]. На основе исследования процессов окисления в СВЭ, выполненных при высокой температуре, в качестве покрытия для стальных образцов предложены сплавы системы Feioo-x-yCrxAly (х = 10-20, у — 6-20). При этом для связывания поверхностного покрытия толщиной ~ 10 мкм со стальной подложкой выбрана обработка СИЭП [93].
Однако при использовании цилиндрических СИЭП диаметром 50-60 мм, получаемых в ускорителях типа ГЭЗА (GESA) [40], обработка осуществляется путем перекрытия зон воздействия отдельных импульсов. В результате этого химический состав и свойства модифицированного слоя в зоне перекрытия пучков и в основной части поверхности различны, поэтому подобная методика не является оптимальной. Чтобы преодолеть данную проблему, была разработана и изготовлена установка GESA IV, для радиальной обработки цилиндрических изделий импульсными электронными пучками [92, 93].
В работах [102, 103] представлены результаты исследования поверхностного легирования образцов из хромистой ферритно-мартенентной стали ЭП823 молибденом и вольфрамом с использованием обработки потоками импульсной плазмы. Предварительное нанесение покрытий осуществлялось осаждением в вакууме 2-10'5 Topp с использованием плазменного источника с многополярным магнитным полем. Затем образцы облучались потоками импульсной азотной и гелиевой плазмы при плотности энергии падающего потока Q = 5-40 Дж/см2 и длительности импульса т = 3-6 мке (энергия ионов до 2 кэВ, удельная мощность падающего потока до 10 МВт/см2).
Измерения массы образцов с покрытиями до и после импульсной плазменной обработки показали незначительную потерю массы образцов. Установленные потери массы образцов не обусловлены испарением, а являются результатом селективного распыления во время смешивания покрытия с основным материалом.
В таблице 1.4 приведены результаты определения элементного состава поверхностных слоев образцов из стали ЭП823, легированной Мо с использованием обработки потоками импульсной плазмы. Данные результаты были получены с помощью анализатора EMAL в поверхностном слое толщиной - 0,4 мкм [102].
Результаты, представленные в таблице 1.4 показали, что импульсная плазменная обработка позволяет проводить эффективное легирование приповерхностных слоев