Х а б а р ш ы с ы в е с т н и к государственного
ОБЛУЧЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
жүктеу/скачать 7,72 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Ключевые слова
- МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- РЕАКТОРЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНДІРУ ЖӘНЕ КЕЙІНГІ ТЕРМИЯЛЫҚ ӘСЕР ЕТУ НӘТИЖЕСІНДЕ 12Х18Н10Т АУСТЕНИТТІК БОЛАТТЫҢ ФИЗИКО-МЕХАНИКАЛЫҚ
- Осы жұмыста реакторлық сәулелендіру және кейінгі термиялық ескіру нәтижесінде
- Босаңдатуға дейін сәулеленген үлгілердің механикалық сынақтары олардың радиациялық
- The results of determining of changes of microstructure and mechanical properties of material of
- Е.Т. Абильмажинов, С.Ш. Жұмағали, Д.К. Дүкенбаев
ОБЛУЧЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
микроструктуры и механических свойств материала отработавшей сборки ЦЦ-19 РУ БН-350 в результате реакторного облучения и последующего термического старения. По результатам проведенных исследований установлено, что в структуре материала с ростом температуры испытания увеличивается количество мелких дисперсных выделений карбидов Ме 23 С 6 типа. Механические испытания облученных образцов до отжига показали наличие эффекта их радиационного упрочнения. Однако длительный (7000 часов) отжиг привел к уменьшению их прочности и увеличению пластичности. Ключевые слова: ОТВС, реактор БН-350, облучение, упрочнение, микроструктура, изотермический отжиг. ВВЕДЕНИЕ Как известно, по мере накопления радиационного повреждения изменяется структурно- фазовое состояние конструкционных сталей, развиваются радиационные эффекты распухания, ползучести, охрупчивания, приводящие к ухудшению механических характеристик материалов и сокращению срока их эксплуатации. Длительный отжиг позволяет частично восстановить механические свойства сталей посредством термически-индуцированного удаления продуктов 50
радиационного повреждения [1-3]. Пост-радиационное восстановление свойств сталей актуально в свете необходимости продления срока эксплуатации реакторных установок, экспертной оценки ресурса безопасности и пр. Для выбора режимов необходимой термообработки требуется проведение широкого спектра предварительных исследований влияния отжига на изменение микроструктуры и свойств аустенитных сталей, в течение длительного времени облучавшихся в условиях атомных энергетических установок. Методы оптической металлографии с измерением микротвердости являются ключевыми при исследовании структуры облученных сталей [4-5]. Для Казахстана, в связи с проблемой длительного и безопасного хранения отработавшего ядерного топлива реактора БН-350, особый интерес приобретают научные работы по экспериментальному и теоретическому исследованию закономерностей деградации облученных нейтронами сталей при их длительном старении [6-8]. Целю представленной работы является анализ и обобщение результатов исследований эволюции микроструктуры, облученной стали 12Х18Н10Т (материала чехлов отработанных топливных сборок реактора БН-350) претерпевшей серию последовательных изотермических отжигов. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В качестве исследуемого материала в настоящей работе использовали высокооблученные образцы, вырезанные из различных участков граней экспериментальной отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) ЦЦ-19 реакторной установки (РУ) БН-350. Данная ТВС ЦЦ-19 изготовлена из аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т в состоянии механико-термической обработки. За время эксплуатации в реакторе (370 эфф. сут.) материал ТВС облучен до максимальной повреждающей дозы 58,9 с.н.а. Температурный интервал облучения 280÷450 ºС. Из разных участков грани чехла ОТВС ЦЦ-19 были вырезаны образцы в виде пластинок шириной 50 мм, высотой 10 мм и толщиной 2 мм. Образцы маркировались по месту их отбора координатой в мм от центра активной зоны (ЦАЗ). Характеристики образцов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики облученных образцов № Место вырезки образца, (мм от ЦАЗ) Доза
облучения, сна Наработка, эфф. сут. Максимальная скорость набора дозы, ·10 -6 сна/с 1 +315
45,5 370,9
1,84 2 +175 55,5 3 -275 50,0
С целью характеризации изменения структуры и свойств материала ОТВС после реакторного облучения и последующего термического отжига образцы были подвергнуты комплексным материаловедческим исследованиям, включающим исследование структуры и определение физико- механических свойств. Длительный отжиг облученных образцов проводился в муфельных печах при температурах 300, 400 и 550 ºС в среде аргона. В результате такого отжига моделировались условия штатного длительного сухого хранения ОТВС РУ БН-350. Максимальная длительность изотермического отжига составила 7000 часов. Наряду с облученными образцами термическим испытаниям были подвергнуты необлученные образцы (имитаторы) из грани чехла ТВС. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В результате комплексных материаловедческих исследований исходного состояния образцов установлено, что структура всех облученных образцов относительно однородна, имеет полиэдральное строение аустенита (см. рисунок 1). В структуре образцов имеется большое количество мелкодисперсных выделении размерами около 1 мкм, которые расположены как по границам зерен, так и в теле зерна. Мелкие выделения, вероятно, дисперсные карбиды Ме 23 С
типа. Наибольшее число дисперсных выделении обнаружено на участке «+175» (см. рисунок 1б), а самое незначительное содержание дисперсных выделений на отметке «-275» мм от Ц.А.З (см. рисунок 1в).
51
а) «+315» мм от ЦАЗ б) «+175» мм от ЦАЗ в) «-275» мм от ЦАЗ
Рисунок 1 - Микроструктура высокооблученных образцов на разных участках чехла ЦЦ-19 после реакторного облучения
Результаты определения гидростатической плотности свидетельствуют о наличии эффекта радиационного распухания материала. Наибольшее распухание обнаружено на отметке «+175» мм от Ц.А.З. и составляет около 4%. Результаты определения микротвердости указывают на значительные упрочнения материалов под воздействием реакторного облучения. Данные по распределению микротвердости по высоте чехла ЦЦ-19 приведены на рисунке 2. Наибольшее значение микротвердости соответствует участку «+175». На этом же участке получены максимальные значения прочностных характеристик (σ 02
в = 1130 МПа) и низкие значения пластичности (менее 2%).
2
4 М ик ро тве рд ос ть , ГПа
Рисунок 2 - Изменения микротвердости материала ОТВС ЦЦ19 относительно ЦАЗ По результатам характеризации исходного состояния высокооблученных образцов было установлено, что значительные изменения структуры и свойств выявлены на образце из отметки +175 мм от ЦАЗ. По результатам исследования образцов после длительного термического воздействия установлено, что характерная структура облученных образцов осталась практически без изменений (рисунок 3).
а) 550 ° С б) 400 ° С в) 300 ° С Рисунок 3 - Микроструктура материала ОТВС ЦЦ-19 из участка «+175 мм» от Ц.А.З после термического отжига длительностью 7000 часов в аргоне 52
В результате длительного отжига при температурах 400 ° С и 550
° С в структуре облученных образцов увеличилось количество выделившихся дисперсных карбидов в теле зерна. При температуре 550 ° С карбиды фиксируются как в теле так и по границам зерна аустенита. Результаты определения физико-механических свойств образцов сведены в таблице 2, где видно, что микротвердость стали 12Х18Н10Т в результате облучения до 55,5 сна повышается до значений 3,73 ГПа
(для сравнения микротвердость необлученной стали 2,65 ГПа). Таблица 2. Физико-механические свойства образцов стали 12Х18Н10Т ТВС ЦЦ-19 с отметки «+175мм» от Ц.А.З., отожженных при 300, 400 и 550 ° С в течение 7000 часов в аргоне Образец
Н µ , ГПа
σ в , МПа σ 02 , МПа ε равн , % ε, %
Без отжига 3,73
1063 703
3,3 4,1
Отжиг 300 ºС, 7000 ч 3,63
882 680
3 3,5
Отжиг 400 ºС, 7000 ч 2,73
848 630
4,3 5 Отжиг 550 ºС, 7000 ч 2,23 573
380 7,5
9,7
В ходе долговременного отжига при температуре, равной или превосходящей температуру облучения, прочностные характеристики материала понижаются тем сильнее, чем выше температура отжига. Это можно объяснить уменьшением плотности дефектов, которые достаточно подвижны при температурах более 300 ° С. В то же время, отжиг при температуре ниже температуры облучения (см. таблицу 2 ) не приводит к существенному изменению прочностных характеристик. По-видимому, структура, полученная облучением в достаточной степени равновесна даже в условиях отсутствия нейтронных потоков и устойчива при нагреве ниже температуры облучения.
На основании анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы: −
структуры по высоте. В структуре высокооблученных образцов установлен рост количества вторичных мелкодисперсных карбидных выделений с увеличением дозы облучения. Наибольшее количество мелкодисперсных карбидных выделений обнаружено в материале на отметке «+175 мм» от Ц.А.З. На этом же участке зафиксировано максимальное распухание и упрочнение облученного материала; −
Длительный изотермический отжиг при температуре, равной или превосходящей температуру облучения, приводит к снижению эффекта радиационного упрочнения тем сильнее, чем выше температура отжига.
Авторы выражают благодарность коллективу лаборатории радиационного материаловедения института ядерной физики, и лично профессору Максимкину Олегу Прокофьевичу за оказание консультативной и практической помощи в проведение исследовании облученных образцов. ЛИТЕРАТУРА 1 Скаков, М. К. Радиационно-инициированные превращения интерметаллидов / М. К. Скаков, В. Д. Мелихов // Алматы, Ғылым.–1996.–Т. 44,–N 6.–С.5-71. 2 Максимкин, О.П. Фазово-структурные процессы и их роль в упрочнении и охрупчивании облученных металлических материалов: дис. ... канд ф-м.н. наук: 01.04.07. - Алматы, 1996. - 47 с. [diss. rsl. ru]. 3 Cole, J.I. Microstructural changes induced by post-irradiation annealing of neutron-irradiated austenitic stainless steels / J.I. Cole, T.R. Allen // Journal of Nucl. Mater.–2000.–V. 283-287.–P.329-333. 4 Garner, F.A. The microstructural origins of yield strength changes in AISI 316 during fission or fusion irradiation / F.A.Garner, M.L.Hamilton, N.F.Panayotov, G.D. Johnson // Journal of Nucl. Mater. – 1981. –V. 103-104. –P. 803-808. 5 Неустроев, В.С. Эволюция микроструктуры стали типа Х18Н10Т при низкотемпературном облучении нейтронами как основной фактов упрочнения / В.С. Неустроев, З.Е. Островский, С.В. Белозеров //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение.–2007.–№6.–С.78-81.
53
6 Максимкин, О.П. Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 // Вопросы атомной науки и техники, Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение.–2007.–№2,–с. 142-149. 7 Коянбаев, Е.Т. Изучение поведения отработавших топливных сборок ядерных реакторов при их длительном сухом хранении / Е.Т. Коянбаев, О.П. Максимкин, А.С. Азимханов // В кн. «Экспериментальные исследования в области
безопасности атомной
энергии, ч. 1»
–Курчатов, НЯЦ РК.–2010.–С. 331-348. 8 Бакланов, В.В. Исследования изменения структуры слабооблученной аустенитной нержавеющей стали после длительного термического старения при наличии постоянной механической нагрузки / В.В. Бакланов, Е.Т. Коянбаев, А.Ж. Миниязов, А.Д. Даулеткелдыев //Вестник НЯЦ РК.–2013.–вып.3.–С.75-78.
НӘТИЖЕСІНДЕ 12Х18Н10Т АУСТЕНИТТІК БОЛАТТЫҢ ФИЗИКО-МЕХАНИКАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫНЫҢ ЖӘНЕ ҚҰРЫЛЫМЫНЫҢ ӨЗГЕРУІН ЗЕРТТЕУ Е.Т. Коянбаев, М.К. Скаков, В.В. Бакланов Осы жұмыста реакторлық сәулелендіру және кейінгі термиялық ескіру нәтижесінде ЦЦ-19 РУ БН-350 пайдаланылған құрылым материалының микроқұрылымы мен механикалық қасиеттерінің өзгерістерін анықтау нәтижелері келтірілді. Жүргізілген зерттеулердің нәтижелері бойынша материалдың құрылымында сынақ температурасының арттуымен Ме 23 С 6 типті карбиттердің ұсақ дисперсиялық бөлінулердің саны көбеетіні белгіленді. Босаңдатуға дейін сәулеленген үлгілердің механикалық сынақтары олардың радиациялық беріктендіру әсерінің барын көрсетті. Бірақ ұзақ босаңдату (7000 сағат) олардың беріктігінің азаюына және иілгіштігінің артуына әкелді. INVESTIGATION OF CHANGES OF STRUCTURE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF AUSTENITIC STEEL 12X18H10T IN CONSEQUENCE OF REACTOR IRRADIATION AND SUBSEQUENT THERMAL INFLUENCE E.T. Koyanbaev, M.K. Skakov, V.V. Baklanov The results of determining of changes of microstructure and mechanical properties of material of spent assembly CC-19 BN-350 in consequence of reactor irradiation and subsequent temperature aging are shown in this paper. Based on the results of the conducted research it was understood that the amount of finely dispersed precipitates of carbides Me 23 S 6 type is increase in the structure of the material with increasing of test temperature. Testing of mechanical properties of irradiated samples before annealing showed the presence of the effect of irradiation hardening of samples. However, the long term (7000 hours) annealing was result of stress reduction and increased ductility of the samples. ӘОЖ: 621.831.001.24 Е.Т. Абильмажинов, С.Ш. Жұмағали, Д.К. Дүкенбаев Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті БУЫНТЫҚТЫ БЕРІЛІСТІҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛІ Машиналық агрегаттың құрамындағы буынтықты берілістің сыналы кинематикалық жұбының күштік беріліс функциясының түп нұсқасына ауыспай есептік сызба нұсқаны пайдалана отырып алынды. Түйінді сөздер: буынтықты беріліс, динамика, математикалық модель
Кез келген машинаны динамикалық зерттеудің бастамасы болып зерттелініп отырған жүйенің математикалық моделі мен есептік сызба нұсқа құру болып табылады. Машиналық агрегаттың математикалық моделі жетектегі қозғалтқыш моделінен, жұмыстық машиналар мен берілісті механизмдерден тұрады.
54
Қозғалтқыштар мен жұмыстық машиналардың математикалық моделі осы қондырғыларда өтетін физикалық процесстермен анықталады, және олар әр түрлі болып келеді. Жетектерде айналмалы қозғалысты түрлендіруге қолданылатын берілістермен, механикалық берілістердің саны салыстырмалы түрде көп емес. Осындай механизмдердің ішінде буынтықты берілістер маңызды болып табылады. Айтарлықтай кемшілігіне қарамастан буынтықты берілістерді көптеген машиналарда қолдану экономикалық тиімді болып саналады. Буынтықты берілістің математикалық моделі әдетте оның клинді математикалық жұп аналогі негізінде құрастырылады. Ол өз кезегінде буынтықты берілісті машиналарда жүретін динамикалық процесстердің ерекшеліктерін анықтап олардың сапалық сипаттамаларын [1, 2] анықтауға мүмкіндік береді. Алайда жұмыстық машина, қозғалтқыш және машиналық агрегаттың механикалық бөлігінде жүретін процесстер бір біріне әсер етеді, сондықтан жүйеде болатын динамикалық процесстердің нақты сипаттамаларын жұмыс машиналарында, беріліс механизмдерде және қозғалтқыштардағы процесстерді бір уақытта сипаттайтын жалпы математикалық модель негізінде анықтауға болады. Клинді кинематикалық жұпты қолданған кезде мұндай модельде берілістің басқа элементтері жүзеге асыратын клинді жұптағы қозғалысты айналмалы қозғалысқа түрлендіру қажеттілігі біраз қиындықтар туғызады. Берілген мақалада көрсетілген жұмыстарға қарағанда клинді аналогты қолданбай ақ және айналмалы қозғалысты ілгерлемелі қозғалысқа түрлендірмей ақ есептік сызба нұсқа негізінде математикалық моделді тұрғызу қарастырылады (1 сурет).
1 сурет. Буынтықты жұптың есептік сұлбасы
Берілістің кинематикалық қасиеттері беріліс қатынастарымен сиаптталады. 2 1 2 1 12 / / ω ω ϕ ϕ = =
φ 1
φ 2 (1) Мұндағы φ 1
φ 2 – буынтықты доңғалақ бұрылуң бұрышы; ω / 1 ω 2 буынтық пен буынтық доңғалағының бұрыштық жылдамдығы. Координаталар мен бұрыштық жылдамдықтардың бағыты 1 суретке сәйкес келеді. Күштік беріліс функциясын тұжырымдау кезінде келесідей жағдайларды ескермеуге болады: 1)
элементтердің инерция моменттерін басқа жетек элемент берілісімен байланыстыра отырып есепке алыуымызға болады; 55
2) буынтықты жұпта өлшемдері есепке алынбайтын саңылаулардың болуы. Бұл есепті статикалық анықталған және тасымалдауда ішкі күштердің бағыты өзгерген кезде соққылар болмайды деп есептеуге мүмкіндік береді; n n P P 21 21 − =
әрекеттесу күші бекітілу полюсінде және түйісу нүктесіндегі буынтық жұп элементтеріне жалпы нормаль бойынша бағытталған; 3)
салыстырмалы қозғалған кезде үйкеліс пайда болады. Бұранда сызық бойымен салыстырғанда доңғалақ тісі профилінің бойымен қозғалған кезде пайда болатын үйкеліс шамасы аз, сондықтан оны ескермеуге болады [3]; 4)
үйкеліс күшінің шамасы Кулон заңымен анықталады. Үйкеліс коэффициентін тұрақты деп санаймыз; 5)
1 ,М 2 , сыртқы моменттердің және ішкі күштердің бағыты 1 суретке сәйкес келеді. Жалпы ережеге сәйкес буынтық және буынтық доңғалағы арасындағы өзара әрекеттесу күшін шеңберлі
t t P P 12 21 , , осьтік a a P P 12 21 , және радиальді r r P P 12 21 , құрауыштарға бөлеміз: ; 21
21 21
a t n P P P P + + = ; 12 12 12 12 r a t n P P P P + + = сонда
. ; ; 12 21 12 21 12 21 r r t a a t P P P P P P − = − = − = жүктеу/скачать 7,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|