Влияние термомеханической обработки на особенности деформированной микроструктуры ферритно-мартенситной стали ЭК-181

  • Алмаева Ксения Викторовна Национальный исследовательский Томский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-9181-4362
  • Литовченко Игорь Юрьевич Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Национальный исследовательский Томский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-5892-3719
  • Полехина Надежда Александровна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0001-9076-5469
Ключевые слова: ферритно-мартенситная сталь, сталь ЭК-181, высокотемпературная термомеханическая обработка, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение до разрушения, деформированная микроструктура

Аннотация

Ферритно-мартенситные стали с содержанием хрома 9–12 % в настоящее время рассматриваются как перспективные конструкционные материалы для ядерной энергетики. Интерес к сталям такого класса обусловлен их более высокой стойкостью к радиационному распуханию по сравнению с используемыми в действующих реакторах деления аустенитными сталями. Рабочий температурный диапазон ферритно-мартенситных сталей снизу ограничен их склонностью к низкотемпературному охрупчиванию при радиационных воздействиях, а сверху – уровнем длительной прочности. В работе изучены особенности микроструктуры 12 %-ной хромистой ферритно-мартенситной стали ЭК-181 вблизи области шейки образцов, деформированных растяжением при Т=20 °С и в интервале температур, близких к рабочим температурам ядерного реактора (Т=650 и Т=720 °С). Было проведено сравнительное исследование материалов, подвергнутых двум методам обработки: традиционной и высокотемпературной термомеханической. Показано, что пластическая деформация при Т=20 °С после двух обработок качественно подобна и приводит к искривлению и фрагментации мартенситных ламелей, а также образованию новых малоугловых границ. Деформация вблизи интервала рабочих температур (Т=650 и Т=720 °С) способствует развитию процессов динамической полигонизации, рекристаллизации, увеличению плотности и размеров карбидных частиц. После высокотемпературной термомеханической обработки указанные процессы идут менее интенсивно по сравнению с состоянием после традиционной термической обработки. Сталь ЭК-181 после высокотемпературной термомеханической обработки имеет повышенный уровень прочности и оказывает более высокое сопротивление пластической деформации по сравнению с состоянием после традиционной обработки. Это связано с высокой плотностью наноразмерных частиц карбонитрида ванадия V(С, N) и повышенной плотностью дислокаций после высокотемпературной термомеханической обработки.

Биографии авторов

Алмаева Ксения Викторовна, Национальный исследовательский Томский государственный университет

аспирант

Литовченко Игорь Юрьевич, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Национальный исследовательский Томский государственный университет

кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории физики структурных превращений, доцент кафедры физики металлов

Полехина Надежда Александровна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

кандидат физико-математических наук, инженер

Литература

Tan L., Hoelzer D.T., Busby J.T., Sokolov M.A., Klueh R.L. Microstructure control for high strength 9 % Cr ferritic-martensitic steels // Journal of Nuclear Materials. 2012. Vol. 422. № 1-3. P. 45–50.

Huang Q., Baluc N., Dai Y., Jitsukawa S., Kimura A., Konys J., Kurtz R.J., Lindau R., Muroga T., Odette G.R., Raj B., Stoller R.E., Tan L., Tanigawa H., Tavassoli A.A., Yamamoto T., Wan F., Wu Y. Recent progress of R&D activities on reduced activation ferritic/martensitic steels // Journal of Nuclear Materials. 2013. Vol. 442. № 1-3. P. S2–S8.

Leonteva-Smirnova M.V., Ioltukhovskiy A.G., Arutiunova G.A., Tselischev A.V., Chernov V.M. Investigation of heat treatment conditions on the structure of 12% chromium reduced activation steels // Journal of Nuclear Materials. 2002. Vol. 307. № 311. P. 466–470.

Ланская К.А. Высокохромистые жаропрочные стали. М.: Металлургия, 1967. 216 с.

Klueh R.L., Nelson A.T. Ferritic/martensitic steels for next-generation reactors // Journal of Nuclear Materials. 2007. Vol. 371. № 1-3. P. 37–52.

Almaeva K.V., Polekhina N.A., Litovchenko I.Yu. A comparative investigation of mechanical properties of the ferritic-martensitic steel EK-181 in the temperature range 700–800 °C after high-temperature thermomechanical and traditional heat treatments // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2051. Article number 020009.

Polekhina N.A., Litovchenko I.Y., Tyumentsev A.N., Kravchenko D.A., Chernov V.M., Leontyeva-Smirnova M.V. Effect of High-Temperature Thermomechanical Treatment in the Austenite Region on Microstructure and Mechanical Properties of Low-Activated 12% Chromium Ferritic-Martensitic Steel EK-181 // Technical Physics. 2017. Vol. 62. № 5. P. 736–740.

Mao C., Liu C., Yu L., Li H., Liu Y. Mechanical properties and tensile deformation behavior of a reduced activated ferritic-martensitic (RAFM) steel at elevated temperatures // Materials Science and Engineering A. 2018. Vol. 725. P. 283–289.

Vivas J., Capdevila C., Altstadt E., Houska M., San-Martin D. Importance of austenitization temperature and ausforming on creep strength in 9Cr ferritic/martensitic steel // Scripta Materialia. 2018. Vol. 153. P. 14–18.

Prakash P., Vanaja J., Rao Palaparti D.P., Prasad Reddy G.V., Laha K., Nageswara Rao G.V.S. Tensile flow and work hardening behavior of reduced activation ferritic martensitic steel subjected to thermo-mechanical treatment // Journal of nuclear materials. 2019. Vol. 520. P. 19–26.

Li X., Li X., Schonecker S., Li R. Understanding the mechanical properties of reduced activation steels // Materials and design. 2018. Vol. 146. P. 260–272.

Klueh R.L., Hashimoto N., Maziasz P.J. New nano-particle-strengthened ferritic/martensitic steels by conventional thermo-mechanical treatment // Journal of Nuclear Materials. 2007. Vol. 367-370. P. 48–53.

Полехина Н.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Аккузин С.А., Чернов В.М., Леонтьева-Смирнова М.В. Микроструктура, механические свойства и особенности разрушения малоактивируемой ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в интервале температуры от –196 до 720 С // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2017. Т. 40. № 4. С. 92–102.

Hollner S., Fournier B., Le Pendu J., Cozzika T., Tournie I., Brachet J.-C., Pineau A. High-temperature mechanical properties improvement on modified 9Cr-1Mo martensitic steel through thermomechanical treatments // Journal of Nuclear Materials. 2010. Vol. 405. № 2. P. 101–108.

Hollner S., Piozin E., Mayr P., Caës C., Tournié I., Pineau A., Fournier B. Characterization of a boron alloyed 9Cr3W3CoVNbBN steel and further improvement of its high-temperature mechanical properties by thermomechanical treatments // Journal of Nuclear Materials. 2013. Vol. 441. № 1-3. P. 15–23.

Hoffman J., Rieth M., Commin L., Fernandez P., Roldan M. Improvement of reduced activation 9%Cr steels by ausforming // Nuclear Materials and Energy. 2016. Vol. 6. P. 12–17.

Polekhina N.A., Almaeva K.V., Litovchenko I.Y. Mechanical properties and fracture of heat-resistant ferritic-martensitic steels EK-181, ChS-139 and EP-823 at the temperatures from –196 to 720 °C // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2051. Article number 020242.

Lindau R., Schirra M. First results on the characterization of the reduced-activation-ferritic-martensitic steel EUROFER // Fusion Engineering and design. 2001. № 58-59. P. 781–785.

Panin A.V., Chernov V.M., Leontieva-Smirnova M.V., Melnikova Ye.A. Strengthening of the RAFMS RUSFER-EK-181 through nanostructuring surface layers // Journal of Nuclear Materials. 2009. Vol. 386-388. № C. P. 466–470.

Чернов В.М., Кардашев Б.К., Мороз К.А. Хладноломкость и разрушение металлов с разными кристаллическими решетками – дислокационные механизмы // Журнал технической физики. 2016. Т. 86. № 7. С. 57–64.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки