Особливості структуроутворення та оцінка технологічної пластичності з використанням акустичної емісії при виготовленні труб-оболонок твел зі сплаву Zr1Nb - Автореферат

Осади» (ДП «НДТІ») розробляється нова технологія виготовлення труб-оболонок твел зі сплаву цирконію з ніобієм Zr1Nb вітчизняного виробництва. Застосування таких злитків у якості литих трубних заготовок дозволило знизити циклічність виробництва труб на стадії гарячої деформації за рахунок виключення гарячого кування і одержання трубних заготовок під холодний переділ шляхом однократного високотемпературного пресування з великими ступенями деформації. Для зниження циклічності виробництва на стадії холодної деформації необхідна розробка параметрів гарячого пресування, які забезпечують отримання в трубних заготовках найбільш високого рівня пластичності. Таким чином, дисертаційна робота, спрямована на вивчення процесів структуроутворення і формування технологічних властивостей сплавів цирконію з ніобієм з метою вибору параметрів виготовлення труб-оболонок твел зі сплаву Zr1Nb, що забезпечують необхідний рівень властивостей виробів, є актуальною. вибрати температурно-деформаційні параметри гарячого пресування, які забезпечують формування в трубних заготовках структури з високим рівнем технологічної пластичності, а також деформаційні параметри холодної прокатки, що дозволяють максимально використовувати ресурс пластичності сплаву Zr1Nb при виробництві труб-оболонок твел у промислових умовах.Розглянуто фактори, що впливають на технологічну пластичність сплавів цирконію з ніобієм у процесі виготовлення труб. Мікроструктуру злитків, гарячепресованих, передільних і готових труб вивчали якісними і кількісними методами за допомогою мікроскопа відбитого світла "Неофот 21" і автоматичного аналізатора структури "Епіквант". цирконій труба твел ніобій Така структура формується у вихідних злитках при охолодженні в кристалізаторі в результаті кооперативного розпаду b-твердого розчину ніобію в цирконії. Його відмінність від раніше запропонованого полягає в тому, що при утворенні пакетної структури бейнітного типу в процесі b®а-перетворення в злитках зі сплаву Zr1Nb в межах пакета утворюється мікронеоднорідність у розподілі не тільки ніобію, але і кисню. Так, у результаті пресування при температурі повного a®b-перетворення, експериментально встановленої для кожного злитка, у трубах зі злитка ЕПП кількість неперекристалізованої а-фази досягла біля 20 %, а в трубах зі злитка ВДП - не більше 5 %.В дисертації проведено теоретичне узагальнення та запропоновано нові рішення наукових і практичних задач, які полягають у визначенні параметрів нової ресурсозберігаючої технології виготовлення труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb на стадії гарячого пресування, що забезпечують отримання в гарячепресованих трубних заготовках структури з високим рівнем пластичності та формування необхідного рівня властивостей виробів в процесі виготовлення. Аналіз світового досвіду виготовлення труб-оболонок твел зі сплавів цирконію показав, що запропонована в Україні технологічна схема виробництва є новою, ресурсозберігаючою і для її промислового впровадження важливе проведення комплексу досліджень структуроутворення і формування властивостей сплаву Zr1Nb на різних стадіях виготовлення з метою уточнення параметрів процесу виробництва, що забезпечують високі технологічні й експлуатаційні властивості труб-оболонок твел. Вивчено і науково обґрунтовано закономірності процесів структуроутворення в сплавах цирконію з ніобієм на стадії одержання литої трубної заготовки різними способами виплавки. Установлено, що орієнтація пакетної і зеренної структури злитку впливає на розвиток фазової перекристалізації в процесі пресування і наступної рекристалізації в трубах зі сплаву Zr1Nb. Показано, що найбільш високий рівень пластичності мають гарячепресовані труби з однорідною структурою мартенситного типу (s 0,2 = 570…576 МПА, SB = 612…625 МПА, d5 = 20,5...22,0 % при вмісті кисню в сплаві 0,10..0,11%), у порівнянні зі структурою бейнітного типу (s0,2 = 580…595 МПА, SB = 650…675 МПА, d5 = 20,0...20,5%) і неповністю перекристалізованою структурою (s0,2 = 620…665 МПА, SB = 680…725 МПА, 6. d5 = 18...22%).Коленкова О.А. Вплив структури на пластичність та параметри акустичної емісії в процесі деформування труб / В. С.Вахрушева, О.А. Коленкова // Металознавство та обробка металів. Коленкова // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. журнал. Коленкова // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. журнал.

Основний зміст роботиОсновний зміст роботи викладений у публікаціях

В дисертації проведено теоретичне узагальнення та запропоновано нові рішення наукових і практичних задач, які полягають у визначенні параметрів нової ресурсозберігаючої технології виготовлення труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb на стадії гарячого пресування, що забезпечують отримання в гарячепресованих трубних заготовках структури з високим рівнем пластичності та формування необхідного рівня властивостей виробів в процесі виготовлення.

1. Аналіз світового досвіду виготовлення труб-оболонок твел зі сплавів цирконію показав, що запропонована в Україні технологічна схема виробництва є новою, ресурсозберігаючою і для її промислового впровадження важливе проведення комплексу досліджень структуроутворення і формування властивостей сплаву Zr1Nb на різних стадіях виготовлення з метою уточнення параметрів процесу виробництва, що забезпечують високі технологічні й експлуатаційні властивості труб-оболонок твел. Тому, в умовах створення в Україні власного ядерно-паливного циклу дана дисертаційна робота є актуальною.

2. Вивчено і науково обґрунтовано закономірності процесів структуроутворення в сплавах цирконію з ніобієм на стадії одержання литої трубної заготовки різними способами виплавки. Показано, що зі злитків, отриманих електронно-променевим переплавом (ЕПП), гарнісажною плавкою з електромагнітним перемішуванням розплаву (ГЕМП) і вакуумно-дуговим переплавом (ВДП), останні є найбільш дисперсними і однорідними за макро- і мікроструктурою, а також за розподілом другої фази. Вперше методом мікродифракції електронів доведено утворення прошарків b-ніобію з ОЦК решіткою між пластинами а-цирконію в рейковій структурі сплаву Zr1Nb.

3. Установлено кількісні параметри періодичної пакетної структури в злитках із сплавів цирконію з ніобієм різних способів виплавки. Запропоновано механізм структуроутворення при розпаді b-твердого розчину ніобію в цирконії в сплаві Zr1Nb, який враховує спільний вплив ніобію та кисню. Установлено, що підвищення дисперсності і однорідності пакетної структури злитка призводить до інтенсифікації процесів a®b-перетворення при швидкісному нагріві і гарячому пресуванні.

4. Установлено, що орієнтація пакетної і зеренної структури злитку впливає на розвиток фазової перекристалізації в процесі пресування і наступної рекристалізації в трубах зі сплаву Zr1Nb. Використання злитків з більш дисперсною структурою в поєднанні з підвищенням ступеня деформації при пресуванні призводить до підвищення однорідності структури гарячепресованих труб.

5. Визначено температурно-деформаційні умови утворення в гарячепресованих трубах різних структурних станів. Показано, що найбільш високий рівень пластичності мають гарячепресовані труби з однорідною структурою мартенситного типу (s 0,2 = 570…576 МПА, SB = 612…625 МПА, d5 = 20,5...22,0 % при вмісті кисню в сплаві 0,10..0,11%), у порівнянні зі структурою бейнітного типу (s0,2 = 580…595 МПА, SB = 650…675 МПА, d5 = 20,0...20,5%) і неповністю перекристалізованою структурою (s0,2 = 620…665 МПА, SB = 680…725 МПА, 6. d5 = 18...22%).

7. На основі комплексних досліджень обрано режим відпалу для підвищення пластичності гарячепресованих труб зі структурою мартенситного типу: нагрів у вакуумі до температури 580°С, витримка - 1 година. Установлено можливість одержання однорідної структури мартенситного типу в гарячепресованих трубах, отриманих з відхиленнями від обраних технологічних параметрів процесу пресування, шляхом використання гартування з окремого нагріву.

8. Вперше встановлено взаємозвязок між структурою гарячепресованих труб, вмістом кисню і ніобію в сплавах цирконію з ніобієм і параметрами акустичної емісії (активністю і швидкістю рахунку). Це дозволило застосувати метод АЕ для оцінки рівня пластичності гарячепресованих труб і залишкового ресурсу пластичності сплаву після холодної прокатки. Розроблено методику оцінки рівня пластичності труб зі сплаву Zr1Nb за даними акустичної емісії.

9. На основі отриманих у роботі наукових даних вибрані температурно-деформаційні параметри процесу виготовлення труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb на стадії гарячої деформації, які забезпечують формування в гарячепресованих трубних заготовках однорідної мартенситної структури з найбільш високим рівнем пластичності. Для рівномірного протікання процесів перекристалізації і рекристалізації коефіцієнт витяжки при пресуванні злитків повинен становити не менше m = 20. Найбільш прийнятними в якості литих трубних заготовок для використання за новою технологією є злитки ВДП.

10. За допомогою методики оцінки рівня пластичності труб за даними акустичної емісії проведено вибір ступеню деформації на першому холодному переділі. Встановлено, що отримання в гарячепресованих трубних заготовках мартенситної структури дозволяє збільшити ступінь деформації під час першої холодної прокатки з 40% до 60%. На основі отриманих результатів вдосконалено технологію виготовлення труб-оболонок твел шляхом зменшення кількості циклів холодної прокатки з пяти до чотирьох.

11. Створено технічну документацію на виробництво труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb, у відповідності до якої у промислових умовах заводу

12. ДП «ДЗПТ» за вдосконаленою технологією виготовлено дослідну партію труб. За якісними показниками отримані труби-оболонки твел відповідають вимогам технічних умов ТУ У 27.4-05757883-206:2008, що підтверджує вірність вибраних температурно-деформаційних параметрів гарячого пресування, а також маршрутів холодної прокатки.