Влияние нейтронного облучения и особенности распада твердых растворов на служебные характеристики конструкционных материалов. Механизм подавления или ослабления радиационного распухания облученных материалов; микролегирование редкоземельными элементами.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Работа выполнена на кафедре материаловедения и технологии материалов и покрытий Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Северо-Западный государственный заочный технический университет" (ГОУВПО "СЗТУ") Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ, академик АИН РФ, доктор технических наук, профессор Паршин Анатолий Максимович Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, заслуженный работник высшей школы, доктор физико-математических наук, профессор Калин Борис Александрович доктор технических наук, профессор Рыбников Александр Иванович доктор технических наук Фабрициев Сергей АнатольевичОсобую сложность представляют разработка или выбор конструкционных материалов для узлов активной зоны (оболочек твэлов, чехлов технологических каналов и др.) реакторов на быстрых нейтронах, так как флюенс нейтронов на эти материалы составляет до 3?1023 нейтр/см2 при рабочих температурах 300-700°С. В таких температурно-временных условиях радиационное распухание аустенитных хромоникелевых коррозионностойких сталей и сплавов, являющихся основными конструкционными материалами активных зон атомных энергетических установок, может достигать 10-30%. Практический интерес к явлению радиационного распухания обусловлен опасностью последствий радиационного распухания конструкционных материалов активной зоны быстрых реакторов и материалов первой стенки термоядерных реакторов: во-первых, может уменьшиться проходное сечение каналов с теплоносителем, что изменит тепловой режим работы реактора; во-вторых, может произойти заклинивание пакетов с твэлами с вытекающими отсюда серьезными последствиями; в-третьих, развитие пористости может значительно ухудшить механические и физические свойства конструкционных материалов и ускорить процесс разгерметизации оболочек твэлов. Достигнутые к настоящему времени успехи в изучении явлений вакансионного порообразования и радиационного распухания связаны с работой научных коллективов, возглавлявшихся А.Д. Диссертационное исследование Звягина В.Б. выполнялось в рамках прикладных госбюджетных НИР: Г-7-5.1-91 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1991-1995 гг.), Г-7-23-96 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1996-2000 гг.), Г-7-3-2001 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик материалов различного назначения" (2001-2005г.г.), Г-7-01-06 "Комплексное исследование материалов различного назначения с целью оптимизации их физико-механических и служебных свойств" (2006-2011 гг.).В первой главе "Структурно-физические и конструкторско-технологические аспекты выбора сплавов, их работоспособность и повреждаемость в конструкции атомных энергетических установок" показано, что, несмотря на увеличение объема экспериментов, принятый комплекс исследований недостаточно полно оценивает сопротивляемость изделий разрушению в процессе их эксплуатации. Это обусловлено не только тем, что нейтронное облучение ускоряет процессы ползучести, усиливает временную зависимость длительной прочности, резко снижает кратковременную и длительную пластичность в широком интервале температур, повышает критическую температуру вязко-хрупкого перехода, снижает коррозионную стойкость, вызывает распухание и вакансионное порообразование, но и тем, что в результате протекания (n, a)-и (n, р) - реакций возникают трансмутантные элементы (например, газообразные и легкоплавкие примеси), способствующие проявлению гелиевого и водородного охрупчивания, газового распухания и др. Обобщение и анализ экспериментальных данных позволяют утверждать, что структурные превращения в сталях и сплавах, как обычно указывается, не только усиливаются или индуцируются радиацией, но радиационно-стимулированная диффузия и радиационно-стимулированные и индуцированные распады растворов весьма интенсивно развиваются в указанных материалах и протекают даже при значительно более низких температурах. По сравнению с материалами традиционных энергетических установок конструкционные материалы атомных энергетических установок работают в более сложных условиях, так как нейтронное облучение ускоряет процессы ползучести, усиливает временную зависимость прочности, резко снижает кратковременную и длительную пластичность при умеренных (20-450°С), высоких (500-800°С) и особенно сверхвысоких (выше 800°С) температурах, повышает критическую температуру перехода из хрупкого в вязкое состояние (для ОЦК - и ГПУ - металлов), снижает коррозионную стойкость, а также при накоплении определенной дозы нейтронов вызывает порообразование и радиационное распухание. Этими исследованиями было подтверждено, что аустенитные хромоникелевые стали и сплавы, содержащие 35-60% Ni, обладают высоким сопротивлением радиационному распуханию (DV/V не более 2%)