Микростуктура изломов после сжатия в радиальном направлении кольцевых образцов из оболочечной аустенитной стали, облученной до повреждающей дозы более 100 сна

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены кратковременные механические испытания кольцевых образцов, изготовленных из участка оболочки тепловыделяющего элемента (твэла), облученного в реакторе БН-600 до повреждающей дозы более 100 сна. Образцы сжимали в радиальном направлении при разной температуре и записывали экспериментальные диаграммы, которые сопровождались анализом напряженно-деформированного состояния. После испытания исследовали характер разрушения и микроструктуру поверхности изломов. Показано, что разрушение образцов на микроуровне происходит вязко транскристаллитно, наблюдаются участки разрушения по характерным структурным элементам холодно-деформированной аустенитной стали, вдоль и поперек пакетов двойников деформации. В общем, разрушение происходит с сильной локализацией деформации на различных видах сформировавшихся дефектов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. П. Карагерги

АО Институт реакторных материалов

Автор, ответственный за переписку.
Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, а/я 29, Заречный, Свердловская обл., 624250

А. В. Козлов

АО Институт реакторных материалов

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, а/я 29, Заречный, Свердловская обл., 624250

В. Ю. Ярков

АО Институт реакторных материалов

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, а/я 29, Заречный, Свердловская обл., 624250

В. И. Пастухов

АО Институт реакторных материалов

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, а/я 29, Заречный, Свердловская обл., 624250

С. В. Барсанова

АО Институт реакторных материалов

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, а/я 29, Заречный, Свердловская обл., 624250

Т. А. Чурюмова

АО Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара»

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, ул. Рогова, 5а, Москва, 123098

Н. М. Митрофанова

АО Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара»

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, ул. Рогова, 5а, Москва, 123098

М. В. Леонтьева-Смирнова

АО Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара»

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Россия, ул. Рогова, 5а, Москва, 123098

Список литературы

  1. Поролло С.И., Конобеев Ю.В, Шулепин С.В. Анализ поведения оболочек твэлов БН-600 из стали 0Х16Н15М3БР при высоком выгорании топлива // Ат. Энерг. 2009. Т. 106. № 4. С. 188–194.
  2. Баканов М.В., Мальцев В.В., Ошканов Н.Н., Чуев В.В. Основные результаты контроля работоспособности твэлов с оболочками из аустенитных сталей нового поколения // Изв. Вузов. Яд. Энерг. 2011. № 1. С. 187–195.
  3. Митрофанова Н.М., Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П., Иолтуховский А.Г., Леонтьева-Смирнова М.В., Решетников Ф.Г., Бибилашвили Ю.К., Шкабура И.А., Иванов Ю.А. Конструкционные материалы для оболочек твэлов и чехлов реактора БН-600 // Изв. Вузов. Яд. Энерг. 2011. № 1. С. 211–223.
  4. Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П., Иолтуховский А.Г., Митрофанова Н.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Шкабура И.А., Забудько Л.М., Козлов А.В., Мальцев В.В., Повстянко А.В. Разработка конструкционной стали для твэлов и ТВС быстрых натриевых реакторов // Ат. Энерг. 2010. Т. 108. № 4. С. 217–222.
  5. Митрофанова Н.М., Чурюмова Т.А. Сталь ЭК164 – конструкционный материал оболочек твэлов реакторов БН // ВАНТ. 2019. № 2(98). С. 100–109.
  6. Аккузин С.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Чернов В.М. Микроструктура и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 после термических обработок // Изв. вузов 2019. Т. 62. № 4. С. 125–130.
  7. Аккузин С.А., Литовченко И.Ю. Влияние температуры пластической деформации на микроструктуру и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 // Вектор науки ТГУ. 2020. № 2. С. 7–14.
  8. Пастухов В.И., Панченко В.Л., Портных И.А., Аверин С.А., Козлов А.В. Неоднородность радиационной пористости оболочки твэла из аустенитной стали Х16Н19М2Г2БТФПР // ВАНТ. 2018. 5(96). С. 13–22.
  9. Козлов А.В. Действие нейтронного облучения на металлы при различных температурах и возможность самоорганизации протекающих при этом процессов // Физ. Элементарных частиц и ат. ядра. 2006. Т. 37. № 4. С. 1110–1150.
  10. Козлов А.В. Радиационные дефекты в аустенитных сталях при нейтронном облучении и их влияние на физико-механические свойства // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 1. С. 196–210.
  11. Козлов А.В., Портных И.А., Пастухов В.И. Миграция точечных дефектов в поле градиента температуры // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 415–422.
  12. Портных И.А., Козлов А.В. Сравнительные исследования пористости, сформировавшейся в материале оболочек твэлов из стали ЧС-68, изготовленных по технологии ПНТЗ и усовершенствованной технологии МСЗ, после эксплуатации в реакторе БН-600 // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 1. С. 231–239.
  13. Высокотемпературные механические свойства коррозионностойкой стали для атомной техники: Труды конференции. Пер. с англ. Под ред. С.Б. Масленикова. М.: Металлургия, 1987. 480 с.
  14. Hamilton M.L., Fan-Hsiang Huang, Walter J.S. Yang, and Garner F.A. Mechanical Properties and Fracture Behavior of 20% Cold-Worked 316 Stainless Steel Irradiated to Very High Neutron Exposures // Influence of Radiation in Material Properties: 13th International Symposium (Part II), ASTM STP 956. 1987. P. 245–270.
  15. Козлов А.В. Зависимость концентрации точечных дефектов в аустенитной стали ЧС-68 от скорости их генерации и температуры при нейтронном облучении // ФММ. 2009. Т. 107. № 6. С. 574–581.
  16. Karagergi R.P., Evseev M.V., Kozlov A.V. Distribution of plastic deformation along the perimeter of circular specimen of thin-wall fuel-element cladding during its expansion // Mat. Phys. and Mech. 2021. Т. 47. № 1. P. 74–88.
  17. Herb J., Sievers J., Sonnenburg H. A new cladding embrittlement criterion derived from ring compression tests // Nucl. Eng. Design. 2014. № 273. P. 615–630.
  18. Martin-Rengel M.A., Gomez Sanchez F.J., Ruiz-Hervias J., Caballero L. Determination of the hoop fracture properties of unirradiated hydrogen-charged nuclear fuel cladding from ring compression tests // JNM. 2013. V. 436. P. 123–129.
  19. Desquines J., Guilbert S. Effect of an oxide layer on the result of a ring compression test on a fuel cladding sample after a simulated LOCA transient // Top fuel Proc. Prague, Czech Republic, 2018.
  20. Аверин С.А., Сафонов В.А., Солонин М.И. Физические аспекты разрушения оболочек твэлов ядерных реакторов // ВАНТ. 1990. № 3(54). С. 62–68.
  21. Сафонов В.А., Аверин С.А. Основные закономерности поведения аустенитных нержавеющих сталей под воздействием нагрузок, среды и облучения // ВАНТ. 2007. № 1(68–69). С. 90–160.
  22. Коновалов А.В., Партин А.С. “Программа конечно-элементного моделирования растяжения овального образца на полуцилиндрических опорах” / Екатеринбург. ИМАШ УрО РАН. Свид. № 2020612158. 2020.
  23. Kozlov A.V., Portnykh I.A.,, Skryabin L.A., Kinev E.A. Temperature effect on characteristics of void population formed in austenitic steel under neutron irradiation up to high doze // JNM. 2002. № 307–311. P. 956–960.
  24. Козлов А.В., Портных И.А., Брюшкова С.В., Кинев Е.А. Влияние вакансионной пористости на прочностные характеристики аустенитной стали ЧС-68 // ФММ. 2003. Т. 95. № 4. С. 87–97.
  25. Чуев В.В., Митюрев К.В., Коновалов В.В. Выявление факторов ускоренного накопления повреждений в оболочках твэлов, облученных в реакторе БН-600, неразрушающими методами контроля // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 2. С. 171–180.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема испытания кольцевого образца на радиальное сжатие.

Скачать (57KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментальные диаграммы испытания кольцевых образцов № 1 и № 2.

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальные диаграммы испытания кольцевых образцов № 3 и № 4.

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кольцевой образец № 3 после испытания.

Скачать (166KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кольцевой образец № 4 после испытания.

Скачать (181KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кольцевой образец № 1 после испытания.

Скачать (123KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Поверхность излома образца № 4, видны язычки и гребни отрыва, свидетельствующие о вязком характере разрушения.

Скачать (311KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Поверхность излома образца № 1.

Скачать (375KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Поверхность излома образца № 2.

Скачать (351KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Типичные картограммы распределения нормальных напряжений sxx, syy и деформации e при расчете конечно- элементной модели кольцевого образца при радиальном сжатии.

Скачать (200KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Радиационная пористость в теле зерна (а) и двойниках деформации (б), показанная на поверхности шлифованного образца из центрального участка оболочки твэла после облучения свыше 100 сна.

Скачать (595KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Схемы транскристаллитного разрушения при механических испытаниях на радиальное сжатие кольцевых образцов стали 07Х16Н19М2Г2БТР, облученной до повреждающей дозы более 100 сна.

Скачать (517KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Локальный участок излома с высокой плотностью двойников деформации, по которым произошло разрушение.

Скачать (279KB)
Метаданные