loader image

Ядролық физика институты

Қазақстан Республикасы Энергетика министрлігі

КМУ 1
Іске асыру мерзімі: 01.2020 – 10.2022
АР08052488 Жоғары дозалы нейтрондық сәулелендіруден кейін реакторлық материалдардың пластикалылығын басқару

Өзектілігі

Аустениттік болаттар – өнеркәсіптік жеңілсулы ядролық реакторлардағы және натрийлік жылутасымалдағышы бар перспективті шапшаң реакторлардағы негізгі конструкциялық материал. Радиациялық сипаттағы ақаулар деформацияның уақытынан бұрын оқшаулануын және бүлінуді туындата отырып, дислокациялардың қозғалысына кедергі келтіреді. Нейтрондық сәулелендіруден кейінгі пластикалылықтың төмендеуі заманауи реакторлардың негізгі үш проблемаларының бірі және бұйымдардың жарамдылық мерзімін мәжбүрлеп шектеудің себебі болып табылады. Бұл ретте, ядролық қондырғылардың экономикалық тиімділігі төмендейді.

Проблеманы шешу үшін жоғары сәулелендірілген материалдардағы жеткіліксіз деформациялық беріктелудің орнын басатындай және уақытынан бұрын оқшаулануға кедергі келтіретіндей материалдың қосымша локалдық беріктелуін  қамтамасыз ету ұсынылады. Локалдық беріктелуге: мартенситтік γ→α’-түрлену, динамикалық деформациялық ескіру және қосарлану нәтижесінде қол жеткізуге болады. Топтың күш-жігері материал параметрлері, деформация, сәулелендірудің күрделі өзара байланыстарын; беріктеуші процестерді және жоғары сәулелендірілген болаттардың пластикалылығын анықтауға бағытталатын болады.

Алынған нәтижелер метатұрақты аустениттік болаттардың нейтрондық сәулелендірілген және деформациясы кезіндегі құрылымдық-фазалық өзгерістерінің табиғатын жақсырақ түсінуге, олардың материалдардың физикалық-механикалық қасиеттеріне және пластикалық ағынның тұрақтылығына әсерін бағалауға және қызмет мерзімін 20 жылға немесе одан да көп уақытқа ұзарту кезінде қолданыстағы реакторлық қондырғылардың конструкциялық болаттарының жұмысқа жарамдылығын дәлірек болжауға мүмкіндік береді.

Мақсаты

Температуралардың -60÷650⁰С ауқымында жоғары сәулелендірілген болаттардың пластикалылығын анықтайтын құрылымның физика-механикалық қасиеттері мен өзгерістерін зерттеу.

Күтілетін нәтижелер

Аустениттік болаттар – AISI304, 12Х18Н10Т, AISI316LN және армко-темір зерттеледі. Механикалық сипаттамалар цифрлық кескіндерді корреляциялау әдісі бойынша локалдық деформацияларды тіркей отырып, бір өсті созылу процесі барысында анықталатын болады. Құрылымдық ерекшеліктері оптикалық және жарықтандырушы электрондық микроскопия, магнитометрия, микроқаттылық және гидростатикалық өлшеу арқылы анықталады.

Механикалық сипаттамалардың сәулелендіру дозасына, сынақтар температурасына, химиялық құрамға қатысты өзара байланысы анықталады. Температуралардың кең ауқымында аустениттік болаттардың беріктігіне және пластикалылығына қосарланудың, деформациялық-индукциялық мартенситтік түрленудің, динамикалық деформациялық ескірудің және қоспалаудың ықпалы талданатын болады. Нәтижесінде әр механизмнің тұрақты деформацияны және жоғары пластикалылықты қамтамасыз ету қабілеті бағаланады.

Қол жеткізілген нәтижелер

ССР-Қ реакторында AISI 304 және 12Х18Н10Т болаттарынан жасалған 180 үлгіге нейтрондық сәулелендіру жүргізілді.

ЖЭМ және РЭМ зерттеулер AISI 316LN негізіндегі модификацияланған болаттар құрылымында таза аустенит басым екенін, χ-фаза мен MnS аз мөлшері болатынын көрсетті. ССР-Қ реакторында нейтрондармен сәулелендіру айтарлықтай құрылымдық өзгерістерге алып келмейді. Жарықтандырушы  микроскопияның көмегімен БН-350 реакторында 304°C температурада 57,6 сна дозасына дейін сәулелендірілген 12Х18Н10Т болатта аустениттік түйіршіктерінің арасында орналасқан және коррозияға төзімділігі төмен ОЦК-қосындылар анықталды. КЦК жасаушы фазасы 300-400°C температурада нейтрондық сәулелендіруден кейін сәулелендірілмеген күйде болаттың магниттелгендігін 0,05 % көлемнен  3-9 %  көлемге дейін ұлғаюына әкеледі. Механикалық сынақтардан кейін AISI 304 сәулелендірілген болаттың құрылымына фрактографиялық және ЖЭМ зерттеулер жүргізілді. Қаптамадағы ақаулар дамыған дислокациялық құрылымға байланысты ажыратылмайтындығы көрсетілген, дислокация тығыздығы деформацияланбаған материалмен салыстырғанда бірнеше есе өсті. Дислокациялық құрылымның түрі анықталды.

Зерттелетін болаттардың сәулелендірілмеген үлгілерінің локалдық деформацияларының магниттелгендігін тіркей отырып, созылуға механикалық сынақтар жүргізілген болатын. Механикалық сипаттамалары, мартенситтік γ→α’-түрлендірудің кинетикалық параметрлері анықталды, материалдардың бастапқы құрылымымен байланысы айқындалды. Зақымдаушы дозаның өсуімен α параметрінің артуы көрсетілген болатын, бұл нейтрондық сәулелендіру нәтижесінде қаптамадағы ақау энергиясының төмендеуін көрсетуі мүмкін.

Динамикалық деформациялық ескіру процесін зерттеу үшін армко-темір және AISI 304 болат үлгілерінің  әртүрлі флюенстеріне дейін нейтрондармен сәулелендірілген локалдық деформацияларды тіркей отырып, бөлме температурасынан 650°C-қа дейінгі температуралар ауқымында механикалық сынақтар жүргізілген болатын. Механикалық сипаттамалары анықталды және олардың сәулелену дозасы мен сынақ температурасына тәуелділігі дәлелденді. Армко-темір мысалында нейтрондық сәулелендіру динамикалық деформациялық ескіру процесін басуға әкелетіні көрсетілген. AISI 304 болаты үшін де осындай әсер байқалды, бірақ оның көріну дәрежесі төмен болды.

Марганец пен азоттың қоспалауының мартенситтік түрленуге AISI 316 болаттың тұрақты пластикалылығына әсерін зерттеді. Локалдық магниттелгендікті тіркей отырып, механикалық сынақтар жүргізілді, жергілікті деформацияларды тарату карталары жасалған және механикалық сипаттамалар анықталған болатын. Азот және марганецпен қоспалау  аустениттік матрицаны нығайтатыны анықталды.

Зерттеу тобы мүшелерінің ТАӘ (лауазымы, дәрежесі), олардың сәйкестендіргіштері  (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID,   егер бар болса) және тиісті бейіндерге сілтемелері

Д.А. Мережко – физика-математика ғылымдарының кандидаты, радиациялық материалтану зертханасының аға ғылыми қызметкері

ORCID ID: 0000-0002-5885-6464;

О.В.Рофман, PhD докторы, радиациялық материалтану зертханасының аға ғылыми қызметкері;

ORCID ID: 0000-0001-5466-9402;

ResearcherID: M-7412-2015

М.С. Мережко, техника және технология магистрі, радиациялық материалтану зертхана меңгерушісінің м.а.;

ORCID ID:0000-0002-8727-4404

М.А.Захаров, техникалық ғылымдар магистрі, радиациялық материалтану зертханасының аға ғылыми қызметкері;

А.М.Такиева, бакалавр, инженер;

А.В.Киреев, инженер, УКП 2-1 .үдеткішінің бастығы;

А.Г.Васильцов, инженер, магистрант.

Жарияланымдар (оларға сілтемелермен) және патенттер тізімі

  1. Rofman O.V., Prosviryakov A.S., Kotov A.D., Bazlov A.L., milovich P.O., Karunakaran G., Mikhaylovskaya A.V. Fabrication of AA2024/SiCp Metal Matrix Composite by Mechanical Alloying // Metals and Materials International. – 2021 (DOI: 10.1007/s12540-020-00924-1, Q1/Q2, IF=3,642)
  2. Максимкин О.П., Мережко Д.А., Мережко М.С., Сарсенбаева К.Б. Формирование пластичных свойств высокооблученной нейтронами стали 12Х18Н10Т //Вопросы атомной науки и техники. – №2(132). – С.66-73. (doi:10.46813/2021-132-066 (Nuclearscience & technology – Q4, IF=0,136)
  3. Мережко М.С., Мережко Д.А. Максимкин О.П. Локализация пластической деформации в цилиндрических образцах меди и аустенитных сталей 12Х18Н10Т и AISI 304, облученных нейтронами // III Международный научный форум «Ядерная наука и технологии» посвященный 30-ти летию независимости Республики Казахстан, с.127.
  4. Мережко Д.А., Мережко М.С., Рофман О.В., Gussev M.N., Garner F.A. «Фазовая нестабильность в облученной высокоэнергетическими частицами стали 12Х18Н10Т // III Международный научный форум «Ядерная наука и технологии» посвященный 30-ти летию независимости Республики Казахстан, с.139.
  5. Мережко М. С., Мережко Д. А., Цай К. В. «Особенности формирования механических свойств в процессе среднетемпературной пластической деформации облученного нейтронами армко-железа» // ФММ. 2022 – Т. 123, № 2, С. 207-213

Ядролық физика институты

Қазақстан Республикасы Энергетика министрлігі

Байланыс

eskort eskişehir - mersin eskort - adana eskort