Оценка упрочнения оболочек твэлов из стали ЭП823-Ш после нейтронного облучения в реакторах БН-600 и БОР-60

В работе проведена количественная оценка радиационного упрочнения ферритно-мартенситной стали ЭП823-Ш (16Х12МВСФБР-Ш) после облучения в реакторах БН-600 и БОР-60 в диапазоне температур 315-440 °С и повреждающих доз до 120 сна. На основе данных просвечивающей электронной микроскопии выполнен количественный анализ параметров микроструктуры, радиационных дислокационных петель и наноразмерных выделений типа Me–Ni–Si.  С использованием моделей дисперсионного барьерного упрочнения проведён расчёт вкладов различных механизмов в предел текучести материала, включая дислокационное, дисперсионное, твердорастворное и субструктурное упрочнение. Установлено, что основной вклад в упрочнение вносят радиационно-индуцированные частицы и дислокационные петли, тогда как вклад твердорастворного и субструктурного механизмов слабо зависит от дозы облучения. Показано, что расчётные значения предела текучести хорошо согласуются с экспериментальными данными по механическим испытаниям на растяжение сегментных образцов, вырезанных из облученных оболочек твэлов. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования радиационной стойкости ферритно-мартенситных сталей в условиях эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах.

1. Григорьев Е.Г., Перлович Ю.А., Соловьев Г.И., Удовский А.Л., Якушин В.Л. Физическое материаловедение: учебник для вузов: В 6 т. / Под общей ред. Б.А. Калина. Т. 4. Физические основы прочности. Радиационная физика твёрдого тела. Компьютерное моделирование. М.: МИФИ, 2008. 696 с.

2. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: Наукова думка, 1975. 296 с.

3. Алмаева К.В., Литовченко И.Ю., Полехина Н.А., Линник В.В. Механизмы упрочнения 12%-ой хромистой ферритно-мартенситной стали ЭП-823 // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2022. Т. 65. № 12. С. 887–894.

4. Lucas G.E. Effects of radiation on the mechanical properties of structural materials // Journal of Nuclear Materials, 1994. V.216. P. 322–325. DOI: 10.1016/0022-3115(94)90018-3.

5. Hall E.O. The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion of Results // Proceedings of the Physical Society. Section B, 1951. V. 64. № 9. P.747–753. DOI: 10.1088/0370-1301/64/9/303.

6. Petch N.J. The Cleavage Strength of Polycrystals // Journal of the Iron and Steel Institute, 1953. V. 174. P. 25–28.

7. Dieter G.E. Mechanical Metallurgy. London: McGraw‑Hill, 1988. 751 p.

8. Keh A.S. Work hardening and deformation sub-structure in iron single crystals deformed in tension at 298 °K // Philosophical Magazine, 1965. V. 12. № 115. P. 9–30.

9. Lapointe, A. J. Microstructure and strength of continuously cooled low alloy vanadium and niobium steels: dissertation Doctor of Philosophy. Glasgow: University of Strathclyde, 1975. 250 p.

10. Keh A.S. Dislocation Arrangement in Alpha Iron during Deformation and Recovery // Direct Observations of Imperfections in Crystals: Proceedings of a Technical Conference / eds. Newkirk J.B., Wernick J.H. New York: Interscience, 1962. P. 213–233.

11. Young C.H., Bhadeshia H.K.D.H. Strength of mixtures of bainite and martensite // Materials Science and Technology, 1994. V.10. № 3. P.209–214. DOI: 10.1179/mst.1994.10.3.209.

12. Lacy C.E., Gensamer M. The tensile properties of alloyed ferrites // Transactions of the American Society for Metals, 1944. V. 32. P. 88–105.

13. Smith D.W., Hehemann R.F. Influence of structural parameters on the yield strength of tempered martensite and lower bainite // Journal of the Iron and Steel Institute, 1971. V. 209, № 6. P. 476–481.

14. Li Q. Modeling the microstructure-mechanical property relationship for a 12Cr-2W-V-Mo-Ni power plant steel // Materials Science and Engineering: A, 2003. V. 361. № 1–2. P. 385–391.

15. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов: учебник для вузов. 3‑е изд., перераб. и доп. М.: МИСИС, 1998. 400 с.

16. Моляров А.В. Термическая обработка, структура и жаропрочность ферритно‑мартенситных сталей с 12 % хрома: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2017. 183 с.

17. Bhattacharya A., Zinkle S.J., Henry J., Levine S.M., Edmondson P.D., Gilbert M.R., Tanigawa H., Kessel C.E. Irradiation damage concurrent challenges with RAFM and ODS steels for fusion reactor first-wall/blanket: a review // Journal of Physics: Energy, 2022. V. 4. № 3. P. 034003.