Ростова Г. Ю. Механізми впливу термомеханічної обробки на радіаційну стійкість, ерозійні та механічні властивості конструкційних матеріалів

Ростова Г. Ю. Механізми впливу термомеханічної обробки на радіаційну стійкість, ерозійні та механічні властивості конструкційних матеріалів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 104– Фізика та астрономія (Галузь знань 10 – Природничі науки).– Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» Національної академії наук України, Харків, 2024. Дисертаційна робота присвячена модифікації структури конструкційних реакторних матеріалів із застосуванням термомеханічної обробки та встановленню кореляції між їх структурою та механічними, радіаційними властивостями і стійкістю до кавітаційної ерозії. Розділ 1 присвячено огляду літератури по темі дисертації. Розглянуто типи та експлуатаційні характеристики реакторів Gen-IV, наведені сучасні та перспективні конструкційні матеріали для реакторів майбутніх поколінь, їхні структурні характеристики та вплив легуючих елементів для кожного типу матеріалів на структурно-фазовий стан та властивості. Відображено актуальні питання радіаційного матеріалознавства. На основі досліджених джерел сформульовано задачі роботи. У другому розділі представлено досліджувані матеріали, методи дослідження та експериментальне обладнання, використані в дисертаційній роботі. Матеріалами досліджень були – феритно-мартенситні сталі T91 та Eurofer97, аустенітний Cr-Ni-Mo сплав 42ХНМ і аустенітна сталь 08Х18Н10Т. Наведено методику проведення інтенсивної пластичної деформації та режимів температурної обробки. Хімічний склад матеріалів вивчався методами рентгенофлуоресцентного аналізу та EDX, структура досліджувалась за допомогою оптичної, сканувальної, трансмісійної мікроскопії та рентгенструктурним аналізом. Механічні властивості включали визначення мікротвердості, умовної межі плинності, межі міцності та відносного подовження при розтягуванні. Також розглянуті методики проведення випробувань для визначення кавітаційної та радіаційної стійкості досліджуваних матеріалів. У третьому розділі наведені результати досліджень структури та механічних властивостей сталі Т91 в вихідному стані та після термомеханічної обробки (ТМО) в різних температурних інтервалах. Використання інтенсивної пластичної деформації методом багаторазового «осаджування-видавлювання» дозволило модифікувати структуру сталі Т91 та сформувати ультрадрібнозернистий стан, а також досягти високої щільності нанорозмірних карбідів типу МХ. Були визначені температури стабільності наноструктури для кожного мікроструктурного стану. Оптимальним є відпускання при 550 °C протягом 25 годин для формування найбільшої щільності рівномірно розподілених нанорозмірних карбідних виділень. Застосування термомеханічної обробки за розробленими режимами дозволило підвищити характеристики міцності сталі Т91 у 2 рази. Розділ 4 присвячений результатам досліджень розвитку поруватої структури після опромінення сталі Т91 у різних структурних станах. Встановлено, що сталь Т91 має високу радіаційну стійкість, яка обумовлена особливостями мікроструктури цієї сталі, яка складається з цілого комплексу ефективних стоків точкових дефектів – наноструктурного стану матеріалу, високої щільності дислокацій та нанорозмірних карбідних виділень. Розпухання у феритній структурі становить 0.65% порівняно з 0.26% для мартенситної структури та 0.12% для ферито-мартенситної, що підтверджує вплив структурно-фазового стану сталі Т91 на її розпухання. Така різниця пов’язана з наявністю великої кількості стоків точкових дефектів (границі ламелей, зерен та субзерен; висока щільність дислокацій та когерентних нанорозмірних виділень) у більш складній ферито-мартенситній мікроструктурі та мартенситі. У п’ятому розділі представлені результати дослідження кавітаційної стійкості ферито-мартенситних сталей Т91 і Eurofer 97 та аустенітних сплавів 42ХНМ та 08Х18Н10Т. Встановлено, що найбільшу стійкість до кавітаційного зношування мають сталь Т91 та сплав 42ХНМ. Їхня переважаюча кавітаційна стійкість обумовлена оптимальним композиційним складом, особливостями мікроструктури та високими значеннями твердості. Визначено, що ерозійна стійкість аустенітної сталі 08Х18Н10Т пов’язана із деформаційно-індукованим фазовим перетворенням аустеніту в мартенсит, яке призводить до зміцнення поверхні під час дії кавітації та підвищує стійкість до ерозії. Невисока стійкість до зношування сталі Eurofer 97 обумовлена глобулярною структурою цієї сталі, наявністю карбідів великих розмірів та відсутність в її складі легуючих елементів, таких як Mo та Nb, які обумовлюють підвищення кавітаційної стійкості.