Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Фазовые превращения в малоактивируемой хромомарганцевой аустенитной стали в условиях длительного старения

И. Ю. Литовченко, С. А. Аккузин, Н. А. Полехина, К. В. Спиридонова, В. В. Осипова

Аннотация


Исследованы структурно-фазовые превращения в малоактивируемой аустенитной Cr – Mn-стали в условиях длительного старения (500 ч) при 700 °C в закаленном и холоднокатанном состояниях. Проведен структурный анализ стали методами рентгеновской дифрактометрии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Определены механические свойства стали в разных состояниях. Показано, что после старения в стали выделяются частицы карбидов M23C6 по границам зерен и микродвойников, а также внутри зерен на элементах дефектной микроструктуры и дисперсных частицах карбидов MC. После старения прочностные свойства стали снижаются. В структуре холоднокатанной стали после старения обнаружены частицы s-фазы (FeCrMn), что вызывает снижение относительного удлинения до 7 % при испытаниях на растяжение при комнатной температуре. На фрактограммах появляются элементы хрупкого разрушения, связанные с s-фазой, которые частично сохраняются и при повышенных температурах испытания (600 – 700 °C). Обсуждены возможности корректировки химического состава и режимов обработки новых малоактивируемых аустенитных сталей для предотвращения образования в их структуре s-фазы в процессе длительного старения в интервале рабочих температур (650 – 700 °C).


Ключевые слова


малоактивируемые хромомарганцевые аустенитные стали; длительное старение; электронная микроскопия; микроструктура; дисперсные частицы; s-фаза; механические свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Патент РФ 2068022. МПК C22C38/58. Аустенитная сталь / Н. М. Митрофанова, М. Г. Боголепов, Ф. Г. Решетников и др. Опубликовано 20.10.1996. 9 с.

Патент РФ 127235, МПК G21C 3/06 (2006.01). ТВЭЛ реактора на быстрых нейтронах / Н. М. Митрофанова, М. В. Леонтьева-Смирнова, Ю. А. Иванов и др. Опубл. 20.04.2013 // Бюл. № 11. 6 с.

Was G. S., Petti D., Ukai S., Zinkle S. Materials for future nuclear energy systems // J. Nucl. Mater. 2019. V. 527. Art. 151837. DOI: 10/1016/j.jnucmat.2019.151837

Pascal Y. Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors. Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2017. 664 p. DOI: 10.1016/C2014-0-03589-7

Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. 720 с.

Иванов Л. И., Платов Ю. М. Радиационная физика металлов и ее приложения. М.: Интерконтакт Наука, 2002. 300 с.

Блохин А. И., Чернов В. М. Ядерно-физические свойства аустенитных никелевых и марганцевых сталей при нейтронных облучениях в ядерных реакторах деления (быстрых) и синтеза // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2020. Т. 43, № 3. С. 11 – 23. DOI: 10.21517/0202-3822-2020-43-3-11-23

Демина Е. В., Рощин В. В., Прусакова М. Д. и др. Малоактивируемые аустенитные Fe – Cr – Mn стали атомной энергетики // Перспективные материалы. 2009. № 4. С. 43 – 53.

Klueh R. L., Gelles D. S., Okada M., Packan N. H. Reduced Activation Materials for Fusion Reactors. Philadelphia, PA, USA: ASTM, 1990. 253 p.

Klueh R. L., Maziasz P. J. Tensile and microstructural behavior of solute-modified manganese-stabilized austenitic steels // Mater. Sci. Eng. A. 1990. V. 127. P. 17 – 31. DOI: 10.1016/0921-5093(90)90185-6

Klueh R. L., Maziasz P. J., Lee E. H. Manganese as an austenite stabilizer in Fe – Cr – Mn – C steels // Mater. Sci. Eng. A. 1988. V. 102. P. 115 – 124.

Klueh R. L. Tensile behavior of irradiated manganese-stabilized stainless steels // J. Nucl. Mater. 1996. V. 233 – 237. P. 197 – 201.

Демина Е. В., Иванов Л. И., Платов Ю. М. и др. Радиационная ползучесть и фазовая нестабильность малоактивируемой аустенитной стали 12Cr – 20Mn – W при нейтронном облучении в быстром реакторе FFTF // Перспективные материалы. 2011. № 1. С. 29 – 33.

Onozuka M., Saida T., Hirai S. et al. Low-activation Mn – Cr austenitic stainless steel with further reduced content of long-lived radioactive elements // J. Nucl. Mater. 1998. V. 255. P. 128 – 138. DOI: 10.1016/S0022-3115(98)00031-2

Kohyama A., Hishinuma A., Kohno Y. et al. The development of low activation ferritic steels for Fusion application // Science reports of the research institutes. 1997. V. 45. P. 137 – 141.

Suzuki Y., Saida T., Kudough F. Low activation austenitic Mn-steel for in-vessel fusion materials // J. Nucl. Mater. 1998. V. 258 – 263. P. 1687 – 1693.

Litovchenko I., Akkuzin S., Polekhina N. et al. The microstructure and tensile properties of new high-manganese low-activation austenitic steel // Metals. 2022. V. 12. Art. 2106. DOI: 10.3390/met12122106

Litovchenko I., Akkuzin S., Polekhina N. et al. Microstructure features and mechanical properties of modified low-activation austenitic steel in the temperature range of 20 to 750 °C // Metals. 2023. V. 13. Art. 2015. DOI: 10.3390/met13122015

Polekhina N. A., Litovchenko I. Yu., Akkuzin S. A. et al. The effect of annealing on microstructure and microhardness of low-activation high-manganese austenitic steel // Lett. Mater. 2024. V. 14, Is. 1. P. 51 – 56. DOI: 10.48612/letters/ 2024-1-51-56

Litovchenko I. Yu., Akkuzin S. A., Polekhina N. A. et al. Microstructure and mechanical properties of low-activation austenitic steel after high-temperature annealing // Lett. Mater. 2023. Is. 4. P. 390 – 396. DOI: 10.22226/2410-3535- 2023-4-390-396

Ren W., Wang L. Precipitation behavior of M23C6 in high nitrogen austenitic heat-resistant steel // J. Alloys Compd. 2022. V. 905. Art. 164013. DOI: 10.1016/j.jallcom. 2022.164013

Beckitt F. R., Clark B. R. The shape and mechanism of formation of M23C6 carbide in austenite // Acta Metallurgica. 1967. V. 15. P. 113 – 129.

Chen G., Rahimi R., Harwarth M. et al. Non-cube-on-cube orientation relationship between M23C6 and austenite in an austenitic stainless steel // Scr. Mater. 2022. V. 213. Art. 114597. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2022.114597

Terao N., Sasmal B. Precipitation of M23C6 type carbide on twin boundaries in austenitic stainless steels // Metallography. 1980. V. 13, No. 2. P. 117 – 133. DOI: 10.1016/0026- 0800(80)90010-5

Abe F., Araki H., Noda T. Discontinuous precipitation of s-phase during recrystallization in cold rolled Fe – 10Cr – 30Mn austenite // Mater. Sci. Technol. 1988. V. 4. P. 885 – 893.

Padilha A. F., Rios P. R. Decomposition of austenite in austenitic stainless steels // ISIJ Int. 2002. V. 42, Is. 4. P. 325 – 337.

JMatPro. Version 7.0. Practical Software for Materials Properties. Available online: https://www.sentesoftware.co.uk/ jmatpro (accessed on 30 December 2021).




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.2.23-33

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025