Эволюция микроструктуры стали типа Cr16–Ni19 при облучении в зоне малого обогащения реактора на быстрых нейтронах. Влияние условий нейтронного облучения на структурно-фазовое состояние

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведены микроструктурные исследования образцов, изготовленных из различных участков оболочек твэлов, после облучения в зоне малого обогащения реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем до повреждающих доз свыше 100 сна. На разных участках скорость генерации атомных смещений изменялась от 0.5∙10–8 до 1.6∙10–6 сна/с, температура облучения — от 370 до 630°С. Исследовано структурно-фазовое состояние образцов оболочек, показана эволюция состава и морфологии выделений вторых фаз и аустенитной матрицы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Панченко

АО “Институт реакторных материалов”

Автор, ответственный за переписку.
Email: panchenko_vl@irmatom.ru
Россия, г. Заречный, а/я 29, Свердловской обл., 624250

И. А. Портных

АО “Институт реакторных материалов”

Email: panchenko_vl@irmatom.ru
Россия, г. Заречный, а/я 29, Свердловской обл., 624250

А. Е. Устинов

АО “Институт реакторных материалов”

Email: panchenko_vl@irmatom.ru
Россия, г. Заречный, а/я 29, Свердловской обл., 624250

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 // Атомная энергия. 2009. Т. 106. № 4. С. 188–194.
  2. 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 // Атомная энергия. 2010. Т. 108. № 4. С. 217–221.
  3. Митрофанова Н.М., Чурюмова Т.А. Сталь ЭК164 – конструкционный материал оболочек твэлов реакторов БН // ВАНТ. 2019. № 2(98). С. 100–109.
  4. Портных И.А., Панченко В.Л. Характеристики радиационной пористости и структурно-фазового состояния реакторной аустенитной стали 07С–16Cr–19Mo–2Мо–2Mn–Ti–Si–V–P–B после нейтронного облучения при температурах 440–600С до повреждающих доз 36–94 сна // ФММ. 2016. Т. 117. № 6. С. 632–644.
  5. Yakoubovsky K., Mitsuishi K., Nakayama Y., Furuya K. Thickness measurements with electron energy loss spectroscopy // Microsc. Res. Tech. 2008. V. 71. № 8. P. 626–631.
  6. Zhang H.-R., Egerton R.F., Malac M. Local thickness measurement through scattering contrast and electron energy-loss spectroscopy // Micron. 2012. V. 43. № 1. P. 8–15.
  7. Hamada S., Suzuki M., Maziasz P.J., Hishinuma A., and Tanaka M.P. The Microstructural Evolution and Swelling Behavior of Type 316 Stainless Steel Irradiated in HFIR // Effects of Radiation on Materials: 14th International Symposium. Volume 1/ ASTM STP 1046. N.H. Packan, R.E. Stoller, and A.S. Kumar Eds. American Society for Testing and Materials. Philadelphia. 1989. P. 172–184.
  8. Морозова Г.И. Феномен γ΄-фазы в жаропрочных никелевых сплавах // ДАН. СССР. 1992. Т. 325. № 6. С. 1193–1197.
  9. Белов Н.В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз. М.: Из-во АНСССР, 1947. 237 с.
  10. http://iprc2010.niiar.ru/sites/default/files/safety20/43_churyumova_t.a._russkiy_niiar.ppt. http://vniinm.ru/materialy-konferentsiy/молодежная конференция 2021/09. Чурюмова Т.А. (АО ВНИИНМ) 23.06.2021.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура стали Cr16–Ni19 х.д. в исходном (необлученном) состоянии: (а) ячеистая дислокационная структура; (б–г) сегрегации Cr, Mo, Ti на межзеренной границе (отмечена черными стрелками); (д) – профиль распределения Cr, Ni, Mo, Ti через границу зерен (штриховая линия).

Скачать (936KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дислокационная структура стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения, Тобл ~ 370°С, G ~ 1.1 ∙ 10–8 сна/с: (а) относительно однородная сетка дислокаций; (б) полосчатый контраст на петлях Франка с дефектом упаковки, темнопольное STEM-изображение.

Скачать (226KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РИС на границе зерен и дислокациях в стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения при температуре ~ 370°С: (а, в, д) соответственно участок межзеренной границы (темнопольное STEM-изображение), смешанная карта и профиль распределения Cr, Мо, Ni, Si через границу (положение границы отмечено штриховой линией на диаграмме), G ~ 1.1 ∙ 10–8 сна/с; (б, г, е) соответственно лес дислокаций (светлопольное STEM-изображение), смешанная карта и профиль распределения Si, Ni, Cr через петлю Франка и дислокацию (штриховая и пунктирная линии на диаграмме) в объеме зерна, G ~ 0.6 ∙ 10-8 сна/с.

Скачать (961KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морфология интерметаллидов в объеме зерен в стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения, Тобл. ~ 450°С, G ~ 1.3 ∙ 10–6 сна/с: (а) контраст типа “кофейного зерна” на когерентных выделениях γ'- фазы; (б) выделения G-фазы на вакансионных порах; (в, г) прямое разрешение решетки аустенита и соответствующее ФП с расшифровкой; (д, е) прямое разрешение решетки на частице γ' и соответствующее ФП с расшифровкой, видны запрещенные для ГЦК-решетки рефлексы (в круглых скобках); (ж, и) прямое разрешение решетки в окрестности межфазной границы и соответствующее ФП с расшифровкой, плоскости {022} G-фазы параллельны плоскостям {111} аустенита.

Скачать (808KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Выделения вторых фаз и РИС в объеме зерен в стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения, Тобл ~ 450°С, G ~ 1.3 ∙ 10–6 сна/с: (а) участок зерна с выделениями вторых фаз, светлопольное STEM-изображение; (б, в) частицы γ- и G-фазы на картах распределения Ni и Si; (г–е) τ-карбиды (М23С6) на картах распределения Cr, Mo и V.

Скачать (801KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Выделения вторых фаз и РИС на границе зерен в стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения, Тобл ~ 450°С, G ~ 1.3 ∙ 10–6 сна/с: (а) участок межзеренной границы с выделениями вторых фаз, темнопольное STEM изображение; (б) зерноганичная частица τ-карбида на карте распределения Cr; (в, г) частицы G-фазы и тонкая линия РИС по межзеренной границе на картах распределения Ni и Si; (д, е) РИС Ti и P в выделениях вторых фаз.

Скачать (800KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Формирование вторых фаз и сегрегаций на периферии первичного карбонитрида в стали Cr16–Ni19 х.д. после облучения, Тобл ~ 450°С, G ~ 1.4 ∙ 10–6 сна/с: (а) темнопольное STEM-изображение; (б–з) карты распределения Ti, Cr, Ni, Mo, Si, V, P соответственно на анализируемом участке фольги.

Скачать (963KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Идентификация фаз, сформировавшихся на первичном карбиде (рис. 7) в стали Cr16–Ni19 х.д., методом прямого разрешения кристаллической решетки, Тобл ~ 450°С, G ~ 1.3 ∙ 10–6 сна/с: (а, б) прямое разрешение решетки в окрестности межфазной границы первичный карбид-интерметаллид и соответствующее ФП с расшифровкой; (в, г) прямое разрешение решетки на карбиде М23С6 и соответствующее ФП с расшифровкой.

Скачать (520KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Микроструктура стали типа Cr16–Ni19 х.д., характерная для среднетемпературного диапазона облучения, Тобл ~ (490–550)°С, G ~ (1.5–1.6) ∙ 10–6 сна/с: (а) изгибы границ зерен, обусловленные локальной миграцией; (б) приграничная область с малоугловой разориентировкой и пониженной плотностью дислокаций ограничена справа дислокационной стенкой; (в) межзеренная граница с цепочкой выделений вторых фаз; (г) частицы τ-карбидов и G-фазы призматической формы.

Скачать (452KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Фосфиды в объеме зерен стали типа Cr16–Ni19 х.д., Тобл ~ 490°С, G ~ 1.5 ∙ 10–6 сна/с: (а, б) светлопольное STEM-изображение и карта распределения фосфора на анализируемом участке; (в, г) ПЭМ ВР и соответствующее ФП с расшифровкой на одной из частиц фосфида типа М2Р (ГПУ, а ~ 0.587 нм, с ~ 0.346 нм).

Скачать (533KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Морфология конгломератов частиц карбид-интерметаллид в структуре стали типа Cr16–Ni19 х.д. из среднетемпературного диапазона, Тобл ~ 525°С, G ~ 1.6 ∙ 10–6 сна/с: (а, б) светлопольное STEM-изображение и соответствующая составная карта распределения Cr и Ni; (в–г) ПЭМ ВР на частицах конгломерата, отмеченного стрелкой (б), и соответствующие ФП с идентификацией рефлексов решеток карбида (д) и интерметаллида (е).

Скачать (733KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Ячеистая дислокационная структура стали типа Cr16–Ni19 х.д., характерная для высокотемпературного диапазона облучения, Тобл. ~ 590°С, G ~ 0.6 ∙ 10–6 сна/с: (а) светлопольное STEM-изображение тройного стыка зерен, видны полигонизационные дислокационные стенки; (б) карта распределения никеля на исследованном участке, РИС на границах зерен, дислокациях и малоугловых дислокационных границах.

Скачать (985KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Морфология выделений в стали типа Cr16–Ni19 х.д., характерная для нижнего края высокотемпературного диапазона облучения, Тобл. ~ 570°С, G ~ 1.3 ∙ 10–6 сна/с: (а) светлопольное STEM-изображение, отмечены выделения τ-карбида, фосфиды М2Р и петли Франка (ДУ); (б–г) карты распределения Cr, Ni, Ti. Отмечены мелкодисперсные частицы Ni3Ti и G-фазы в конгломератах с τ-карбидами; (д, е) профили распределения элементов Cr, Ni, Si, Mo, Ti, P через трехслойный конгломерат τ + G + τ и фосфид М2Р, обогащенный Si и Ti.

Скачать (906KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Выделения мелкодисперсных TiС в стали типа Cr16–Ni19 х.д., Тобл ~ 630°С, G ~ 0.6 ∙ 10–6 сна/с: (а) морфология мелкодисперсных карбидов; (б) профиль распределения элементов Ti, C, Ni, Si через частицу вторичного карбида титана; (в, г) ПЭМ ВР и соответствующее ФП с расшифровкой, полученные на частице когерентного карбида. Идентифицированные рефлексы принадлежат оси зоны [–1 –1 0] аустенитной матрицы, кружками обведены соответствующие рефлексы TiС с параметром решетки а ~ 0.433 нм.

Скачать (513KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Фаза Лавеса в стали типа Cr16–Ni19 х.д. в области максимальных температур облучения, Тобл ~ (625–630)°С, G ~ (0.6–0.8) ∙ 10-6 сна/с: (а, б) морфология и ФП с расшифровкой изображения высокого разрешения фазы Лавеса (λ), сформированной на периферии частицы первичного карбонитрида M (C,N); (в, г) STEM-изображение в окрестности тройного стыка зерен и соответствующая составная карта распределения Cr и Mo, отмечены зернограничные выделения фазы Лавеса и τ-карбида и внутризеренные выделения фазы Лавеса на первичных карбонитридах; (д, е) профили распределения Fe, Mo, Cr, Ni, Si по сечению через частицы фазы Лавеса (д) и τ-карбида (е).

Скачать (443KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Зависимости плотности дислокаций (а), среднего размера и концентрации петель Франка (б) от температуры облучения в стали типа Cr16–Ni19 х.д.

Скачать (295KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Относительное изменение концентрации основных элементов в составе аустенитной матрицы в зависимости от температуры облучения в образцах оболочек твэлов #1 (а) и #2 (б) из стали типа Cr16–Ni19 х.д.

Скачать (346KB)
Метаданные