Generate QR code
Open Access
Subscription Access
Ductility and fracture toughness of irradiated austenitic steels with regard for deformation features and radiation swelling. Part 1
Abstract
Fracture mechanisms of irradiated steels and effect of radiation swelling on ductility and fracture toughness have been investigated. Moreover, effects of test temperature and previous cyclic deformation on fracture properties have been considered.
About the Authors
B. Z. Margolin
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
A. A. Sorokin
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Shvetsova
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
A. I. Minkin
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Potapova
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
V. I. Smirnov
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Fish R. L., Hunter C. W. Tensile Properties of Fast Reactor Irradiated Type 304 Stainless Steel // Irradiation Effects on the Microstructure and Properties of Metals. – ASTM STP611: American Society for Testing and Materials, 1976. – P. 119–138.
2. Lucas G. E. The evolution of mechanical property change in irradiated austenitic stainless steels // J. Nucl. Mater. – 1993. – V. 206. – P. 287–305.
3. Little E. A. Fracture mechanics evaluations of neutron irradiated type 321 austenitic steel // J. Nucl. Mater. – 1986. – V. 139. – P. 261–276.
4. Garner F. A. Radiation Damage in Austenitic Steels (Ed. R. J. M. Konings) / Comprehensive Nuclear Materials. V. 4. – Amsterdam: Elsevier, 2012. – P. 33–95.
5. Курсевич И. П., Марголин Б. З., Прокошев О. Ю., Кохонов В. И. Механические свойства аустенитных сталей при нейтронном облучении: влияние различных факторов // Вопросы материаловедения. – 2006. – № 4 (48). – C. 55–68.
6. Сорокин А. А., Марголин Б. З., Курсевич И. П., Минкин А. И., Неустроев В. С., Белозеров С. В. Влияние нейтронного облучения на механические свойства материалов внутрикорпусных устройств реакторов типа ВВЭР // Вопросы материаловедения. – 2011. – № 2 (66) . – C. 131–152.
7. Effect of Irradiation on Water Reactors Internals. V. 3: Irradiation Embrittlement of Reactor Internals Materials. AMES Report № 11. CEA TechAtom VTT. ECSC-EECC-EAEC, Brussels-Luxemburg, 1997.
8. Chopra O. K. Degradation of LWR Core Internal Materials due to Neutron Irradiation. – NUREG CR-7027, ANL-10/11, 2010. – 152 p.
9. Смирнов В. И., Марголин Б. З., Лапин А. Н., Кохонов В. И., Сорокин А. А. Исследование влияния нейтронного облучения на вязкость разрушения стали 08Х18Н10Т и металла ее сварных швов // Вопросы материаловедения. – 2011. – № 1 (65) . – C. 167–183.
10. Минкин А. И., Марголин Б. З., Смирнов В. И., Сорокин А. А. Развитие модели для прогнозирования статической трещиностойкости аустенитных материалов в условиях нейтронного облучения // Вопросы материаловедения. – 2013. – № 3 (75). – C. 107–119.
11. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Федорова В. А., Кохонов В. И., Козлов А. В., Евсеев М. В., Козманов Е. А.. Исследование влияния нейтронного облучения на статическую и циклическую трещиностойкость хромоникелевой аустенитной стали // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 1 (53) . – C. 111–122.
12. Chopra O. K., Shack W. J. Crack Growth Rates and Fracture Toughness of Irradiated Austenitic Stainless Steels in BWR Environments, NUREG/CR-6960, ANL-06/58, March 2008.
13. Shahinian P., Watson H. E., Smith H. H. Effect of Neutron Irradiation on Fatigue Crack Propagation in Types 304 and 316 Stainless Steels at High Temperatures // Effect of Radiation on Substructure and Mechanical Properties of Metals and Alloys. ASTM STP 529, ASTM, 1973. – P. 493–508.
14. James L. A. The effect of fast neutron irradiation upon the fatigue crack propagation behavior of two austenitic stainless steel // J. of Nuclear Materials. – 1976. – V. 59. – P. 183–191.
15. Lloyd G. J. Interpretation of the influences of irradiation upon fatigue crack propagation in austenitic stainless steels // J. of Nucl. Mater. – 1982. – V. 110. – P. 20–27.
16. Федорова В. А., Марголин Б. З. Прогнозирование скорости роста усталостной трещины в аустенитных сталях с учетом влияния нейтронного облучения и водной среды // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 3 (55) . – C. 96–110.
17. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Сорокин А. А., Кохонов В. И. Влияние нейтронного облучения на скорость роста усталостных трещин в аустенитной стали 08Х18Н10Т и металле ее сварных соединений // Вопросы материаловедения. – 2013. – № 2 (74) . – P. 123–138.
18. Марголин Б. З., Курсевич И. П., Сорокин А. А., Лапин А. Н., Кохонов В. И., Неустроев В. С. К вопросу о радиационном распухании и радиационном охрупчивании аустенитных сталей. Часть 1. Экспериментальные результаты // Вопросы материаловедения. – 2009. – № 2 (58). – C. 89–98.
19. Марголин Б. З., Курсевич И. П., Сорокин А. А., Лапин А. Н., Кохонов В. И., Неустроев В. С. К вопросу о радиационном распухании и радиационном охрупчивании аустенитных сталей. Часть 2. Физические и механические закономерности охрупчивания // Вопросы материаловедения. – 2009. – № 2 (58). – C. 99–111.
20. Марголин Б. З., Сорокин А. А. Прогнозирование влияния нейтронного облучения на характеристики вязкого разрушения аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. – 2012. – №1 (69). – C. 126–147.
21. Margolin B., Sorokin A., Smirnov V., Potapova V. Physical and mechanical modelling of neutron irradiation effect on ductile fracture. Part 1. Prediction of fracture strain and fracture toughness of austenitic steels // Journal of Nuclear Materials. – 2014. – V. 452, Is. 1–3. – P. 595–606.
22. Margolin B., Sorokin A., Smirnov V., Potapova V. Physical and mechanical modeling and prediction of fracture strain and fracture toughness of irradiated austenitic steels // Engineering Failure Analysis. – 2015. – V. 47. – P. 283–298.
23. Киселевский В. Н. Изменение статической терщиностойкости аустенитных сталей и сплавов при радиационном повреждении (обзор) // Проблемы прочности. – 1991.– № 7.– С. 10–20.
24. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. – М.: Мир, 1970. – 443 с.
25. Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. – СПб.: Политехника, 1993. – 391 с.
26. Воеводин В. Н., Неклюдов И. М. Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов. – Киев: Наук. думка, 2006. – 376 с.
27. Was G. S. Fundamentals of Radiation Materials Science // Springer Berlin Heidelberg, – 2007. – P. 381.
28. Fracture behavior of austenitic stainless steels irradiated in PWR / K. Fukuya, H. Nishioka, K. Fujii, e. a. // J. Nucl. Mater. – 2008. – V. 378, N 2 – P. 211–219.
29. Hashimoto N., Byun T. S., Farrell K. Microstructural analysis of deformation in neutronirradiated FCC materials // J. of Nucl. Mater. – 2006. – V. 351 – N 1–3. – P. 295–302.
30. Byun T. S., Hashimoto N., Farrell K. Deformation mode map of irradiated 316 stainless steel in true stress-dose space // J. Nucl. Mater. – 2006. – V. 351. – P. 303–315.
31. Hunter C. W., Fish R. L., Holmes J. J. Channel Fracture in Irradiated EBR-II Type 304 Stainless Steel // American Nuclear Society Transactions. – 1972. – V. 15, N 1. – P. 254–255.
32. Huang F. H. Comparison of fracture behavior for low-swelling ferritic and austenitic alloys irradiated in the fast flux test facility (FFTF) to 180 dpa // Engineering Fracture Mechanics. – 1992. – V. 43, N 5 – P. 733–748.
33. Effect of neutron irradiation on microstructure and properties of austenitic AISI 321 steel, subjected to equal-channel angular pressing / V. K. Shamardin, Yu. D. Goncharenko, T. M. Bulanova, e a. // Adv. Mater. Sci. – 2012. – V. 31. – P. 167–173.
34. Васина Н. К., Марголин Б. З., Гуленко А. Г., Курсевич И. П. Радиационное распухание аустенитных сталей: влияние различных факторов. Обработка экспериментальных данных и формулировка определяющих уравнений // Вопросы материаловедения. – 2006. – № 4(48). – C. 69–88.
35. Gusev M. N., Maksimkin F. A., Garner O. P. Peculiarities of plastic flow involving “deformation waves” observed during low-temperature tensile tests of highly irradiated 12Cr18Ni10Ti and 08Cr16Ni11Mo3 steels // J. Nucl. Mater. – 2010. – V. 403, N 1–3 – P. 121–125.
36. Gussev M. N., Field K. G., Busby J. T. Strain-induced phase transformation at the surface of an AISI-304 stainless steel irradiated to 4.4 dpa and deformed to 0.8% strain // J. Nucl. Mater. – 2014. – V. 446, N 1–3 – P. 187–192.
37. Deformation mechanism in 316 stainless steel irradiated at 60o C and 330o C / N. Hasimoto, S. J. Zinkle, A. F. Rowcliffe, e. a. // J. Nucl. Mater. – 2000. – N 283–287. – P. 528–534.
38. Twinning and martensite in a 304 austenic stainless steel / Y. E. Shen, X. X. Li, X. Sun, e. a. // Mat. Science and Eng. – 2012. – V. A 552. – P. 514–555.
39. Неустроев В. С., Голованов В. Н., Шамардин В. К. Вызванное распуханием охрупчивание облученных нейтронами аустенитных сталей // Вопросы атомной науки и техники. – 2007. – № 2. – C. 119–124.
40. Козлов А. В., Портных И. А., Брюшкова С. В., Кинев Е. А. Влияние вакансионной пористости на прочностные характеристики аустенитной стали ЧС-68 // ФММ. – 2003. – Т. 95. № 4. – С. 87–97.
41. Gurovich B. A., Kules hov a E. A., Frolov A. S., Maltsev D. A., Prikhodko K. E., Fedotov a S. V., Margolin B. Z., Sorokin A. A. Investigation of high temperature annealing effectiveness for recovery of radiation-induced structural changes and properties of 18Cr–10Ni–Ti austenitic stainless steels // J. of Nucl. Mater. – 2015. – V. 465 – P. 565–581.
42. Shapre W. N. The Portevin-le-Chatelier effect in aluminum single crystals and polycrystals // J. Mech Phys. Solids. – 1966. – V. 14. – P. 187–202.
43. Bodner S. R. The mechanics of repeated discontinuous yielding of metals // Met. Sci. Eng. – 1967. – V. 2. – P. 213–223.
44. Марголин Б. З., Костылев В. И., Минкин А. И., Ильин А. В. Моделирование вязкого роста трещин в корпусных реакторных сталях и построение JR-кривых // Проблемы прочности. – 2002. – № 2. – C. 20–34.
45. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Фоменко В. Н. Прогнозирование статической трещиностойкости аустенитных материалов в условиях нейтронного облучения // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 1(53). – C. 123–138.
46. Margolin B. Z., Karzov G. P., Kostylev V. I., Shvetsova V. A. Modelling for transcrystalline and intercrystalline fracture by void nucleation and growth // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. – 1998. – V. 21. – P. 123–137.
47. Margolin B. Z., Shvetsova V. A., Gulenko A. G., Kostylev V. I. Prometey local approach to brittle fracture: development and application // Eng. Fract. Mech. – 2008. – V. 75. – P. 3483–3498.
48. Margolin B. Z., Shvetsova V. A., Gulenko A. G., Nesterova E. V. Brittle fracture local criterion and radiation embrittlement of reactor pressure vessel steels // Strength of Materials. – 2010. – V. 42. – C. 506–527.
49. Huang Y. Accurate dilatation rates for spherical voids in triaxial stress fields: Transaction of the ASME, Ser. E // Journal of Applied Mechanics. – 1991. – V. 58. – P. 1084–1086.
50. Rice J. R., Johnson M. A. The role of large crack tip geometry changes in plane strain fracture // Inelastic behavior of solids // McGrow Hill, 1970. – P. 641–672.
51. Margolin B. Z., Gulenko A. G., Shvetsov a V. A. Improved probabilistic model for fracture toughness prediction based for nuclear pressure vessel steels // Int J Pres Ves Piping. – 1998. – V. 75. – P. 843–855.
Review
For citations:
Margolin B.Z., Sorokin A.A., Shvetsova V.A., Minkin A.I., Potapova V.A., Smirnov V.I. Ductility and fracture toughness of irradiated austenitic steels with regard for deformation features and radiation swelling. Part 1. Voprosy Materialovedeniya. 2016;(3(87)):159-191. (In Russ.)
Views:
526
Email this article 