Характеристики и механизмы разрушения облученных аустенитных сталей в области повышенных температур и формулировка критерия разрушения. Часть 1. Экспериментальные исследования

Представлены результаты экспериментальных исследований характеристик и механизмов разрушения в диапазоне температур от 200 до 600^о С для аустенитной стали 10Х18Н9 в двух состояниях: после нейтронного облучения при температуре 400°С до повреждающей дозы 30 сна и после облучения и последующего старения при температуре 550°С в течение 3000 ч. Характеристики и механизмы разрушения определяли при растяжении гладких цилиндрических образцов и цилиндрических образцов с кольцевым надрезом, т. е. в условиях различной трехосности напряженного состояния. Обнаружено резкое снижение критической деформации (пластичности) для стандартных цилиндрических образцов в области повышенных температур, которое сопровождается переходом к межзеренному разрушению. В этой же области температур критическая деформация для цилиндрических образцов с надрезом оказалась выше, чем для гладких цилиндрических образцов, при этом и доля межзеренного разрушения выше. Данный результат является достаточно аномальным, так как обычно с ростом трехосности напряженного состояния и доли межзеренного разрушения пластичность материала снижается. Полученные результаты использованы для разработки критерия и модели разрушения при высокотемпературном радиационном охрупчивании, которые представлены во второй части настоящей работы.

1. Barnes R. S. Embritlement of stainless steels nickel based alloys at high temperature induced by neutron radiation // Nature. – 1965. – V. 206. – P. 1307.

2. Ward A. L., Holmes J. J. Ductility Loss in Fast Reactor irradiated stainless steel // Nuclear Applications & Technology. – 1970. – V. 9.

3. Claudson T. T., Barker R. W. The effects of fast flux irradiation on the mechanical properties and dimensional stability of stainless steel // Nuclear application and technology. – 1970. – V. 9. – P. 10–23.

4. Swelling and Tensile Property Evaluations of High-Fluence EBR-II Thimbles / R. L. Fish , J. L. Straalsund et al. // ASTM STP. – 1973. – N 529. – P. 149–164.

5. 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 STP 611, American Society for Testing and Materials, 1976. – P. 119–138.

6. Высокотемпературное радиационное охрупчивание материалов. Аналитический обзор // В. Ф. Зеленский, Н. М. Кирюхин, И. М. Неклюдов и др. – Харьков: ХФТИ, 1983.

7. Huang F. H. The fracture characterization of highly irradiated Type 316 stainless steel // Int. J. Fracture. – 1984. – N 25. – P. 181–193.

8. Вотинов С. Н., Прохоров В. И., Островский З. Е. Облученные нержавеющие стали. – М.: Наука, 1987.

9. Tavassoli A.A., Picker C. and Wareign J. Data collection on the effect of irradiation on the mechanical properties of austenitic stainless steels and weld metals // ASTM STP. – 1996. – V. 1270. – P. 995–1010.

10. Швецова В.А., Прокошев О.Ю., Марголин Б.З., Сорокин А.А., Потапова В.А. Синергетический механизм радиационного охрупчивания аустенитных нержавеющих сталей при высокотемпературном длительном облучении // Вопросы материаловедения. – 2017. – № 1 (89). – C. 182–193.

11. 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

12. 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, N5. – P. 733–748

13. Марголин Б. З., Сорокин А. А., Швецова В. А., Минкин А. И., Потапова В. А., Смирнов В. И. Влияние радиационного распухания и особенностей деформирования на процессы разрушения облученных аустенитных сталей при статическом и циклическом нагружении. Часть I. Пластичность и трещиностойкость // Вопросы материаловедения. – 2016. – № 3. – C. 159–191.

14. Воеводин В. Н., Неклюдов И. М. Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов. – Киев: Наукова Думка, 2006.

15. Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. – СПб.: Политехника, 1993. – 391 с.

16. Марголин Б. З., Сорокин А. А. Прогнозирование влияния нейтронного облучения на характеристики вязкого разрушения аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. – 2012. – № 1(69). – C. 126–147.