ГЛАВА 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материал исследования
Объектом исследований служили трубные заготовки и трубы из следующих
материалов:
сплавы на основе циркония марки Zr1Nb (цирконий – 1% ниобия) и
сложнолегированный сплав циркония, содержащий ниобий, олово, железо;
технический титан марки ВТ1-О;
высоколегированная сталь аустенитного класса марки 08X18H10T, 03X17H14M2 и
ферритного класса марки 15Х25Т;
высокобористая сталь типа Х16Н15М2РБ на железо-хромо-никелевой основе,
легированная ниобием и молибденом, содержащая 0,8-1,72% вес. В.
Химический состав исследованных материалов представлен в табл. 2.1.
Выбор для исследования данных материалов, обусловлен тем, что трубы и другие
виды проката (прутки, лист) изготовленные из перечисленных выше марок сталей и
сплавов, необходимы для комплексного функционирования узлов и систем
ответственного назначения АЭС, их производство в промышленных масштабах либо
отсутствует, либо требуется повышение качества на всех стадиях от заготовки до
готовой продукции.
2.2. Методы исследований
Выполненные в диссертации исследования включали комплексную оценку качества
материалов с проведением металлографических исследований макро-,
микроструктуры, механических испытаний на растяжение при комнатной и повышенной
температурах, на ударный изгиб, измерение твёрдости, а также проведение
испытаний на межкристаллитную коррозию, профилометрические испытания
Таблица 2.1
Материал исследований
Марка
Состав, % вес
Назначение
Сталь
08Х18Н10Т
Ј 0,08% С; Ј0,08% Si; Ј2,0% Mn;
17,0-19,0% Cr; 9,0-11,0% Ni;
5ґC-0,7% Ti; Ј0,020% S; Ј 0,035% P;
Fe – осн.
Трубопроводы и трубные системы реакторной зоны АЭС
Сталь 03Х17Н14М2
Ј0,03% С; Ј 0,4% Si;
1,0-2,0% Mn; 16,8-18,3% Cr;
13,5-15,0% Ni; 2,2-2,8% Mo;
Ј 0,020% S; Ј0,030% P; Fe – осн.
Трубопроводы
реакторной зоны АЭС, конструкционные материалы активной зоны АЭС
Сталь
15Х25Т
Ј0,15% C; Ј1,0% Si; Ј0,8% Mn;
24,0-27,0% Cr; 5ґC – 0,90% Ti;
Ј 0,025% S; Ј0,035% P; Fe – осн.
Теплообменное оборудование и трубопроводы АЭС
Сплав
Zr1Nb
0,9-1,1% Nb; Ј0,006% N; 0,06-0,10% O; Ј0,02% C; Ј 0,01% Hf; Ј0,05% Fe;
0,02% Cr; Ј0,02% Si; Ј0,03% Ca и проч., Zr – осн.
Оболочки твэл и конструкционные материалы для активной зоны АЭС
Сплав
Zr-Sn, Nb, Fe
1,10…1,42% Sn; 0,30…0,47% Fe; 0,9…1,2% Nb; 0,05…0,12% O;
Ј 0,006% N; Ј 0,02% C; Ј 0,02% Ni;
Ј 0,02% Cr; Ј 0,05% Hf и др.,
Zr – осн.
Оболочки твэл и конструкционные материалы активной зоны АЭС
Технический титан
ВТ1-0
Ј0,08 Si; Ј0,15% Fe; Ј0,10% O;
Ј0,008% H; Ј0,04% N; Ј 0,05% C;
Ј0,7% Al; Ј 0,15% Cr+Mn;
Ј0,10% Cu+Ni; Ti – осн.
Теплообменники и конденсаторы АЭС
Сталь типа
Х16Н15М2РБ с высоким содержанием бора
Ј0,08% С; Ј2,0% Mn; Ј0,75% Si;
16,0-18,0% Cr; 10,0-14,0% Ni;
2,0-3,0% Mo; Ј 0,045% P;
Ј 0,030% S; Fe – осн.; 0,8-1,9% В
Материалы-поглотители для отработанного ядерного топлива
шероховатости поверхности, ультразвуковая диагностика, в качестве
дополнительных использованы методы электронной растровой микроскопии,
рентгеноструктурного анализа, статистической обработки результатов исследования
с применением современных компьютерных программ.
Исследования химического состава, структуры, механических свойств и
коррозионной стойкости проводились по стандартным методикам в соответствии с
назначением материала, его особенностями и требованиями нормативной
документации, а также привлечением дополнительных наукоёмких методов
исследований.
Макроструктуру выявляли путём химического травления в реактивах следующих
составов: 1) 150 мл соляной кислоты HCl и 50 мл азотной кислоты HNO3 для
высоколегированных марок стали и 2) 50 мл азотной кислоты HNO3, 5 мл плавиковой
кислоты HF и 45 мл дистиллированной воды для сплавов циркония и титана.
Микроструктуру выявляли путём электролитического травления шлифов из
высоколегированной стали в азотной HNO3 и 10 %-м водном растворе щавелевой
кислоты, а также путём химического травления шлифов из сплавов циркония и
титана в смеси: 40 мл азотной кислоты HNO3, 15 мл плавиковой кислоты HF и 45 мл
дистиллированной воды.
Анализ макроструктуры осуществлялся путём визуальной оценки преимущественно без
применения увеличительных приборов, либо при оптическом увеличении ґ 4, а
микроструктуры – с помощью структурного анализатора Эпиквант и микроскопа
Неофот с увеличением в интервале ґ 50…500.
Оценка величины зерна выполнена в соответствии с ГОСТ 5639-82 "Стали и сплавы.
Методы выявления и определения величины зерна" с использованием фотоэталонов
стандартных шкал.
Величина зерна, а также неоднородность зёренной структуры аустенитной стали
оценивалась также методом количественной металлографии с компьютерной
обработкой структурных параметров [7, 123]. Суть данного метода заключается в
количественной, более объективной оценке величины зерна и разнозернистости в
сравнении со стандартным методом (ГОСТ 5639-82), который базируется на оценке
зерна с помощью фотоэталонов шкал. Более точно определить разнозернистость и
реальные размеры зёрен в металле возможно с помощью количественной оценки
структуры на основании анализа её характеристик – распределения, максимального
и среднего диаметров зерен, коэффициента вариации формы и асимметрии зерна,
которые получают с помощью компьютера по специальной программе [7].
Оценка неметаллических включений и ферритной фазы в аустенитной стали выполнена
с использованием фотоэталонов стандартных шкал в соответствии с ГОСТ 1778-70
"Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений", ДСТУ
3295-95 "Трубы стальные. Металлографический метод определения загрязнённости
металла неметаллическими включениями" и ГО
- Київ+380960830922