Доклад Изучение структурной стабильности и способов её повышения в 12% хромистых сталях с целью безопасности эксплуатации конструкционных элементов в атомной промышленности. Бойко Надежда Владимировна АСПИРАНТ Московский Инженерно-Физический Институт (Государственный Университет)

(1) ТИПИЧНЫЙ ЯГР-СПЕКТР 12% ХРОМИСТОЙ СТАЛИЭлемент H, кЭ H, кЭ *10 -2,мм/с *10 -2,мм/сV-24,3-2,3 Cr-26,9-2,0 Mn-23-1,6 Ni+9,4- Mo-38,7-3,5 W-45,8-3,4 (3) БИНОМИНАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИ СТАТИСТИЧЕСКОМ РАСПОЛОЖЕНИИ АТОМОВ где n – число атомов Cr в обобщенной координационной сфере атомов Fe j = 14(6+8) (2) Изменение эффективного магнитного поля и изомерного сдвига на ядрах железа в зависимости от ближайшего окружения атомов примеси в разбавленных твердых растворах 1

(4) ИНТЕНСИВНОСТИ ЛИНИЙ НЕЭКВИВАЛЕНТНЫХ ОКРУЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ Fe 12%Cr ПРИ СТАТИСТИЧЕСКОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ АТОМОВ n W стат,% 16,831,928,215,45,61,5 (5) СРЕДНЯЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ Cr В ОБОБЩЕННОЙ КООРДИНАЦИОННОЙ СФЕРЕ АТОМОВ Fe (6) ПАРАМЕТР БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА = - статистически однородное (биноминальное) распределение БР БП - определяется из экспериментальных спектров путем прямого вычисления площадей подспектров, соответствующих определенным конфигурациям атомов хрома вокруг атомов железа = 0 - статистическое распределение 0 - БР 0 – БП 2

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ (7) Образцы стали: 1- Холодно-деформированное состояние (х.д.). 2 - х.д С 1 час, охлаждение с печью 3 - х.д С 1 час +отпуск 7200С, охл. ускоренное 4 - х.д С 1 час +отпуск 7200С, охл. замедленное. (8) ФУНКЦИЯ ПЛОТНОСТИ ВЕРОЯТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ W(1) 3

(9) КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ СТАЛИ обр обр Твердый раствор хрома в железе, % Аустенит M 6 C, M 23 C 6 % Фаза типа - карбид, % Фаза типа Fе 3 С, % Кластеры углерода, % 1 93,7 0,5 1,5 0, ,3 0,5 2 88,5 0, ,5 0, ,5 3 98,3 0,4 1,5 0,3 0,2 0, ,2 0,5 1,2 0,5 0,2 0,1 1 0,5 0,4 0,1 (10) СРЕДНЯЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ХРОМА В ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ И СТЕПЕНЬ БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМООБРАБОТКИ об р. об р. Средняя концентрация Сr в твердом растворе, % Тип БУ 1 12,3 0,1 0,01БР 2 12,5 0, ,3 0,1 0,15БР 4 10,0 0,1 0,2БР (11) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ Температура, 0 С 4

(12) ОБРАЗЦЫ 12% ХРОМИСТОЙ СТАЛИ С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ АЗОТА Образец Cr, ат.% N, ат.% C, ат.% Термообработка 111,90,40,6 нормализация 1070 С, отпуск 720 С 3ч 211,90,20,6 3120,10,6 (13) ЯГР-СПЕКТР 12% ХРОМИСТОЙ СТАЛИ 5

(14) ТИП И СТЕПЕНЬ БЛИЖНЕГО УПОРЯДОЧЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛЕГИРОВАНИЯ АЗОТОМ Содержание азота в стали, ат%,, ат%, Тип упорядочения 0,4 ат% 12,2 0,1 -0,02 БП 0,2 ат% 11,7 0,1 0,02 БР 0,1 ат% 11,7 0,1 0,02БР БР – ближнее расслоение БП- ближний порядок (15) МИКРОТВЕРДОСТЬ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛЕГИРОВАНИЯ АЗОТОМ Содержание азота в стали Н 50 0,4 ат% ,2 ат% ,1 ат%

(16) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ 7 (17) Энтальпии фазовых превращений и их энергии активации Содержание азота в стали Энтальпия Н 1, Дж/г Энтальпия Н 2, Дж/г Энергия активации Е 1, эВ/ат Энергия активации Е 2, эВ/ат 0,4 ат% ,7 0,11,2 0,4 0,2 ат% ,7 0,31,7 0,5 0,1 ат% ,9 0,11,1 0,3 Н 1, Е 1 – энтальпия и энергия активации первого пика на ДСК-кривой Н 2, Е 2 - энтальпия и энергия активации второго пика на ДСК-кривой

ВЫВОДЫ 1.С помощью метода ЯГР-спектроскопии в 12% хромистых сталях можно определить: Тип и степень ближнего упорядочения (ближний порядок, ближнее расслоение) в твердом растворе -железа Среднюю концентрацию хрома в твердом растворе Фазовый состав на уровне предвыделений 2. Показано, что термообработка стали приводит к изменению фазового состава, средней концентрации хрома в твердом растворе и типа и степени ближнего упорядочения. 3.Установлен температурный интервал ( оС) прохождения процесса ближнего упорядочения в 12% хромистой стали методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Определена энергия активации этого процесса Еак. 1 эВ/ат. 4.Обнаружено, что введение азота при одинаковых условиях получения хромистых сталей приводит к изменению микротвердости, типа и степени ближнего порядка и существенному увеличению энтальпии процесса ближнего упорядочения твердого раствора. 5.Установлено, что температурный интервал энерговыделений, соответствующих процессу расслоения- упорядочения, для всех исследованных сталей смещается в сторону высоких температур при увеличении скорости нагрева. При определенных скоростях нагрева этот пик исчезает. Это имеет большое практическое значение, так как указывает путь к созданию стабильной структуры в 12% хромистых сталях 8