Введение к работе
" от'дзл І
Актуальность проблемы. В мировой и отечественной практике атом-нал энергетика используется почти исключительно для получения электроэнергии. Вместе с тем в промышленно развитых странах - США, ФРГ и других, в том числе СССР, ведутся работы по созданию энерго-тех-нологических реакторов, которые будут применятся не только для выработки электроэнергии, но и получения технологического тепла. Речь идет, в первую очередь, о высокотемпературных газоохлаждаемых гелиевых реакторах ( ВТГР ). Имеется в виду, что реакторы этого типа с температурой теплоносителя во втором контуре 800-850 С могут быть использованы для процессов переработки нефти, в металлургии и других отраслях народного хозяйства, что в свою очередь приведет к сокращению расхода более дефицитных природных энергоносителей.
Внедрение высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов сопряжено с решением ряда сложных прблем. Одной из них является недостаточная жаропрочность и жаростойкость существующих конструкционных металлических материалов, что ограничивает срок эксплуатации тепло-обменного оборудования ВТГР и температуру газового теплоносителя.
Для эксплуатации ВТГР с температурой теплоносителя в первом контуре 750-850С применяют сплавы на основе систем легирования fe- dr- /V/ и А# -(Tr-fi -М&* Это прежде всего сплавы: ХН55МВЦ" С СССР ), #0S-fet&/- XR ( Япония ) ( основа сплавов ЛЇ- 20%&г -
- Wo ft - Me ) и /асс&у - 800 ( основа сплава re- 20% С/- - 30%'t4').
Для тешературы теплоносителя 900 - 950 С рекомендуются сплавы,
разработанные на основе систем легирования М'- Or -fe - Mo , М-
- бг- Cb -Mo-Д-Р, t//'- Pr-Sfo-У . Однако, даже лучшие представите
ли разработанных сплавов не обладают в полной мере свойствами, не
обходимыми для эксплуатации в течение 25 - 30 лет. Так, сплав
JnCQftfE - 617, лучший из промышленно выпускаемых материалов,
- 4 -разработанный на основе системы легирования ЛІ'- 20% &~- \?%Go --Ч%Ме -YfoAZ , несмотря'на высокий уровень характеристик жаропрочности, не может быть применен в теплообменном оборудовании ВТГР, из-за опасности радиоактивного заражения теплоносителя изотопом-
- Со60 . ' '
Перспективным направлением для создания материалов теплообмен-ного оборудования первого контура реактора является система М'~
- Цґ-М со структурой /к Jf+otit' . Разработанные на основе этой
системы сплавы ХН59ВГ ( /f/'- 2Q%0r- Wo h/ ) ( ЦНШТмаш, ЦНШчермет]
KSV ( ІЇ- m%C/r -26%*/ ),lfC - і ( li/i - 20fo(?r - 16% k/ ),
Si. ( M'~ Zl%Cr - b% Mo - b% bj )( Япония ) обладают высокими
характеристиками жаропрочности и рекомендованы к промышленному внед
рению. В то же время исследования в атмосфере гелиевого теплоноси
теля показали недостаточную жаростойкость сплавов, которая связыва
ется с процессами окисления, науглероживания и обезуглероживания в
результате взаимодействия микропримесей газов - Hg, HgO, СО, СС^,
СН^ - с поверхностью сплавов.
В связи с изложенным, актуальным является исследование сплавов системы легирования t/i'-Cr-ti/ , составы которых охватывают J*- область твердых растворов и часть двухфазной области / + Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является создание научной базы для разработки на основе системы легирования Л/і'- (5-20)% #--(15-25) h/ сплавов высокой жаропрочности и жаростойкости в гелиевой атмосфере при температуре 950 С. і соответствии с поставленной целью были определены следующие зада-то: [. Изучить влияние легирущих элементов на струтуру, фазовый состав, физико-механические характеристики сплавов /и J+dh/ областей :изтемы легирования М'- (5-20)%$" - (15-25)%^ . I. Установить влияние состава и структуры сплавов М- (5-20 )%?*- - (15-25)% f/ на кратковременные прочностные и пластические свой Изучить влияние термической обработки на структуру, жаропрочность л жаростойкость в гелиевой атмосфере при температуре 950 С сплавов Щ- (5-20)% бг - (15-25)%// . Определить и.обосновать область составов и структуру сплавов, обеспечивающих высокий уровень и стабильность жаропрочности и жаростойкость в гелиевой атмосфере при температуре 950 С. Научная новизна. В результате проведенной работы: 1. Получены новые данные о влиянии легирующих элементов - вольфра - (5-20)% #" - (15-25)% W . 2. В системе /і//' - (5-20)% (?Г - (15-25)% ^"выявлена область, где Т = 950 С скорость изменения массы сплава 1,25*Ю- мг/см^.час ). 3. Определено влияние состава и термической обработки на природу и М'- 20%^"- (15-25)% А/ в процессе длительных выдержек не приводит к охрупчиваниго при температуре 950 С. - б - Гетерогенная структура /-твердого раствора с дисперсными выделениями <Кы фазы размером ^ 2,0 - 2,5 мкм имеет высокий уровень жаропрочности и ее стабильности, тогда как ввделение глобулярной о($^ фазы размером /v 15-25 мкм снижает длительную прочность в 5-Ю раз. 4. Установлено влияние легирования, фазового состава и структуры на жаростойкость сплава в гелиевой атмосфере при постоянном составе газовых микропримесей; определены количественные показатели скорости коррозии сплавов М'- (5-20)%dr- (15-25)$ h/ . Показано, что с^/фаза снижает жаростойкость w'-Pf-h/ сплавов в гелиевой атмосфере . Практическая ценность. Создана научная база для разработки сплавов высокой жаропрочности и жаростойкости в гелиевой атмосфере при 950 С на основе системы легирования fii-Cf-W . Предложен сплав с высокой жаропрочностью и жаростойкостью на основе М- 20%(?/Г- 20% fyf с гетерогенной структурой / + <&/ области для службы в гелиевой атмосфере теплоносителя при 950 С. Предложен режим термической обработки сплава "! - 20% &" - ZQffoh/ на максимальную длительную прочность: двухкратная закалка на твердый раствор - 1350 С, охл. в воде + 1250 С охл. в воде. Обработка по данному режиму формирует крупнозернистую гетерогенную структуру - Ґ + &/ области с дисперсной фазой dtf Апробадшг работы. Основные результаты диссертации доложены на I Всесоюзном симпозиуме "Новые жаропрочные и жаростойкие металлические материалы", Москва, май 1989 г., ІУ Всесоюзной научно-технической конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий", Запорожье, 10-14 октября 1989 г. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в четырех печатных работах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, іяти глав, основных выводов и списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 'fS^f страницах машинописного текста включая <й рисунков и б таблиц.
ства при температурах 20 С и 950 С после термической обработки
та твердый раствор я дополнительно подвергнутых длительным выдерж
кам при температуре 950 С.
ма, хрома, никеля, углерода-и термической обработки на структуру,
фазовый состав, механические свойства, жаропрочность и жаростой
кость сплавов У к J^+c/a/ областей системы легирования v/~
при содержании h/*' 2Ъ% и $/^20% достигается максимальная жаро
прочность (2^750 - 1200 часов, при Тисп = 950 С и (Г"= 39
НДаг ( 4 кгс/тг ) и жаростойкость в гелиевой атмосфере ( при
морфологию (?fa/ фазы. Показано, что выделение <Я*/ фазы в сплавах
Похожие диссертации на Структура и свойства жаропрочных Ni-G-W сплавов для работы в гелиевой атмосфере при температуре 950-С
