ВЛИЯНИЕ МАРТЕНСИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ, ИНДУЦИРОВАННОГО ДЕФОРМАЦИЕЙ, НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СТАЛЕЙ, ОБЛУЧЕННЫХ НЕЙТРОНАМИ В РЕАКТОРЕ ВВР-К

В работе изучены особенности мартенситного превращения в процессе пластической деформации (одноосное растяжение и сжатие) аустенитных сталей 12Х18Н10Т и AISI304, облученных тепловыми нейтронами до флюенса тепловых нейтронов 3,7·10²⁰ н/см² (2,2·10²⁰ н/см² при Е>0,1МэВ). Рассчитаны значения никелевого эквивалента и энергии дефекта упаковки для сталей 12Х18Н10Т и AISI304. Установлено, что сталь AISI304 более склонна к мартенситному превращению. Определены механические характеристики исследуемых сталей при одноосном растяжении. Показано, что при аналогичных характеристиках прочности, пластичность облученной стали AISI304 в два раза выше, чем стали 12Х18Н10Т. Данный факт обусловленным более интенсивным протеканием мартенситного превращения в процессе пластической деформации стали AISI304.

1. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science. – New York, NY: Springer, 2017.

2. Калин Б.А., Платонов, П.А., Чернов, И.И., Штромбах, Я.И. Физическое материаловедение: Учебник для ВУЗов. Том 6. Часть 1. Конструкционные материалы ядерной техники. – Москва: МИФИ, 2008. – 672 p.

3. Zinkle S.J., Was G.S. Materials challenges in nuclear energy // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61, № 3. – P. 735–758.

4. Garner F.A. 3.02 – Radiation-Induced Damage in Austenitic Structural Steels Used in Nuclear Reactors // Comprehensive Nuclear Materials (Second Edition). – Oxford: Elsevier, 2020. – P. 57– 168.

5. Yvon P. Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors. – Elsevier, 2017. – 684 p.

6. Murty K.L. Is neutron radiation exposure always detrimental to metals (steels)? // Nature. – 1984. – Vol. 308, No. 5954. – P. 51–52.

7. Merezhko M.S., Merezhko D.A., Rofman O.V., Dikov A.S., Maksimkin O.P., Short, M.P. Macro-Scale strain localization in highly irradiated stainless steel investigated using digital image correlation // Acta Materialia. – 2022. – Vol. 231 – P. 117858.

8. Zhou W., Yang Y., Zheng G., Woller K.B., Stahle P.W., Minor A.M., Short M.P. Proton irradiation-decelerated intergranular corrosion of Ni-Cr alloys in molten salt // Nat Commun. – 2020. – Vol. 11, No. 1. – P. 3430.

9. Byun T.S., Farrell K. Plastic instability in polycrystalline metals after low-temperature irradiation // Acta Materialia. – 2004. – Vol. 52, No. 6. – P. 1597–1608.

10. Byun T., Hashimoto N. Strain localization in irradiated materials // Nucl.Eng. and technology. – 2006. – Vol. 38, No. 7. – P. 619.

11. Merezhko M., Merezhko D. Localization of Plastic Deformation in the Copper and Stainless Steels Samples, Irradiated with Neutrons // J. of Physics: Conference Series / 18. – IOP Publishing. – 2022. – Vol. 2155. – P. 012009.

12. Merezhko M.S., Maksimkin O.P., Merezhko D.A., Shaimerdenov A.A., Short M.P. Parameters of Necking Onset during Deformation of Chromium–Nickel Steel Irradiated by Neutrons // Physics of Metals and Metallography. – 2019. – Vol. 120, No. 7. – P. 716–721.

13. Garner F. Irradiation Performance of Cladding and Structural Steels in Liquid Metal Reactors // Materials Science and Technology. – Weinheim, Germany: WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA. – 2006. – 540 p.

14. Gussev M.N., Busby J.T., Tan L., Garner F.A. Magnetic phase formation in irradiated austenitic alloys // J. of Nucl. Mater. – 2014. – Vol. 448, No. 1–3. – P. 294–300.

15. Merezhko D.A., Merezhko M.S., Maksimkin O.P., Gussev M.N., Garner F.A. Radiation-induced ferrite formation as a potential issue in PWR austenitic internals following plant life extension // Proceedings of 19th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors, EnvDeg 19th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors, EnvDeg 2019 / 16. – Boston, MA. – 2019. – P. 615–624.

16. Merezhko D.A., Gussev M.N., Merezhko M.S., Rofman O.V., Rosseel T.M., Garner, F.A. Morphology and elemental composition of a new iron-rich ferrite phase in highly irradiated austenitic steel // Scripta Materialia. – 2022. – Vol. 215 – P. 114690.

17. Andresen P.L., Was G.S. A historical perspective on understanding IASCC // J. of Nucl. Mater. – 2019. – Vol. 517 – P. 380–392.

18. Ehrnstén U., Andresen P.L., Que Z. A review of stress corrosion cracking of austenitic stainless steels in PWR primary water // J. of Nucl. Mater. – 2024. – Vol. 588 – P. 154815.

19. Olson G.B., Cohen M. Kinetics of strain-induced martensitic nucleation // MTA. – 1975. – Vol. 6, No. 4. – P. 791–795.

20. Weidner A., Hangen U.D., Biermann H. Nanoindentation measurements on deformation-induced α’-martensite in a metastable austenitic high-alloy CrMnNi steel // Philosophical Magazine Letters. – 2014. – Vol. 94, No. 8. – P. 522–530.

21. Bleck W., Guo X., Ma Y. The TRIP Effect and Its Application in Cold Formable Sheet Steels: The TRIP Effect and Its Application in Cold Formable steel research int. – 2017. – Vol. 88, No. 10. – P. 1700218.

22. Soleimani M., Kalhor A., Mirzadeh H. Transformationinduced plasticity (TRIP) in advanced steels: A review // Mater. Sci. and Eng.: A. – 2020. – Vol. 795 – P. 140023.

23. Mao W., Gao S., Gong W., Bai Y., Harjo S., Park M.-H., Shibata A., Tsuji N. Quantitatively evaluating respective contribution of austenite and deformation-induced martensite to flow stress, plastic strain, and strain hardening rate in tensile deformed TRIP steel // Acta Materialia. – 2023. – Vol. 256 – P. 119139.

24. Wharry J.P., Mao K.S. The role of irradiation on deformation-induced martensitic phase transformations in facecentered cubic alloys // J. of Mater. Research. – 2020. – Vol. 35, No. 13. – P. 1660–1671.

25. Gusev M.N., Maksimkin O.P., Osipov I.S., Garner F.A. Anomalously large deformation of 12Cr18Ni10Ti austenitic steel irradiated to 55dpa at 310°C in the BN-350 reactor // J. of Nucl. Mater. – 2009. – Vols. 386–388. – P. 273–276.

26. Sorokin A.A., Margolin B.Z., Kursevich I.P., Minkin A.J., Neustroev V.S. Effect of neutron irradiation on tensile properties of materials for pressure vessel internals of WWER type reactors // J. Nucl. Mater. – 2014. – Vol. 444, No. 1-3. – P. 373–384.

27. Margolin B., Minkin A., Smirnov V., Sorokin A., Shvetsova V., Potapova V. The radiation swelling effect on fracture properties and fracture mechanisms of irradiated austenitic steels. Part II. Fatigue crack growth rate // J. Nucl. Mater. – 2016. – Vol. 480 – P. 15–24.

28. Hure J., Tanguy B., Ritter C., Bourganel S., Sefta F. Extensive investigation of the mechanical properties of a Chooz A internal component. – 2018 – P. 13.

29. Meric de Bellefon G., Van Duysen J.C. Tailoring plasticity of austenitic stainless steels for nuclear applications: Review of mechanisms controlling plasticity of austenitic steels below 400 °C // J. of Nucl. Mater. – 2016. – Vol. 475 – P. 168–191.

30. Mao K.S., Sun C., Shiau C.-H., Yano K.H., Freyer P.D., El-Azab A.A., Garner F.A., French A., Shao L., Wharry J.P. Role of cavities on deformation-induced martensitic transformation pathways in a laser-welded, neutron irradiated austenitic stainless steel // Scripta Materialia. – 2020. – Vol. 178 – P. 1–6.

31. Zhao F., Liu W., Sui H., Fu J., Cheng Y., Zhang J., Duan H. Model for deformation-induced martensitic transformation in irradiated materials // Proc. of the Royal Society A: Math., Phys. and Eng. Sci. – 2023. – Vol. 479, No. 2272. – P. 20220633.

32. Максимкин О.П., Такиева А.М., Налтаев А., Маженов Н., Бердалиев Д.Т., Рахашев Б.К. Особенности локализованной деформации и физико-механические свойства реакторной нержавеющей стали 12Х18Н10Т, облученной тепловыми нейтронами // Вестник Карагандинского университета. Серия «Физика». 2013. – № 4(72). – С. 34–42.

33. Максимкин О.П., Мережко М.С., Мережко Д.А. Кинетика фазового превращения в процессе пластической деформации облученных нейтронами метастабильных сталей 12Х18Н10Т и AISI 304. // Труды семинара «Ядерный потенциал РК». – 2010. – Алматы. – С. 115–118.

34. Максимкин О.П. К вопросу о физической природе эффекта дозового насыщения радиационного упрочнения аустенитных нержавеющих сталей // Вестник НЯЦ РК. – 2013. – Вып. 3(55). – С.10–16.

35. Handbook of Comparative World Steel Standards by ed. J.E. Bringas. – ASTM International: USA. – 850 p.

36. Максимкин О.П., Гусев М.Н., Осипов И.С. Деформационная экстензометрия при механических испытаниях высокорадиоактивных металлов и сплавов // Вестник НЯЦ РК. – 2005. – Вып. 1(21). – С. 46–52.

37. Hirayama T., Ogirima M. Influence of chemical composition on martensitic transformation in Fe-Cr-Ni stainless steel // J. of the Japan institute of metals. – 1970. – Vol. 34, No. 5. – P. 507–510.

38. Meric de Bellefon G., Duysen J.C. van, Sridharan K. Composition-dependence of stacking fault energy in austenitic stainless steels through linear regression with random intercepts // J. of Nucl. Mater. – 2017. – Vol. 492. – P. 227–230.