Исследование физико-механических, теплофизических и ядерно-физических свойств, оптимизация композиционного состава и микроструктуры малоактивируемой аустенитной хромомарганцевой стали

Объект исследования – малоактивируемая аустенитная хромомарганцевая сталь (МААХМС). Цель работы: комплексная аттестация физико-механических, теплофизических и ядерно-физических свойств, термической стабильности микроструктуры и механических свойств, разработка рекомендаций по модификации элементного состава и микроструктуры МААХМС. Методология НИР – экспериментальное изучение кратковременных механических свойств, ударной вязкости, упругих, теплофизических и ядерно-физических свойств (моделирование нейтронного спектра термоядерного реактора ДЕМО-С), исследование термической стабильности микроструктуры методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, проведение механических испытаний. Прочностные свойства МААХМС Cr11Mn22WVTi в условиях испытаний на растяжение в интервале температур 22 – 800 °С превышают соответствующие значения для аустенитной хромоникелевой стали (АХНС) и сопоставимы с аналогами (предел текучести, предел прочности). При этом пластические свойства новой стали превышают соответствующие значения для аналогов до 2,5 раз. Зеренная структура и механические свойства МААХМС сохраняется в условиях кратковременных отжигов при 700 и 800 °С. В условиях отжигов в стали выделяются дисперсные частицы M23C6, причем отжиг холоднодеформированного (ХД) состояния приводит к их преимущественному выделению по границам деформационных двойников. Для МААХМС в ХД состоянии, а также после отжигов этого состояния характерно снижение значений ударной вязкости по сравнению с закаленным состоянием. Наблюдаемые особенности на кривых зависимостей теплофизических свойств МААХМС вблизи 175 °С могут быть связаны с переходом “парамагнетик – антиферромагнетик”, а также с ε→γ превращениями, характерными для сплавов системы Fe–Mn. При расчетах ядерно-физических свойств (нейтронный спектр термоядерного реактора ДЕМО-С) показано снижения наведенной радиоактивности для реальных составов сталей до уровня, допускающего их переработку за ≈ 80 лет. МААХМС имеют меньшую склонность в условиях облучения к наработке изотопов гелия и водорода по сравнению с хромоникелевой сталью ЭК-164.