Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», лаборатория «Гибридные наноструктурные материалы», Москва, Россия:

С. А. Никулин, заведующий кафедрой металловедения и физики прочности, эл. почта: nikulin@misis.ru
Т. А. Нечайкина, доцент
А. Б. Рожнов, доцент
А. П. Баранова, учебный мастер

Слоистые композиты на основе сплава ванадия и высокохромистой стали ферритного (ферритно-мартенситного) класса в перспективе применимы для изготовления оболочек твэлов ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Характеристики такого композита определяются в основном структурой и прочностными характеристиками «промежуточной» области, сформированной на границе раздела составляющих композита при получении. Последующая термическая обработка (отжиг) повлияет на структурно-фазовое состояние и прочность «промежуточной» области. Проведены исследования влияния отжига при Т = 800–900 ^оC, 2 ч (после ко-экструзии при Т = 1100 ^оC) на структурно-фазовое состояние и
прочностные характеристики «промежуточной» области соединения ванадиевого сплава и стали. При этом применяли световую и электронную микроскопию, рентгеновскую дифрактометрию, выполняли механические испытания образцов композитной трубы «сталь 20Х13/ванадиевый сплав V – 4 % Ti – 4 % Cr/сталь 20Х13». Показано, что отжиг при Т = 800–900 ^оC (после ко-экструзии) увеличивает ширину «промежуточной» области с 10 до 30 мкм и выравнивает химический состав по ее ширине. Перераспределение химических элементов в «промежуточной» области взаимодействия между слоями при термообработке не приводит к выделению вторичных фаз и охрупчиванию зоны соединения материалов. Установлено, что отжиг образцов композита при 800–900 ^оC (2 ч) способствует распаду мартенсита (образованного после ко-экструзии) и образованию рекристаллизованных зерен феррита размером 45–70 мкм по всему сечению стального слоя. Отжиг при Т = 800–900 ^оC (2 ч) многослойного композита после ко-экструзии не приводит к снижению прочности соединения. Двухслойные образцы композита после отжига в данном интервале температур разрушаются по вязкому ямочному механизму без образования хрупких трещин и расслоений вблизи области соединения, что подтверждает прочное соединение материалов-компонентов в многослойном композите.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (уникальный идентификатор № RFMEFI57517X0124).

1. Kurtz R. J., Abe K., Chernov V. M., Hoelzer D. T., Matsui H., Muroga T., Odette G. R. Recent Progress on Development of Vanadium Alloys for Fusion // Journal of Nuclear Materials. 2004. Vol. 329–333. P. 47–55.
2. Muroga T., Nagasaka T., Abe K., Chernov V. M., Matsui H., Smith D. L., Xu Z.-Y., Zinkle S. J. Vanadium Alloys — Overview and Recent Results // Journal of Nuclear Materials. 2002. Vol. 307–311. P. 547–554.
3. Fukumoto K., Matsui H., Narui M., Yamazaki M. Irradiation creep behavior of V–4Cr–4Ti alloys irradiated in a liquid sodium environment at the JOYO fast reactor // Journal of Nuclear Materials. 2013. Vol. 437. P. 341–349.
4. Chen J., Qiu S., Yang L., Xu Z., Deng Y., Xu Y. Effects of oxygen, hydrogen and neutron irradiation on the mechanical properties of several vanadium alloys // Journal of Nuclear Materials. 2002. Vol. 302. P. 135–142.
5. Natesan K., Soppet W. K., Uz M. Effects of Oxygen and Oxidation on Tensile Behavior of V – 4 Cr – 4 Ti // Journal of Nuclear Materials. 1998. Vol. 258–263. P. 1476–1481.
6. Matsushima T., Satou M., Hasegawa A., Abe K., Kayano H. Tensile properties of a series of V – 4 Ti – 4 Cr alloys containing small amounts of Si, Al and Y, and the influence of helium implantation // Journal of Nuclear Materials. 1998. Vol. 258–263. P. 1497–1501.
7. Никулин С. А., Вотинов С. Н., Рожнов А. Б. Ванадиевые сплавы для ядерной энергетики. — М. : НИТУ «МИСиС», 2014. — 206 с.
8. Нечайкина Т. А., Никулин С. А., Рожнов А. Б., Рогачев С. О., Вотинов С. Н., Герштейн Г. Структура и фазовый состав переходной зоны трехслойного материала на основе жаропрочного ванадиевого сплава и ферритной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 4. С. 31–36.
9. Nikulin S. A., Rozhnov A. B., Nechaikina T. A., Rogachev S. O., Zavodchikov S. Yu., Khatkevich V. M. Structure and mechanical properties of the three-layer material based on a vanadium alloy and corrosion-resistant steel // Russian Metallurgy (Metally). 2014. No. 10. P. 793–799.
10. Nechaykina T. A., Nikulin S. A., Rozhnov A. B., Khatkevich V. M., Rogachev S. O. Structure and Properties of High-Temperature Multilayer Hybrid Material Based on Vanadium Alloy and Stainless Steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48, No. 3. P. 1330–1342.
11. Кобелев А. Г., Потапов И. Н., Кузнецов Е. В. Технология слоистых металлов. — М. : Металлургия, 1991. — 248 с.
12. Кобелев А. Г., Лысак В. И., Чернышев В. Н., Быков А. А., Востриков В. П. Производство металлических слоистых композиционных материалов. — М. : Интермет Инжиниринг, 2002. — 496 с.
13. Shelekhov E. V., Sviridova T. A. Programs for X-ray analysis of polycrystals // Metal Science and Heat Treatment. 2000. Vol. 42. P. 309–313.