Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 63-68

 

Т.В. Демент1,2, Н.А. Попова2, Е.Л. Никоненко2, И.А. Курзина1

Исследования фазового состава и тонкой структуры трехслойного материала «хромсодержащая сталь / ванадиевый сплав / хромсодержащая сталь»

1Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, 634050, Томск, Россия
2Томский государственный архитектурно-строительный университет, пл. Соляная, 2, 634003, Томск, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

В настоящее время в качестве конструкционных материалов для реакторов на быстрых нейтронах наиболее перспективными являются сплавы на основе ванадия с титаном и хромом. Сплав V-Ti-Cr обладает высоким значения прочностных свойств до 800 °С, низким уровнем наведенной радиоактивности и быстрым ее спадом, низким остаточным тепловыделением, высоким значением параметра термостойкости и высокой радиационной стойкостью. Однако способность ванадиевого сплава интенсивно растворять элементы внедрения кислород и азот при T ˃ 400 °С, что приводит к снижению механических свойств. Поэтому эксплуатация ванадиевых сплавов в реакторах без защитного покрытия невозможна. В работе был исследован фазовый состав и тонкая структура соединительной зоны трехслойного материала «хромсодержащая сталь / ванадиевый сплав / хромсодержащая сталь». Ванадиевый сплав (V – 5Ti – 5Cr) был получен методом порошковой металлургии, а именно, спеканием в вакуумно-дуговой печи. Защитный слой из хромсодержащей стали (Х17Н2) нанесен с двух сторон на подложку из ванадиевого сплава методом прямого лазерного выращивания. Метод лазерного выращивания позволил получить 3-х слойный материал с качественным соединением. Исследования фазового состава с помощью РФА, показали, что основной фазой ванадиевого сплава является твердый раствор b-(Cr, Ti, V). В переходной зоне титан при взаимодиффузии замещается железом в условиях лазерного напыления порошка стали. Методом ПЭМ установлено, что основной составляющей сплава в промежуточной зоне является фаза VCrFe, представляющая собой твердый раствор на основе ванадия.

Ключевые слова: трехслойный материал, ванадиевый сплав, соединительная зона, тепловыделяющий элемент, V-5Ti-5Cr, сталь Х17Н2.

УДК 546.881.055:620.187

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.010


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 63-68

 

T.V. Dement1,2, N.A. Popova2, E.L. Nikonenko2, I.A. Kurzina1

Studies of the phase composition and fine structure of the three-layer material «chromium-containing steel / vanadium alloy / chromium-containing steel»

1The National Research Tomsk State University, Lenin Pr., 36, Tomsk, 634050, Russia
2Tomsk State University of Architecture and Building, Solyanaya Sq., 2, Tomsk, 634003, Russia

Currently, the most promising are alloys based on vanadium with titanium and chromium. V-Ti-Cr alloy has high strength properties up to 800 °C, a low level of induced radioactivity and its rapid decline, low residual thermal effect, a high level of heat resistance and high radiation resistance. However, at temperatures not exceeding 400 °C, oxygen and nitrogen are present in the elements, which leads to a decrease in mechanical properties. Therefore, the operation of vanadium alloys in reactors without a protective coating is impossible. The phase composition and the fine structure of the connecting zone of the three-layer material “chromium-containing steel / vanadium alloy / chromium-containing steel” are investigated. The vanadium alloy (V – 5Ti – 5Cr) was obtained by powder metallurgy, namely, by sintering in a vacuum arc furnace. Protective layer made of chromium-containing steel (X17H2) with the two sides applied to the substrate from a vanadium apparatus by direct laser growth. The method of laser growth made it possible to obtain a 3-layer material with a high-quality compound. Studies of the phase composition using XRD showed that the main phase of the vanadium solution is b-(Cr, Ti, V) solid solution. Under the conditions of the transition zone of titanium, iron is replaced during the interaction under the conditions of laser sputtering of the existing steel. VCrFe, which is a solid solution based on vanadium.

Keywords: three-layer material, vanadium alloy, connecting zone, radiation exposure, fuel element, V-5Ti-5Cr, steel 430.