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

Т.В. Демент^1,2†, 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. Dement^1,2†, 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.