Влияние облучения ионами Fe на наноструктуру дисперсно-упрочненных оксидами сталей при 350°C

Улучшенные механические свойства дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) сталей, перспективных материалов активной зоны реакторов, обусловлены высокой плотностью однородно распределенных наноразмерных оксидных включений. Перестройка наноструктуры ДУО сталей при облучении определяет их стабильность при эксплуатации в реакторных условиях. В настоящей работе исследованы три ДУО стали: Eurofer ODS, 10Cr ODS и KP-3 ODS с различными системами легирования. В этих сталях содержание хрома варьируется от 9 до 14 ат. %, а также в различных соотношениях содержатся такие легирующие элементы, как V, Ti, Al, W и Mn. Исследовалось влияние облучения ионами железа до 3, 6 и 30 сна при температуре 350°C. Радиационно-индуцированные изменения анализировались методами просвечивающей электронной микроскопии и атомно-зондовой томографии. Хотя размеры оксидных включений под облучением практически не изменялись, наблюдалось уменьшение их объемной плотности в сталях 10Cr ODS и KP-3 ODS, в то время как в Eurofer ODS объемная плотность оксидов не изменилась при облучении до 30 сна. В целом упрочнение исследованных ДУО сталей от включений при облучении до 30 сна при температуре 350°С изменялось незначительно, что указывает на их радиационную стойкость и низкую склонность к низкотемпературному радиационному упрочнению и охрупчиванию.

1. Yvon P., Carre F. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 385. P. 217.

2. Klueh R.L., Shingledecker J.P., Swindeman R.W., Hoelzer D.T. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 341. P. 103.

3. Ukai S., Okuda T., Fujiwara M., Kobayashi T., Mizuta S., Nakashima H. // J. Nucl. Sci. Technol. 2002. V. 39. P. 872.

4. Hoelzer D.T., Bentley J., Sokolov M.A., Miller M.K., Odette G.R., Alinger M.J. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 367–370. P. 166.

5. Wharry J.P., Swenson M.J., Yano K.H. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 486. P. 11.

6. Liu X., Miao Y., Wu Y., Maloy S.A., Stubbins J.F. // Scr. Mater. 2017. V. 138. P. 57.

7. Rogozhkin S., Bogachev A., Korchuganova O., Nikitin A., Orlov N., Aleev A., Zaluzhnyi A., Kozodaev M., Kulevoy T., Chalykh B., Lindau R., Möslang A., Vladimirov P., Klimenkov M., Heilmaier M., Wagner J., Seils S. // Nucl. Mater. Energy. 2016. V. 9. P. 66.

8. Ukai S., Fujiwara M. // J. Nucl. Mater. 2002. V. 307– 311. P. 749.

9. Carlan Y., Bechade J.-L., Dubuisson P., Seran J.-L., Billot P., Bougault A., Cozzika T., Doriot S., Hamon D., Henry J., Ratti M., Lochet N., Nunes D., Olier P., Leblond T., Mathon M.H. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 386– 388. P. 430.

10. Mateus R., Carvalho P.A., Nunes D., Alves L.C., Franco N., Correia J.B., Alves E. // Fusion Eng. Des. 2011. V. 86. P. 2386.

11. Jeong Y.H., Kim W.J., Kim D.J., Jang J., Kang S.H., Chun Y.-B., Kim T.K. // Proc. Eng. 2014. V. 86. P. 1.

12. Kimura A., Cho H.-S., Toda N., Kasada R., Yutani K., Kishimoto H., Iwata N., Ukai S., Fujiwara M. // J. Nucl. Sci. Technol. 2007. V. 44. No. 3. P. 323.

13. Rogozhkin S.V., Nikitin A.A., Khomich A.A., Iskandarov N.A., Khoroshilov V.V., Bogachev A.A., Lukyanchuk A.A., Raznitsyn O.A., Shutov A.S., Fedin P.A., Kuibeda R.P., Kulevoy T.V., Vasiliev A.L., Presniakov M.Yu., Kravchuk K.S., Useinov A.S. // Yad Fiz. Inzhin. 2018. V. 9. No. 3. P. 245 (in Russian); Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1239.

14. http://www.srim.org/

15. Рогожкин С.В., Алеев А.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Кириллов С.Е. // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. С. 129.

16. Разницын О.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Рогожкин С.В. и др.// Масс-спектрометрия. 2017. Т. 14. № 1. С. 33.

17. Алеев A.А., Рогожкин С.В., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Никитин А.А., Искандаров Н.А., Корчуганова О.А., Кириллов С.Е. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018661876 (20 сентября 2018 г.). https://www1.fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/702/112/%D0%98%D0%97-02702112-00001/document.pdf

18. Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York: Kluwer Academic.

19. Cerezo A., Davin L. // Surf. Interface Anal. 2007. V. 39. P. 184.

20. Rogozhkin S.V., Khomich A.A., Bogachev A.A., Nikitin A.A., Lukyanchuk A.A., Raznitsyn O.A., Shutov A.S., Vasiliev A.L., Presniakov M.Yu. // Yad. Fiz. Inzhin. 2020. V. 11. No. 1. P. 22 (in Russian); Phys. At. Nucl. 2020. V. 83. No. 10. P. 1425.

21. Klimenkov M., Lindau R., Möslang A. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 386–388. P. 553.

22. Bhattacharyya D., Dickerson P., Odette G.R., Maloy S.A., Misra A., Nastsi M. // Philos. Mag. 2012. V. 92. P. 2089.

23. Hsiung L., Fluss M., Tumey S., Kuntz J., El-Dasher B., Wall M., Choi B., Kimura A., Willaime F., Serruys Y. // J. Nucl. Mater. 2011. V. 409. P. 72.

24. Xu S., Zhou Z., Jia H., Yao Z. // Steel Res. Int. 2018. V. 90. P. 1800594.

25. Lucas G.E. // J. Nucl. Mater. 1993. V. 206. P. 287.

26. Gil E., Ordás N., García-Rosales C., Iturriza I. // Fusion Eng. Des. 2015. V. 98–99. P. 1973.

27. Swenson M.J., Dolph C.K., Wharry J.P. // J. Nucl. Mater. 2016. V. 479. P. 426.