Влияние структуры стержней гафния на их механические свойства, коррозионную и радиационную стойкости
В. А. Зуёк, В. С. Красноруцкий, Т. П. Черняева, М. В. Третьяков, Р. А. Рудь
ННЦ «Харьковский физико-технический институт», Научно-технический комплекс «Ядерный топливный цикл», ул. Академическая 1, 61108 Харьков, Украина
Получена 26.06.2019; окончательный вариант — 02.03.2020 Скачать PDF
Аннотация
В работе представлены и обозреваются результаты исследования зависимости механических свойств, коррозионной и радиационной стойкостей прутков гафния от их структуры. Установлено, что оптимальными механическими свойствами (высокой прочностью и пластичностью) обладают прутки в полностью рекристаллизованном состоянии c мелкозернистой структурой. Предел прочности этих прутков при комнатной температуре составляет $\approx$ 575 МПа, относительное удлинение — 27–28%. Из результатов автоклавных коррозионных испытаний и анодных поляризационных кривых следует, что наиболее защитными являются оксидные плёнки, образующиеся на образцах гафния в полностью рекристаллизованном состоянии, что обусловлено низкой поверхностной активностью на границе раздела среда–металл. Скорость коррозии таких прутков гафния в начальный период окисления (до наступления «перелома») хорошо описывается эмпирическим степенным уравнением с показателем степени 0,242 $\pm$ 0,015. После наступления «перелома» (через $\approx$ 6000 ч) кинетика коррозии описывается линейной зависимостью со скоростью 3,12∙10$^{–4}$ $\pm$ 2,07∙10$^{–5}$ мг/(дм$^2$∙год). Из результатов радиационных испытаний, проведённых в ГНЦ РФ НИИАР, и структурно-текстурных исследований этих же образцов прутков гафния в различных структурных состояниях, выполненных в данной работе, показано, что существует корреляция между радиационным ростом прутков гафния и их текстурным коэффициентом (параметром Кернса). Из результатов, приведённых в данной работе, следует, что коэффициент радиационного роста линейно уменьшается с увеличением параметра Кернса до значения 0,33. Это указывает на то, что образцы прутков гафния с более изотропной текстурой менее склонны к радиационному росту. Радиационный рост различается в зависимости и от структуры прутков. Для прутков с одинаковой текстурой и разным размером зерна менее склонными к радиационному росту оказались образцы с мелкозернистой структурой. Более высокую скорость радиационного роста, при схожих параметрах Кернса, показали прутки гафния с крупнозернистой структурой. При облучении при температуре 260–300°C вплоть до флюенса быстрых нейтронов 7,8∙10$^{21}$ см$^{–2}$ деформация радиационного роста прутков с рекристаллизованной структурой, параметром Кернса $\approx$ 0,1 и средним размером зёрен менее 20 мкм практически равна нулю.
Ключевые слова: гафний, структура, текстура, механические характеристики, коррозия, радиационный рост.
Citation: V. A. Zuyok, V. S. Krasnorutskyy, T. P. Chernyayeva, M. V. Tretyakov, and R. O. Rud, Influence of Structure of Hafnium Rods on Their Mechanical Properties, Corrosion and Radiation Resistances, Progress in Physics of Metals, 21, No. 1: 46–71 (2020); doi: 10.15407/ufm.21.01.046