Исследование влияния мартенсита деформации на коррозионную стойкость оборудования и трубопроводов АЭС из аустенитных сталей

Аустенитные нержавеющие стали в силу их механических, коррозионных и технологических свойств широко используют в атомной и тепловой энергетике. В работе представлены результаты исследования влияния мартенсита деформации на коррозионную стойкость хромоникелевых сталей аустенитного класса. Исследовали используемые в оборудовании АЭС образцы теплообменных труб парогенераторов, гибов труб, пластин, входящих в состав паровых турбин, предохранительных клапанов. Испытания проводили с применением металлографического, рентгеноструктурного, атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного спектральных анализов. Для определения содержания ферритной фазы использовали электронную микроскопию. Установлено, что пятна темно-серого цвета неправильной формы, расположенные вдоль линии, параллельной оси образца, содержат оксиды железа. Появление подобных дефектов, которые наблюдали только на внешней поверхности изделий, обусловлено технологией их изготовления. Показано, что интенсивная пластическая деформация, возникающая в процессе производства или эксплуатации, приводит к образованию мартенсита деформации, подверженного коррозии. При этом коррозионное растрескивание сопровождается напряжением. Выявлено также, что в металле образцов отсутствует δ-феррит. Формируемый при эксплуатации изделия мартенсит деформации в месте контакта с более твердым материалом приводит к появлению большого количества микротрещин, которые в условиях циклического нагружения развиваются по усталостному механизму. Полученные результаты могут быть использованы при оценке вероятности формирования деформационного мартенсита в хромоникелевых аустенитных сталях.

1. Das A., Chakraborti P., Tarafder S., Bhadeshia H. Analysis of deformation induced martensitic transformation in stainless steels / Mater. Sci. Technol. 2011. Vol. 27. N 1. P. 366 – 370. DOI: 10.1179/026708310X12668415534008

2. Ozgowicz W., Kurc A., Kciuk M. Effect of deformation-induced martensite on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of X5CrNi18-8 stainless steel / Arch. Mater. Sci. Eng. 2010. Vol. 43. N 1. P. 42 – 53.

3. Снежной Г. В. Магнитометрическая оценка коррозионной стойкости аустенитных хромоникелевых сталей в зависимости от фазового состава / Двигатели и энергоустановки аэрокосмических летательных аппаратов. 2013. С. 195 – 201.

4. Kurc A., Kciuk M., Basiaga M. Influence of cold rolling on the corrosion resistance of austenitic steel / J. Achiev. Mater. Manufact. Eng. 2010. Vol. 38. N 2. P. 154 – 162.

5. Wang Z., Beese A. Effect of chemistry on martensitic phase transformation kinetics and resulting properties of additively manufactured stainless steel / Acta Mater. 2017. Vol. 131. P. 410 – 422. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.04.022

6. Shanlin He, Daming Jiang, Zhaoyuan Sun. Effect of Deformation-Induced Martensite on Protective Performance of Passive Film on 304 Stainless Steel / Int. J. Electrochem. Sci. 2018. Vol. 13. P. 4700 – 4719. DOI: 10.20964/2018.05.11

7. Бакиров М. Б., Корнеев А. Е., Мазепа А. Г., Выставкин И. А. Моделирование и контроль степени циклического повреждения трубопроводов из аустенитной стали на АЭС после длительных сроков эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2002. Т. 68. № 9. С. 36 – 41.

8. Lo K., Shek C., Lai J. Recent developments in stainless steels / Mater. Sci. Eng. 2009. Vol. 65. P. 39 – 104. DOI: 10.1016/j.mser.2009.03.001

9. da Fonseca G. S., de Oliveira S. C., Chaves J. G., et al. Study of Martensitic Transformation in 304L Austenitic Stainless Steel after Tensile and Low Cycle Fatigue Tests / J. Mater. Sci. Res. 2020. Vol. 9. P. 22 – 31.

10. Корнеев А. Е., Ярополова Е. И. Дифференциальный рентгеноструктурный фазовый анализ сталей / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т. 71. С. 24 – 26.

11. Bassler H.-J., Dobmann G., Lang M., Eifler D. Characterization of the fatigue behaviour of austenitic steel using HTSL- Squid / 23th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. — San Diego, USA, 1997. P. 1597 – 1604.

12. Angel T. Formation of martensite in austenitic stainless steels: Effects of deformation, temperature and composition / J. Iron Steel Inst. 1954. Vol. 177. P. 165 – 174.