У дисертації приведені теоретичне узагальнення і нове рішення наукової проблеми, які виражені в розробці комплексного підходу і наукових принципів керування структуроутворенням і формуванням властивостей на всіх стадіях виготовлення труб-оболонок твел зі сплаву цирконію (Zr1Nb) і корозійностійкої сталі аустенітного класу, що задовольняють умовам експлуатації в активних зонах ядерних реакторів. Вирішена актуальна для України науково-технічна і прикладна проблема створення технології і організації виробництва труб-оболонок твел зі сплаву цирконію для реакторів ВВЕР-1000 українських АЕС з використанням сировинного, виробничого і наукового потенціалу держави. Проведені дослідження дозволяють зробити наступні основні висновки. 1. На основі аналізу літературних джерел визначено, що дослідження, які зв'язують характеристики роботи твел і поліпшення їхньої якості за рахунок удосконалення технологічних процесів їхнього виробництва, практично відсутні. У роботі виконано аналіз причин руйнування твел у процесі експлуатації і визначені металознавчі проблеми розробки технологічних процесів виробництва труб-оболонок твел, спрямовані на зниження хімічної і структурної неоднорідності металу, формування комплексу структурних і механічних властивостей з урахуванням анізотропії матеріалу, створення визначеного типу текстур, формування і конструювання спеціальних низькоенергетичних границь зерен, одержання поверхні труб з високою корозійною стійкістю. Для сплаву Zr1Nb проаналізовано світовий досвід виробництва труб-оболонок і розроблені наукові принципи побудови технологій їхнього виготовлення, що є актуальним для України. 2. Вперше встановлені закономірності структуроутворення сплаву Zr1Nb, характерні для нових способів виплавки: електронно-променевої гарнисажної плавки з електромагнітним перемішуванням і відцентровим литтям у вакуумі. Запропоновано механізм пакетного росту пластин a-цирконію і ніобиєвої фази з установленням взаємозв'язку ширини пакетних пластин a-цирконію з властивостями литого і гарячедеформованого металу при пресуванні труб-заготовок. Зменшення ширини a-пластин при литті забезпечує повноту ba перетворення при пресуванні. 3. Аналіз різних способів виплавки злитків сплаву Zr1Nb і пошук нових виявили, що найбільш перспективними з погляду однорідності структури по довжині і перерізу злитка, меншої різнозернистості і більш високих технологічних характеристик для наступного деформаційного переділу є способи електронно-променевої гарнисажної плавки з електромагнітним перемішуванням, а також зазначений спосіб у комплексі з відцентровим литтям у вакуумі. Розроблено ідею одержання литої трубної заготовки. 4. Вперше теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено одержання тонкодиференційованої перекристалізованої структури мартенсито- та бейнітоподібного типів для литого стану сплаву Zr1Nb при високотемпературному пресуванні в b-області (950...1000С) з високими ступенями деформації (m = 27...50, e> 90%) і наступним гартуванням у воді з прокатного нагрівання, що дозволило виключити процеси кування (Декл. пат. 31165А, Укр.). 5. Обґрунтована можливість керування деформаційними процесами в умовах дворядних схем холодної прокатки труб за рахунок зміни напруженого стану, що дозволило збільшити разові деформації. Досягнення великих ступенів деформації обумовило необхідність переходу на новий рівень поняттів визначення механізму структуроутворення з урахуванням ротаційних мод пластичності, активізації процесів двійникування. На базі цих розробок запропонована і випробувана в промислових умовах при виготовленні труб-оболонок твел з корозійностійкої сталі аустенітного класу технологія інтенсивних обтисків. Перевагою нової технології є скорочення циклічності виробництва в 2 рази, більш повне використання ресурсу пластичності металу (АС №1736049, СРСР; АС №1409358, СРСР). 6. Розроблено моделі розрахунку пошкоджуваності металу, з урахуванням напружено-деформованого стану дворядних схем прокатки з великими ступенями обтисків, на підставі яких запропоновані раціональні режими деформації. 7. Вперше встановлена кореляція текстури і механічних властивостей труб-оболонок з корозійностійкої аустенітної сталі, виготовлених за новою технологією інтенсивних обтисків. Визначено, що підвищення технологічної пластичності багато в чому визначається формуванням нестійких компонентів перехідного типу в осьовій L-текстурі (розмиття компоненти (001) L-текстури). 8. Виконані порівняльні дослідження фізико-механічних властивостей і структури труб з корозійностійкої сталі аустенітного класу, отриманих за традиційною і новою технологіями, доказово установили, що при використанні в технологічній схемі інтенсивних обтисків спостерігаються: менша різнозернистість металу, однорідна структура по довжині труби і товщині стінки труб, менша швидкість повзучості. 9. На підставі наскрізних напівпромислових експериментів по вибору технологічних схем виготовлення труб-оболонок з корозійностійкої сталі і сплаву цирконію запропонована нова технологія побудови технологічних процесів з використанням малогабаритних литих трубних заготовок, отриманих способом відцентрового лиття і електронно-променевою плавкою з електромагнітним перемішуванням, їхньої подальшої деформації за схемами інтенсивних обтисків на стадіях гарячої і холодної прокатки. Встановлено, що запропоновані схеми деформації є більш економічними, ресурсозберігаючими і забезпечують комплекс властивостей, необхідний для експлуатації труб-оболонок в умовах атомних енергетичних установок (Декл. пат. 31195А, Укр.; Декл. пат. 38160, Укр.). 10. Проблема виключення хімічної і структурної неоднорідності, стримання зернограничних процесів корозійностійкої сталі аустенітного класу, по-новому розглянута в дисертації шляхом створення технології зернограничного проектування за рахунок випуску трубної продукції з вирощених монокристалів, або створення спеціальних границь у полікристалах. Проведено порівняльні дослідження загальних закономірностей розвитку пластичної деформації полі- і монокристалів з аустенітної сталі і вперше у вітчизняній практиці виготовлені експериментальні зразки оболонкових труб розміром 6,90,4 мм із монокристалічної заготовки аустенітної сталі 03Х17Н14М3 і 026Х16Н15М3Б. 11. Вивчено можливості і визначені деякі закономірності конструювання низькоенергетичних границь зерен у полікристалах. Знайдено умови механіко-термічної обробки для створення полікристалів зі сталі 03Х17Н14М3 з переважним вмістом низькоенергетичних границь зерен. Встановлено можливість формування полікристалічної структури з високим вмістом низькоенергетичних границь в оболонках твел, отриманих з монокристалів сталі. 12. Розширено уявлення про формування рельєфу поверхні на різних стадіях технологічного процесу виробництва труб. Запропоновано нові в трубному виробництві способи обробки поверхні труб-оболонок вільними абразивами з використанням для очищення внутрішньої поверхні зустрічних реверсивних потоків абразиву, а зовнішньої – абразивних порошків, ущільнених енергією магнітного поля. Рекомендовані технічні рішення реалізовані при створенні принципової схеми й устаткування очищення і ремонту внутрішньої поверхні на установці, що створює реверсивні потоки абразивів, а також у технічному проекті верстата для магнітно-абразивного очищення і полірування зовнішньої поверхні. Технології й устаткування універсальні і можуть використовуватися для очищення поверхні інших видів труб. 13. У промислових умовах ДЗ ДТІ і ВАТ “НПТЗ” прокатані дослідні партії труб зі сплаву цирконію КТЦ 110 (Zr1Nb) українського виробництва і виконане комплексне дослідження їхньої структури і властивостей. Визначено, що продукція характеризується необхідним рівнем геометричних розмірів, механічних властивостей при різних температурах, коефіцієнтом анізотропії, високим рівнем корозійної стійкості без осередків руйнування та ознак нодулярної корозії, необхідною текстурою, тривалою міцністю і малоцикловою втомою. У цілому отримано переконливе свідчення ефективності технології виготовлення труб на всіх етапах технологічного процесу, що також підтверджено випробуваннями труб на моделях твел. 14. Ефективність виробництва перших дослідних партій труб зі сплаву Zr1Nb на підприємствах України базується на введенні в промислову практику інженерної системи визначення критичних етапів технологічних процесів і їхніх параметрів. Аналіз “критичних” процесів трансформований у розробку технологічних інструкцій (ТТІ-З-ТР-24-357-97 від 25.02.1997, ДЗ ДТІ; ТТІ-ВАТ “НПТЗ” від 21.12.1998), технічних умов (ТУ В 27.1-8-53-2001; ТУ 27.1-8-52-2001), а також 12 галузевих методик оцінки якості цирконієвої продукції. Нормативна документація затверджена наказом Міністерства палива й енергетики від 07.11.02 № 658 і введена як галузеві стандарти. Організація цирконієвого прокатного виробництва є економічно доцільною і носить стратегічний характер. Щорічна економія валютних коштів при освоєнні проектної потужності виробництва цирконієвих труб складе 30 млн. дол. | 