Анотація до роботи:

Буряк Т.М. Структуроутворення і формування властивостей трубної заготовки і труб для атомної енергетики з використанням нових способів виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 – Металознавство та термічна обробка металів – Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ, 2005 р.

Дисертація присвячена комплексному дослідженню формування структури і властивостей в трубній заготовці і трубах із корозійностійких сталей, сплавів цирконію і титана, які було одержано за новими технологіями з метою підвищення їх структурної однорідності. Доведено, що використання литих трубних заготовок газо-кисневого рафінування із корозійностійкої сталі і гарнісажної електронно-променевої плавки з електромагнітним перемішуванням розплаву із сплавів на основі цирконію і титану, у сукупності із інтенсифікацією температурно-деформаційних параметрів їх гарячої за деформації, сприяє підвищенню структурної однорідності труб. Визначені умови формування типу структури, який забезпечує підвищення властивостей у трубах, у тому числі технологічних і експлуатаційних. Запропоновані нові ресурсозберігаючі технології виготовлення труб для атомної енергетики. В заводських умовах виготовлені труби. Комплексна оцінка якості довела, що склад, структура і властивості одержаних за новими технологіями труб, відповідають стандартним нормам і вимогам сучасної атомної енергетики.

В дисертації приведені теоретичні узагальнення та нові рішення науково-технічних задач підвищення структурної однорідності і поліпшення комплексу властивостей в трубній заготовці і трубах для атомної енергетики, стосовно до промислового та наукового потенціалу України. На підставі одержаних результатів, сформульовані наступні висновки.

1. З аналізу літературних джерел встановлено, що зниження вмісту шкідливих домішок, підвищення структурної однорідності і рівня механічних властивостей є необхідною умовою поліпшення комплексу експлуатаційних характеристик труб, призначених для атомної енергетики (стійкість до повзучості, корозії, окрихчування), що не завжди забезпечує сучасна металургійна і трубна промисловість. На сьогодні практично відсутні дослідження, що відображають вплив технологічних факторів при виробництві трубної заготовки на формування структури і властивостей в передільних і готових трубах. До теперішнього часу обмежена інформація про результати комплексного дослідження труб, одержаних з металу ГКР, ЕПП, ГЕМП, ВЦБЛ, що стримує розширення використання їх на АЕС.

2. Дослідження трубної заготовки з різним уковом діаметром від 80 до 250 мм із сталі 08Х18Н10Т, 03Х17Н14М2, 15Х25Т, одержаної за традиційною технологією методом кування, показали неминучу структурну неоднорідність по перетину заготовки у вигляді лікваційного квадрата, різнозернистості з аномальним зростанням окремих зерен, смугастості, колоній неметалевих включень, зосереджених в серцевині заготовки. При цьому, в металі кованої заготовки із сталі 08Х18Н10Т відкритої електровиплавки вміст неметалевих включень, вуглецю і сірки в 1,2…2 рази вище в порівнянні з металом ГКР.

3. Вперше виконана порівняльна оцінка структури і властивостей в гарячедеформованих трубах діаметром 325 мм із сталі 08Х18Н10Т, виготовлених за традиційною технологією на автоматстанах з кованої заготовки в Україні і Японії. Встановлено, що в трубах формується неоднорідна структура після різної стадії розміцнення з наявністю нерекристалізованих зерен, це знижує експлуатаційні властивості труб.

4. Встановлено, що використаний для виготовлення труб злиток ГКР із сталі 08Х18Н10Т характеризується рівномірністю розподілу по перетину злитка хімічних елементів і структурних складових (неметалевих включень, феритної фази), пониженим вмістом вуглецю (0,04%), сірки (0,010%) з високим відношенням Ti/C 12. Вперше науково обгрунтована і експериментально випробувана ідея вживання литої заготовки ГКР при виробництві труб для АЕС.

5. Вперше встановлено, що виготовлення гарячедеформованих труб діаметром 325 мм із злитка ГКР сталі 08Х18Н10Т методами пресування і пілигримової прокатки з великими ступенями деформації ( 75…95 %), дозволяє трансформувати вихідну дендридну структуру аустеніту в однорідну рекристалізовану з формуванням низькоенергетичних двійникових границь та зменшеною до 1 номера різнозернистістю без проведення термічної обробки. Стійкість труб до МКК, рівень їх механічних властивостей і величина зерна повністю задовольняють нормативним вимогам (ТУ 14-3-197-89, ТУ 14-3Р-197-2001).

6. Вперше визначені відмітні особливості формування структури і властивостей сталі 03Х17Н14М2 в процесі виготовлення прецизійних труб діаметром 12 мм, на стадіях отримання: заготовок нового типу (кованої ГКР і ВЦБЛ), передільних гарячепресованих і готових холоднодеформованих труб. Встановлено, що локалізація -ферриту в міждендритних ділянках ВЦБЛ заготовки і протікання в процесі трубного переділу ag-перетворення з формуванням однофазної структури на основі аустеніту, приводить до посилення лікваційної смугастості в трубах в порівнянні з металом ГКР. Підтверджена можливість отримання із заготовок нового типу труб для АЕС. Виготовлені дослідні партії з високим рівнем механічних властивостей, дрібнозернистою структурою, стійкі до МКК.

7. Вперше теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена можливість отримання методом ГКР складнолегованої високобористої сталі на Fe-Cr-Ni-основі типу Х16Н15М2РБ (0,80…1,72 % В) з рівномірним розподілом боридної фази в об'ємі злитка. Оцінений вплив вмісту бору на властивості, структуру і фазовий склад сталі, де основною складовою є боридна евтектика на основі Cr та Fe, яка також містить Ni, Mn, Mo, Nb, Si. При 1150С спостерігається часткове руйнування і коагуляція евтектичної фази, що приводить до підвищення технологічної пластичності одержаної сталі, яка є важкодеформуємим матеріалом.

8. Виконана комплексна порівняльна оцінка структури і властивостей сплаву Zr1Nb, одержаного штатним ЕПП, а також стаціонарним і відцентровим литтям після ГЕМП. Показано, що в металі ГЕМП в 1,5…2 рази нижче вміст азоту, кисню і інших домішок, в 1,2…1,5 рази нижче твердість, відношення s_0,2/s_В, а ударна в'язкість в 1,5…2,5 рази вище з меншою різнозернистістю в порівнянні з металом штатного ЕПП. Встановлений тісний взаємозв'язок між міцністними властивостями (s_В s_0,2) і твердістю сплаву Zr1Nb в литому стані, що підтверджено високими значеннями коефіцієнтів кореляції і детермінації (> 0,9). На підставі результатів дослідження литих заготовок і гарячепресованих труб, вперше розроблені технічні вимоги, визначені критерії оцінки якості литих трубних заготовок.

9. Показано, що в злитках із сплавів Zr1Nb, Zr-Nb, Sn, Fe і ВТ1-0, одержаних методом ГЕМП, формується дрібнозерниста однорідна структура, високі характеристики міцності у сукупності із хімічною чистотою і задовільним рівнем технологічної пластичності, це дозволяє використовувати їх як трубні заготовки при виробництві труб для АЕС.

10. Удосконалені режими нагріву і гарячої деформації литих заготовок із сталі 08Х18Н10Т, сплавів Zr1Nb, ВТ1-0. В промислових умовах ЗАТ "НТЗ" і ДЗ ДТІ виготовлені труби, якість яких відповідає стандартним нормам і вимогам до матеріалів, що призначені для АЕС.

11. Рекомендовано для атомної енергетики здійснювати одержання корозійностійкої сталі, у тому числі низьковуглецевої (0,03 % С) і високобористої (1,7 % В) способом ГКР, а сплавів на основі цирконію і титана – способом ГЕМП, перспективним для одержання сталі і сплавів слід вважати спосіб ВЦБЛ.

12. На основі отриманих результатів запропоновані ресурсозберігаючі технології виготовлення труб із сталі 08Х18Н10Т (патент України № 5385), 03Х17Н14М2, титану ВТ1-0, що виключають кування заготовки і термічну обробку гарячедеформованих труб, які характеризуються в 1,5…2 рази скороченням циклічності виробництва порівняно з традиційними технологіями.

Основний зміст дисертації опублікований у виданнях:

1. Буряк Т.Н. О применении литых заготовок при производстве труб для атомной энергетики // Теория и практика металлургии. – 2003. – №5–6. – С. 92–96.

2. Лезинская Е.Я., Буряк Т.Н. Проблемы оценки качества металла труб активной зоны атомных реакторов в процессе дореакторных испытаний // Вопросы атомной науки и техники. – 2004. – №3(85). – С.66-74.

3. Буряк Т.Н., Вахрушева В.С., Лезинская Е.Я. Формирование структуры и свойств в горячедеформированных трубах из коррозионностойкой стали для энергомашиностроения // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – №1. – С. 60–63.

4. Лезинская Е.Я., Даниленко Т.П., Чеха В.Н., Буряк Т.Н., Гудзенко Л.Н. Ликвационная неоднородность металла труб-оболочек твэл из стали типа 16–15 // Вопросы атомной науки и техники. – 1993. – Вып. 1 (60). – С. 86–89.

5. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н., Стороженко И.А. Влияние бора на формирование структуры и свойств коррозионностойкой стали на основе аустенита // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1998. – №3. – С. 56–58.

6. Вахрушева В.С., Буряк Т.М. Тенденції виготовлення і використання матеріалів з бору для атомної енергетики (огляд) // Металознавство і обробка металів. – 2004. – № 2 . – С. 36-40.

7. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н., Медведев М.И., Лезинская Е.Я. Альтернативная технология производства труб из коррозионностойких сталей и сплавов цветных металлов, предназначенных для различных отраслей машиностроения // Темат. сб. научн. трудов "Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении". – Краматорск – Славянск (ДГМА): 2000. – С. 129–132.

8. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Буряк Т.Н., Сердюк В.А., Коленкова О.А. Влияние способа получения литой трубной заготовки на структуру и свойства горячепрессованных труб из сплава Zr1Nb // Вопросы атомной науки и техники. – 2002. – №1(12). – С. 93–95.

9. Буряк Т.Н., Вахрушева В.С., Ярошенко Н.В., Погорелый К.В., Стороженко И.А. Влияние химического состава и способа изготовления трубной заготовки на температурно-деформационные параметры процесса горячей деформации труб из сплава Zr1Nb // Вопросы атомной науки и техники. – 2002. – №3 (81). – С. 83–87.

10. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н., Ладохин С.В., Левицкий Н.И. Использование литых заготовок нового типа при производстве труб из титана // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2001. – №13. – С. 60–63.

11. Буряк Т.Н., Вахрушева В.С., Ладохин С.В., Лапшук Т.В., Левицкий Н.И., Мирошниченко В.И. Получение титановых труб из заготовок электроннолучевой плавки с использованием отходов // Проблемы специальной электрометаллургии. – 2001. – №3(64). – С. 24–29.

12. Пат. 5385 Україна, МКП В 21В23/00. Спосіб виготовлення труб із аустенітних сталей / Друян В.М., Лезинська О.Я., Ковальова Г.Л., Рабінович О.В., Перчанік В.В., Козловський А.І., Рищенко Ю.О., Буряк Т.М. (Україна) / Держ. наук.-дослідн. та констр.-технологічн. ін-т трубної пром-ті; заявка №94240522, заявл. 06.04.93. Опубл. 28.12.94; Бюл. №7–1. – 5 с.

Додатково наукові результати відображені в публікаціях:

13. Анализ технической документации на трубы из коррозионностойкой стали специального назначения / Сокуренко В.П., Лезинская Е.Я., Ковалева Л.Г., Буряк Т.Н. // Обзорн. информ. сер.: Трубное производство. – Ин-т Черметинформация. – М.: 1992. – Вып. 1. – 15 с.

14. Вахрушева В.С., Лезинская Е.Я., Ярошенко Н.В., Буряк Т.Н. Ресурсосберегаю-щая технология производства холоднодеформированных труб специального назначения из центробежнолитой заготовки // Труды 5-й Междунар. научн.-техн. конф. "Теоретические проблемы прокатного производства" (Днепропетровск) / Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2000. – №8–9. – С. 392–394.

15. Ladokhin S.V., Levitsky N.I., Chernyavsky V.B., Lapshyk T.V., Vakhrusheva V.S., Buryak T.N. Titanium and zirconium tube billets production in the electron-beam casting installations // Proc. of the 7-th Int. Conf. on Electron Beam Technologies. – Varna, Bulgaria, 2003. – P. 241–246.

16. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н., Ладохин С.В., Чернявский В.Б. Влияние электроннолучевых технологий на формирование структуры и свойств в литой трубной заготовке из сплава циркония Zr1Nb // Труды Междунар. конф. "Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра". – Киев, 2002. – С. 35–39.

17. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н. Материаловедческие аспекты выбора способа выплавки трубной заготовки из сплава Zr1Nb, предназначенной для изготовления труб-оболочек твэл // В сб.: Производство труб и баллонов (ДТІ). – Днепропетровск, 2002. – С. 67–75.

18. Вахрушева В.С., Буряк Т.Н. Некоторые материаловедческие аспекты горячей деформации титана при производстве труб // Труды 6-й Междунар. научн.-техн. конф. "Пластическая деформация металлов" (Днепропетровск) / Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. – №8–9. – С. 384–388.