216,8 Kb.НазваниеТехнологические аспекты, обеспечивающие создание корпусных материалов для водо-водяных реакторов повышенной безопасности и ресурсаДата конвертации08.10.2012Размер216,8 Kb.Тип ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ СОЗДАНИЕ КОРПУСНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВОДО-ВОДЯНЫХ РЕАКТОРОВ ПОВЫШЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И РЕСУРСА.Г.Н. Филимонов, В.В. Цуканов, И.И. Грекова, И.И. Теплухина, В.В. Дюков, Т.И. Титова, Н.А.Шульган, И.И. Храпов.ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, Россия ОАО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург, РоссияВ мировой энергетике и энергетике России наиболее широкое распространение получили водоохлаждаемые атомные энергетические установки с реакторами в корпусном исполнении с водой под давлением. Задачи развития атомной энергетики в России в ближайшие годы будут решаться с помощью строительства энергоблоков с атомными реакторами большой мощности (до 1500 МВт и более) с ресурсом 60 лет и более. В соответствии с современной мировой тенденцией корпуса этих реакторов будут иметь больший диаметр (по сравнению с ВВЭР-1000) вследствие увеличения размеров активной зоны для повышения мощности и зазора между топливными элементами и стенкой корпуса для уменьшения интегрального флюенса на металл корпуса. Параметры водяного теплоносителя (температура и давление) при этом останутся примерно на том же уровне, что и у реакторов ВВЭР-1000. Для разрабатываемых конструкций корпусов требуются поковки обечаек с толщиной стенок до 650 мм. Вместе с тем, совершенствование реакторных материалов остается по-прежнему актуальной задачей, т.к. реализация поставленной задачи только за счет конструктивных решений не всегда возможна и часто приводит к значительным, иногда неразрешимым технологическим затруднениям. Совершенствование материалов включает как корректировку химического состава стали, так и оптимизацию технологического процесса их изготовления, включая, термо-механические режимы ковки и прокатки и, что особенно актуально, режимы предварительной и окончательной термической обработки. Для корпусов ВВЭР, работающих при температурах 270-325`С широко используются Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V свариваемые стали марок 15Х2МФА (15Х2МФА-А), 15Х2НМФА (15Х2НМФА-А, 15Х2НМФА класс1). Свариваемая теплостойкая сталь15Х2МФА была разработана около 50 лет назад и успешно применялась для изготовления российских атомных энергетических реакторов как корабельного типа, так и реакторов атомных электростанций средней мощности. Сталь марки 15Х2МФА-А повышенной чистоты обладает наиболее высоким сопротивлением радиационному и тепловому охрупчиванию среди отечественных и зарубежных сталей такого же назначения, что определяет высокий запас её эксплуатационной стабильности. Однако её применение для толстостенных корпусных деталей современных реакторов было ограничено недостаточным уровнем прочности (RP0,2 при 350`С ЂЂЂ 396 МПа) и прокаливаемости, определяющей максимальную толщину, в которой обеспечиваются необходимые свойства. Повышение единичной мощности блоков АЭС привело к увеличению размеров и толщины стенок корпусов ВВЭР. С целью повышения прокаливаемости в крупных сечениях были разработаны стали Cr-Ni-Mo-V композиции марок 15Х2НМФА (15Х2НМФА-А), содержащие никель до 1,5 %. Они обладают более высокой прокаливаемостью и более высоким уровнем прочности (при 350`С RP0,2 ЂЂЂ441 МПа) по сравнению с безникелевой композицией. Однако, многочисленными исследованиями было показано преимущество Cr-Mo-V композиции в отношении сопротивления тепловому и радиационному охрупчиванию перед отечественными сталями, дополнительно легированными никелем, а также перед зарубежными реакторными сталями /1/. Сталь 15Х2НМФА(А) даже при низком содержании вредных примесей имеет менее высокую радиационную стойкость и более чувствительна к тепловому охрупчиванию, чем сталь марки 15Х2МФА-А, хотя и не уступает по этим характеристикам зарубежным корпусным сталям Mn-Ni-Mo композиции (А-533, А-508 кл.3). Никель, как известно, повышает чувствительность стали к радиационному и тепловому охрупчиванию (рис. 1). При содержании Ni более 1,3% дозовая зависимость изменения критической температуры хрупкости становится достаточно крутой, что свидетельствует об увеличении интенсивности процесса охрупчивания и о возможном изменении самого механизма радиационного повреждения стали. В связи с этим в стали марки 15Х2НМФА-А, для деталей корпусов АЭС, подвергаемых интенсивному облучению, максимальное содержание никеля было снижено с 1,5% до 1,3% (сталь марки 15Х2НМФА кл.1). С учётом накопленного опыта эксплуатации материалов корпусов реакторов, а также результатов исследований зависимости теплового и радиационного охрупчивания от содержания никеля, выполненных в РНЦ КИ и ЦНИИ КМ «Прометей», и показавших слабое влияние никеля до концентраций менее 0,8%, была разработана новая марка стали с содержанием никеля в пределах 0,6-0,8% /2/. Уменьшение прокаливаемости вследствие снижения содержания никеля на 0,5% по сравнению со сталью марки 15Х2НМФА кл.1 компенсируется повышением содержания хрома до 3,0% и повышением минимально допустимого содержания углерода. Увеличение содержания ванадия способствует, повышению эксплуатационной стабильности за счет образования более температурно-устойчивых карбидов. Рис.1. Влияние никеля на тепловое (а) и радиационное (б) охрупчивание стали типа15Х2НМФА Учитывая, что медь и фосфор играют важнейшую роль в процессе радиационного охрупчивания корпусных сталей, допускаемое содержание этих вредных примесей было понижено до 0,07% и 0,007%. Предельный уровень содержания серы, оказывающей отрицательное влияние на уровень вязкости в исходном состоянии, был также снижен до 0,007%. Получение крупных полуфабрикатов корпусных реакторных сталей с таким низким содержанием вредных примесных элементов стало возможным только благодаря научным и техническим достижениям металлургии, металлургического машиностроения, а также развитию методов и приборного оснащения экспресс-анализа химического состава. Важнейшими проблемами при изготовлении массивных поковок из слитков более 150 тонн являются получение возможно большей степени гомогенности состава и изотропности свойств, а также мелкозернистой бейнитно-мартенситной структуры по всему объёму заготовок. С этой целью был разработан и применяется ряд технологических мероприятий, включающих: на стадии выплавки: - использование контролируемой по примесным элементам шихты, - использование специально подобранных модификаторов, а также технологии их введения для глобулизации неметаллических включений с применением обработки в установке внепечного рафинирования и вакуумирования, - применение особых методов выплавки и рафинирования металла для снижения степени зональной и осевой ликваций, - применение вакуумной разливки; на стадии горячей пластической обработки: - выбор оптимального режима ковки, позволяющего избежать перегрева и неконтролируемого роста зерна; на стадии термической обработки: - применение режимов предварительной и основной термической обработки, обеспечивающих отсутствие флокенов и мелкозернистую мартенситно-бейнитную структуру; - выбор оптимального сочетания режимов основного и дополнительных отпусков для получения требуемого соотношения прочностных и пластических свойств. Настоящее сообщение посвящено вопросу выбора оптимальных режимов термической обработки. Увеличение безопасного срока службы корпуса реактора можно обеспечить з
Технологические аспекты, обеспечивающие создание корпусных материалов для водо-водяных реакторов повышенной безопасности и ресурса
Технологические аспекты, обеспечивающие создание корпусных материалов для водо-водяных реакторов повышенной безопасности и ресурса
Комментариев нет:
Отправить комментарий