авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

Обоснование моделей радиационного охрупчивания материалов корпусов реакторов и процедуры их применения для оценки состояния эксплуатирующихся корпусов реакторо

-- [ Страница 4 ] --

Как было показано в третьей главе при определенных, достаточно небольших дозах (по сравнению с ресурсными для корпусов реакторов) наблюдается смена механизмов охрупчивания в материалах с повышенным содержанием меди. Вклад -обогащенных преципитатов в изменение свойств снижается и большую роль начинает играть механизм, связанный с образованием преципитатов типа . Действительно в работе [M. Miller, K. Russel, APFIM characterization of high phosphorus Russian RPV weld., Applied surface science, 94/95 (1996) 378-383], опубликованной в 1996 году помимо -обогащенных преципитатов в сварном шве ВВЭР-440 (шов 37, медь-0.13%) были обнаружены преципитаты, которые не содержат атомы . В состав этих преципитатов входят атомы , , и .

Смена лидирующего механизма радиационного охрупчивания связанная с понижением концентрации в твердом растворе, должна происходить и при облучении «высоким» флаксом, только с некоторым отставанием по дозе облучения. В этом случае зависимость от флюенса также носит немонотонный характер (рисунок 5).

Немонотонный характер зависимости от флюенса приводит к тому, что в диапазоне флюенсов 00.51020 см-2 эффект флакса проявляется в более высоких значениях после облучении в условиях более «низкой» плотности потока быстрых нейтронов. При флюенсах близких к 0.51.01020 см-2 значения могут совпадать после облучения «высоким» и «низким» флаксами, как показано на рисунке 7в.

Такими «пересечениями» экспериментальных данных, по-видимому, можно объяснить противоречивость информации, имеющейся в опубликованных источниках, об экспериментальных результатах по исследованию эффекта флакса. Ограниченный набор данных может вводить в заблуждение, если эти данные получены в диапазоне флюенсов, для которого значения совпадают после облучения «высоким» и «низким» флаксами.

Сдвиг под облучением зависит от большего числа факторов: от дозы облучения, химического состава стали и характеристик условий облучения. Следует кратко рассмотреть роль каждого из факторов в изменении значения под облучением. Принято считать, что для данного материала при неизменных условиях облучения увеличение флюенса сопровождается повышением . Как было показано выше, это утверждение не во всех случаях верно. Для оценки материалов корпусов реакторов под облучением немонотонностью зависимости можно пренебречь, аппроксимировав зависимость, например степенной функцией. Это проиллюстрировано на рисунке 10 на примере аппроксимации результатов испытаний образцов-свидетелей РАЭС-1 степенной функцией, которая обладает свойством монотонности.

Рисунок 10 Пример монотонной модели, удовлетворительно описывающей немонотонное поведение под облучением



Химический состав. Известно, несколько химических элементов, входящих в состав материалов ВВЭР-440, которые значимо влияют на склонность к радиационному охрупчиванию, например, Ni, Mn, Si, P, Cu и др. Колебания базового химического состава сварных швов ВВЭР-440 невелики. При разработке моделей охрупчивания под облучением материалов корпусов реакторов обычно используются методы статистической оценки параметров моделей. Поскольку изменение содержания, например , или в пределах марочного состава сталей ВВЭР-440 не оказывает существенного влияния на , выявить их влияние невозможно в рамках базы данных материалов ВВЭР-440. Для решения практических задач применительно к материалам корпусов реакторов ВВЭР-440 это не требуется.

Особое место среди перечисленных химических элементов занимают P и Cu. Изменение их содержания (от 0.010 до 0.038% для P и от 0.04 до 0.22% для Cu) оказывает существенное влияние на радиационную стойкость материалов ВВЭР-440. Фосфор и медь являются химическими элементами, которые определяют чувствительность стали к охрупчиванию под облучением для данного класса материалов. Аналогичное утверждение справедливо применительно к основному металлу корпусов ВВЭР-440. Содержание P и Cu определяют форму функциональной зависимости . При фиксированном значении флюенса и других параметрах облучения содержание P и Cu в стали определяют максимально возможное значение , то есть форму функциональной зависимости от дозы облучения.

Плотность потока быстрых нейтронов. Для материалов с повышенным содержанием важно учитывать плотность потока, при которой происходит облучение. Сопоставление экспериментальных значений результатов сварных швов 28, А2 и 37, для которых эффект флакса значим, показывают следующее: форма функциональной зависимости не изменятся при увеличении плотности потока быстрых нейтронов от 1011 до1012 см-2с-1. При облучении в условиях «низкого» флакса: происходит сдвиг кривой в область меньших значений флюенса. Численная величина этого сдвига составляет 51019см-2.

На рисунке 11 представлены экспериментальные значения , полученные при облучении в условиях «высокого» флакса в координатах (-51019) см-2 и экспериментальные значения , полученные при облучении в условиях «низкого» флакса в истинных координатах для сварных швов 28 и А2. Сопоставление рисунков 11а и 11б показывает следующее. Перенос экспериментальных значений сварного шва 28, полученных после облучения «высоким» флаксом по оси флюенсов на величину 51019см-2 позволяет получить экспериментальные значения для облучения «низким» флаксом. При повторении этой операции для сварного шва А2 получаются завышенные значения для облучения «низким» флаксом в области флюенсов >81019см-2.

 еконструкция значений -170  еконструкция значений -171

Рисунок 11 Реконструкция значений сварных швов (а) 28 (-0.028%, -0.14%) и (б) А2 (-0.027-0.028%, -0.16-0.22%) для облучения «низким» флаксом из экспериментальных значений, полученных при облучении «высоким» флаксом

Данные, представленные на рисунке 11, подтверждают предположения, высказанные выше: форма функциональной зависимости не изменятся. При облучении в условиях «низкого» флакса: происходит сдвиг значений в область меньших значений флюенса. Численная величина этого сдвига составляет 51019см-2 для исследованных материалов. Как было сказано выше, для одной и той же дозы облучения в материалах с повышенным содержанием , облученных в условиях низкой плотности потока размер -обогащенных преципитатов выше. Учитывая изложенное в третьей главе: образование высокой плотности и затем увеличение размеров преципитатов, можно сказать, что при снижении плотности быстрых нейтронов состояние с некоторым фиксированным средним размером преципитатов достигается при более низких флюенсах. Этот факт также подтверждает правильность использованных в настоящей работе предположений и выводов.

Показано следующее:

  • При разработке моделей радиационного охрупчивания материалов корпусов ВВЭР-440 эффект флакса необходимо учитывать в том случае, если содержание меди в стали превышает уровень 0.1%.
  • Снижение плотности потока быстрых нейтронов от 1012 до1011 см-2с-1 приводит к смещению экспериментальных величин в область более низких значений флюенса. Численная величина этого сдвига составляет 51019см-2.

В шестой главе представлены результаты исследования радиационно-индуцированных выделений в материалах корпусов реакторов ВВЭР-1000, проведенного совместно с ORNL (США) методом атомной зондовой томографии (АРТ). Его основные результаты опубликованы в статье [M.K. Miller, A.A. Chernobaeva, Y.I. Shtrombakh, K.F. Russell, R.K. Nanstad, D.Y. Erak, O.O. Zabusov., Evolution of the nanostructure of VVER-1000 RPV materials under neutron irradiation and post irradiation annealing., Journal of Nuclear Materials 385 (2009) 615–622].

В качестве объекта исследования выбраны два материала: основной металл (ОМ) и сварной шов (МШ). Химический состав ОМ (1) и МШ (2) представлен в таблице 2. На рисунке 12 для основных химических элементов показан диапазон варьирования для штатных сварных швов и поковок ВВЭР-1000. Точкой в виде шарика обозначено содержание элемента в исследуемых материалах. Химический состав исследованных материалов типичен для основного металла и сварных швов ВВЭР-1000. Содержание в основном металле – на верхнем пределе диапазона штатных составов для основного металла и близоко к максимальным значениям для сварных швов. Содержание – среднее значение для штатных сварных швов и поковок ВВЭР-1000.

 иапазон химических-185

Рисунок 12 Диапазон химических составов материалов ВВЭР-1000 и состав исследованных материалов

ORNL облучал образцы основного металла и металла сварного шва в исследовательском реакторе Ford Мичиганского университета. РНЦ КИ проводил облучение в реакторе НВАЭС-5. Условия облучения представлены в таблице 6. Значения флюенсов и плотностей потоков быстрых нейтронов в таблице 6 соответствуют среднему арифметическому для группы образцов.

Таблица 6 Условия облучения

Материал Облучение ,оС 1018 см-2 1012см-2с-1
Реактор Ford (1) 288±2 24 0.4
ОМ ВВЭР-1000 (2) 290±2 95 2-4
ВВЭР -1000 (3) 290±2 149 2-4
Реактор Ford (4) 288±2 24 0.4
МШ ВВЭР-1000 (5) 290±2 52 2-4
ВВЭР -1000 (6) 290±2 65 2-4
ВВЭР -1000 (7) 290±2 115 2-4

Испытания образцов Шарпи в необлученном состоянии были выполнены в РНЦ КИ и в ORNL. Статистический анализ объединенного файла данных c использованием теста Chow показал, что данные испытаний ОМ, полученные в двух лабораториях можно описать одной кривой на 5% уровнем значимости (Р-значение=0.62>0.5). Аналогичный результат был получен для МШ (Р-значение=0.62>0.5). Это показывает, что результаты испытаний, которые проводили в РНЦ КИ и в ORNL хорошо сопоставимы. Следовательно, данные, полученные в ORNL для облучения низким флюенсом можно включить в массив данных РНЦ КИ. Оценка прочностных характеристик ввсвех состояниях была произведена в РНЦ КИ. Испытания стандартных образцов Шарпи для состояний (2), (3), (5), (6) и (7) выполнены в РНЦ КИ.

Упрочнение под облучением оценивали изменением предела текучести (). Охрупчивание оценивали значениями . Исследования радиационно-стимулированных выделений в ОМ и МШ для всех облученных состояний были проведены M.K. Миллером в ORNL с использованием атомного зонда с локальным электродом (LEAP®).

Первоначально из половинок испытанных облученных образцов Шарпи в РНЦ КИ были вырезаны заготовки размером 0.50.510 мм. Эти заготовки были отправлены в ORNL. Образцы для исследований были получены путем электро-полировки этих заготовок. Были использованы следующие параметры эксперимента: температура образцов была 60К, pulse fraction - 0.2 и pulse repetition rate -200 kHz. Все концентрации, оцененные при АРТ анализе приведены в атомных процентах. Показатели изменения свойств представлены на рисунке 13, а соотношение между и - на рисунке 14.





Рисунок 13 Изменение (а) и (б) под облучением

Рисунок 14 Соотношение между изменением предела текучести и сдвига критической температуры хрупкости под облучением

Исследования методом APT облученных образцов ОМ и МШ показали наличие нано-размерных выделений, которые принято называть преципитатами6. В необлученных образцах такие выделения отсутствуют. В состав выделений, образующихся в МШ, входят атомы , , и , а облученного ОМ - атомы , и . Атомы входят в состав выделений ОМ только при низких дозах облучения. Кроме преципитатов установлено образование сегрегаций фосфора на дислокациях. Анализ распределения концентраций атомов , , и позволяет сделать следующие выводы:

  • Образующиеся в исследуемых материалах выделения не являются -обогащенными. В этих выделениях не обнаружено превышение содержания по отношению к матрице.
  • Выделения обогащены , и . Подавляющее число атомов - это атомы .
  • В отличие от -обогащенных преципитатов достаточно сложно оценить, атомы какого (одного) элементов являются зародышами выделений.

На рисунке 16 показано, что химический состав преципитатов практически не изменяется. Можно отметить некоторое увеличение содержания атомов в выделениях. На рисунке 17 представлены результаты оценки среднего размера и плотности преципитатов, образующихся под облучением под облучением: , что соответствует диаметру преципитатов 2.3 нм. Эта характеристика относится к среднему значению размера. Фактически характерный размер выделений () изменяется от 0.3 до 2.3 нм. Средний размер выделений одинаков для ОМ МШ и существенно не изменяется при увеличении флюенса.

 редняя концентрация профилей-221

Рисунок 15 Средняя концентрация профилей 30 преципитатов от центра масс в металле МШ после облучения флюенсом 11.51019 см-2(Е>0.5 МэВ)

Рисунок 16 Химический состав выделений в МШ после облучения флюенсом 11.51019 см-2. Данные отсортированы по возрастанию размеров. Белым цветом обозначено железо (одна вертикальная полоса соответствует одному выделению)



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |
 

Похожие работы:








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.