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:   || 2 | 3 | 4 |

Изменение механических свойств материалов корпусов реакторов ввэр-1000 под действием длительных выдержек при рабочих температурах

-- [ Страница 1 ] --

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР “КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ”

На правах рукописи

Скундин Матвей Александрович

Изменение механических свойств материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 под действием длительных выдержек при рабочих температурах

Специальность 05.14.03. – Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва, 2012

Работа выполнена в Национальном исследовательском центре “Курчатовский институт”

Научный руководитель: доктор технических наук Чернобаева Анна Андреевна
Официальные оппоненты: Марков Сергей Иванович, Главный научный сотрудник, доктор технических наук; ГНЦ РФ ОАО НПО ЦНИИТМАШ Никулин Сергей Анатольевич, Заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор; НИТУ МИСиС
Ведущая организация: ОКБ «Гидропресс»

Защита диссертации состоится «__» __________ 2012 г. в __ ч. __ мин. на заседании диссертационного совета Д 520.009.06 в Национальном исследовательском центре “Курчатовский институт” по адресу: 123182, г. Москва, пл. Курчатова, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЦ “Курчатовский институт”

Автореферат разослан «__» __________ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.Г. Мадеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность:

Корпус реактора является основным физическим барьером, внутри которого находятся все продукты деления в процессе эксплуатации атомных станций с реакторами типа ВВЭР. Обеспечение целостности корпуса реактора в любой момент эксплуатации в штатных и аварийных режимах является приоритетом номер один. Корпус реактора предназначен для эксплуатации в течение десятков лет. Корпуса реакторов ВВЭР-1000 изготавливаются из малоуглеродистых низколегированных сталей марок 15Х2НМФА и 15Х2НМФА-А и сварных соединений соответствующих марок. Материалы корпуса реакторов типа ВВЭР-1000 в процессе эксплуатации подвергаются длительному воздействию повышенных температур (290-320оС) и потока быстрых нейтронов из активной зоны, что приводит к деградации их свойств.

Максимальная температура эксплуатации корпуса достигается в области верхней обечайки зоны патрубков и составляет ~310-320°С. При наступлении проектной аварии залив холодной воды происходит одновременно через верхнюю и нижнюю обечайки зоны патрубков. Металл обечаек зоны патрубков является критичным с точки зрения влияния температурного старения на безопасность эксплуатации корпусов ВВЭР-1000, так как в ситуации залива корпуса холодной водой максимальный для стенки корпуса перепад температур возникает в верхней обечайке зоны патрубков (плюс 20плюс 320С).

Для необлучаемых элементов корпуса ВВЭР-1000, например, зоны патрубков, определяющим фактором в изменении свойств является длительное воздействие рабочих температур 310-320°С (температурное старение). Оценка эффектов температурного старения – важная часть работ по исследованию закономерностей изменения свойств материалов корпусов реакторов в процессе эксплуатации.

В 70-х годах после выбора стали для изготовления корпусов ВВЭР-1000 в НПО ЦНИИТМАШ была выполнена работа по аттестации сталей 15Х2НМФА и 15Х2НМФА-А. Аттестацию склонности к температурному старению проводили при 350°С с выдержками от 1000 до 10000 часов. Для описания изменения критической температуры хрупкости под действием температурного старения (Тт) была предложена кривая с максимумом. Консервативная оценка Тт для металла обечаек в процессе эксплуатации в аттестационном отчете 1998 года определена соотношениями:

(1)

Для контроля и прогнозирования изменения свойств материалов корпуса в процессе эксплуатации используют программу образцов-свидетелей. Образцы-свидетели выполнены из тех же материалов, что и сам корпус реактора. Основная цель программы образцов-свидетелей – это подтверждение консервативности заложенных в обоснование безопасной эксплуатации корпусов реакторов зависимостей. Если консервативность зависимостей не подтверждается результатами испытаний образцов-свидетелей (например, как в случае с облучаемыми сварными швами с высоким содержанием никеля), тогда на основании результатов испытаний образцов-свидетелей разрабатывается новая зависимость.

В девяностые годы в РНЦ «Курчатовский институт» начали получать данные испытания температурных образцов-свидетелей ВВЭР-1000, которые зафиксированы в отчетах по образцам-свидетелям. В настоящий момент накоплена база данных, состоящая из 32 точек по значениям критической температуры хрупкости и пределу текучести. На рисунке 1 представлено сопоставление результатов испытаний образцов-свидетелей (точки) с нормативными значениями для температурного старения (заштрихованные области).

Рисунок 1 – База данных температурных образцов-свидетелей ОМ и нормативная зависимость для металла обечаек ВВЭР-1000

Сопоставление результатов испытаний штатных образцов-свидетелей с нормативными значениями указывает на неконсервативность нормативных значений по оценке эффектов температурного старения.

В работе Б.З.Марголина, В.А.Николаева, Е.В.Юрченко, Ю.А.Николаева, Д.Ю.Ерака, А.В.Николаевой на основании базы данных температурных образцов-свидетелей ВВЭР-1000 была предложена новая зависимость для прогноза изменения свойств материалов корпусов ВВЭР-1000 в результате температурного старения. Предположения по механизму изменения свойств аналогичны тем, которые были изложены в работах В.Н.Юханова, С.И.Маркова и А.Д.Шура. Для описания данных предложена кривая с максимумом. Повышение критической температуры хрупкости металла в процессе старения связывается с упрочнением материала. Упрочнение в различных временных диапазонах определяется сначала выделением, а затем коагуляцией карбидов. При выпадении карбидов Тт возрастает, при коагуляции карбидов – снижается. Консервативная оценка изменения критической температурой хрупкости для основного металла (для 320 °С) определяется соотношением:

TТ(t) = (2,65 + 13,88*exp((24600-t)/19800))*th(t/19800) +38 (°С) (2)

Свободный член (38°С) характеризует рассеяние точек относительно средней линии регрессии. Экспериментальные значения Тт (точки), средние расчетные значения (сплошная линия) и консервативная оценка Тт (пунктирная линия) представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Консервативная оценка Тт для базы данных штатных температурных образцов-свидетелей основного металла ВВЭР-1000

Верхняя огибающая Тт изменятся от 40°С до 64°С. С самого начала возникло предположение о том, что такие высокие значения оценки Тт связаны с существенным вкладом разброса свойств в результаты испытаний контрольных и температурных образцов-свидетелей.

Это потребовало более детального анализа результатов испытаний штатных температурных образцов-свидетелей основного металла. Анализ базы данных температурных образцов-свидетелей основного металла ВВЭР-1000 был выполнен в отчетах по проекту АЭС-2006 и выявил особенности полученных данных: повышение критической температуры хрупкости основного металла после выдержек при температуре 310-320оС отмечено не для всех случаев, а только для значений. Повышение предела текучести основного металла отмечено только для экспериментальных значений. Повышение критической температуры хрупкости основного металла не всегда сопровождается повышением предела текучести. В некоторых случаях повышение критической температуры хрупкости сопровождается снижением предела текучести и наоборот (рисунки 3 и 4).

Рисунок 3 – Изменение критической температуры хрупкости, определенное по результатам испытаний образцов-свидетелей основного металла; каждое обозначение соответствует одному материалу

Рисунок 4 – Изменение предела текучести, определенное по результатам испытаний образцов-свидетелей основного металла; каждое обозначение соответствует одному материалу

В настоящей работе было высказано предположение о том, что разброс экспериментальных данных связан с разбросом свойств между группами образцов-свидетелей основного металла в исходном состоянии. Выполнение работы, позволяющей оценить эффекты температурного старения для основного металла на основании исследования образцов-свидетелей с исключением вклада разброса свойств, в максимально возможной степени, является весьма актуальной, поскольку позволяет получить оценки эффектов температурного старения на основании металла образцов-свидетелей.

Цель работы

Поскольку образцы-свидетели основного металла изготовлены из тех же материалов, что и обечайки корпусов ВВЭР-1000, и выдерживаются в реакторе в том же температурном режиме, что и обечайки зоны патрубков в процессе эксплуатации, они являются наилучшим объектом для корректной оценки изменения свойств материалов корпусов ВВЭР-1000. В то же время, данные испытаний штатных образцов-свидетелей основного металла характеризуются большими разбросами; в связи с этим целью настоящей работы было:

  1. Исследование распределения свойств в местах вырезки образцов-свидетелей и в металле обечайки для установления причин разброса результатов испытаний образцов-свидетелей основного металла.
  2. Разработка способа оценки изменения свойств основного металла под влиянием температурного старения (в интервале времен от 11000 до 180000 часов) на базе металла контрольных и температурных образцов-свидетелей с максимально возможным уменьшением вклада в результат разброса свойств в интервале температур, характерных для стационарной эксплуатации обечаек зоны патрубков.
  3. Создание и анализ новой базы данных по исследованию температурного старения основного металла (в интервале времен от 11000 до 180000 часов) с максимально возможным уменьшенным вкладом разброса свойств в исходном состоянии.

Научная новизна работы

  1. Экспериментально показано, что для мест вырезки образцов-свидетелей (пробное кольцо) характерен градиент критической температуры хрупкости в аксиальном направлении. Различие значений критической температуры хрупкости в торцевой части пробного кольца и в объемах, примыкающих к обечайке, может достигать 65оС.
  2. Экспериментально показано, что определение Тк0 на образцах, вырезанных из пробного кольца обечайки во всех случаях является неконсервативным.
  3. Показано, что причиной повышенного разброса результатов испытаний штатных образцов-свидетелей основного металла является то, что группы образцов-свидетелей эксплуатирующихся корпусов ВВЭР-1000 сформированы таким образом, что разность критической температуры хрупкости для контрольных и текущих комплектов в исходном состоянии может достигать ~ 30оС.
  4. Предложена схема изготовления образцов из металла контрольных и температурных образцов-свидетелей для исследования термического старения основного металла с максимально возможным уменьшением вклада разброса свойств в исходном состоянии.
  5. Обоснована возможность снижения излишнего консерватизма в оценках эффектов температурного старения на основании данных образцов-свидетелей основного металла для времен от 8000 до 180 000 часов.
  6. Проведена оценка эффектов температурного старения стали 15Х2НМФА-А на основании испытаний основного металла контрольных и температурных образцов-свидетелей основного металла корпусов ВВЭР-1000 с максимально возможным уменьшением вклада разброса свойств в исходном состоянии.

Практическая значимость работы

  1. Результаты работы по исследованию распределения свойств в металле поковок использованы при разработке методики оценки исходного состояния металла обечаек эксплуатирующихся корпусов реакторов ВВЭР-1000 на основании испытаний образцов-свидетелей контрольных комплектов и архивного металла (проект РД ЭО 1.1.2.09.0789-2012, проект «Методики по оценке исходного состояния для новых проектов ВВЭР»).
  2. Результаты исследования распределения свойств в различных объемах поковки использованы при разработке программ образцов-свидетелей АЭС-2006 для рекомендаций по изготовлению и компоновке комплектов образцов-свидетелей основного металла АЭС-2006 и ВВЭР ТОИ.
  3. Результаты исследования температурного старения материалов основного металла ВВЭР-1000, полученные в настоящей работе, будут использованы при прогнозировании изменения свойств металла обечаек зоны патрубков под воздействием длительных выдержек при температуре эксплуатации для корпусов АЭС-2006, ВВЭР ТОИ и продлении срока службы корпусов ВВЭР-1000.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Закономерности распределения значений критической температуры хрупкости в местах вырезки образцов-свидетелей основного металла.
  2. Сравнительный анализ распределения критической температуры хрупкости в местах вырезки образцов-свидетелей и в обечайке.
  3. Метод исследования температурного старения материалов основного металла ВВЭР-1000 на базе образцов-свидетелей с максимально возможным уменьшением вклада разброса свойств в исходном состоянии.
  4. Оценка изменения свойств материалов основного металла ВВЭР-1000 в результате температурного старения с максимально возможным уменьшением вклада разброса свойств в исходном состоянии.

Апробация работы

Материалы, представленные в диссертации, были доложены на конференциях:

  • Конференция молодых специалистов, ОКБ «Гидропресс», г. Подольск, 16-17 марта 2011 г.
  • Конференция молодых специалистов, ОКБ «Гидропресс», г. Подольск, 21-22 марта 2012 г.
  • Отраслевой научный семинар «Физика радиационных повреждений материалов атомной техники», ГНЦ РФ-ФЭИ, г. Обнинск, 19-21 апреля 2011 г.
  • VI-ая Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», НИТУ МИСиС, г. Москва, 17-19 апреля 2012 г.
  • Международная научно-техническая конференция «Конструкционная прочность и ресурс оборудования АЭС», ИПП НАН Украины, г. Киев, 2-5 октября 2012 г.
  • Школа-конференция «Материалы перспективных реакторных установок: разработка и применение», НИЯУ МИФИ, г. Звенигород, 29 октября - 2 ноября 2012 г.

Личный вклад автора

Автор принимал активное участие в постановке и проведении экспериментальных исследований, обработке полученных результатов, статистической обработке и анализе данных.

Публикации

По результатам исследований при участии автора в научных изданиях опубликовано 8 работ, в том числе, 2 – в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях. Список опубликованных работ приведен в конце автореферата.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Работа изложена на 170 страницах, включая 112 рисунков и 27 таблиц. Библиографический указатель состоит из 52 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы по исследованию температурного старения материалов основного металла корпусов ВВЭР-1000. Сформулированы цели диссертационной работы и решаемые задачи. Приведены основные положения, выносимые автором на защиту, представлена научная новизна полученных результатов и их практическая значимость.

В первой главе представлены результаты обзора литературы, посвященной исследованию температурного старения малоуглеродистых низколегированных сталей, применяемых в атомной энергетике, в том числе и корпусной стали 15Х2НМФА(-А). Проведен анализ опубликованных результатов по изменению механических свойств сталей в зависимости от температуры и времени выдержки, структурным изменениям в сталях под воздействием длительных температурных выдержек и изменению механических свойств и структуры корпусной стали 15Х2НМФА-А при длительных температурных выдержках в интервале температур 290–400°С.

Во второй главе дано описание материалов, исследованных в работе, методик исследований и статистических методов обработки данных. Все исследования проведены на металле штатных поковок для корпусов ВВЭР-1000. В работе использовалось образцы от 6 штатных поковок. Химический состав материалов представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав исследованных материалов



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.