О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000
Приводятся результаты экспериментального исследования Cr-Ni-Mo-V стали и металла ее сварных швов промышленного производства с содержанием никеля от 1.0 до 1.8%Ni, проводившегося в различных исследовательских (ВВР-М, РБТ-10) и энергетических (ВВЭР-1000, РБМК) реакторах при плотности потока быстрых...
Saved in:
| Date: | 2004 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Series: | Вопросы атомной науки и техники |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79534 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 / А.М. Морозов, В.А. Николаев, Е.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 46-51. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-79534 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-795342015-04-03T03:02:16Z О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. Материалы реакторов на тепловых нейтронах Приводятся результаты экспериментального исследования Cr-Ni-Mo-V стали и металла ее сварных швов промышленного производства с содержанием никеля от 1.0 до 1.8%Ni, проводившегося в различных исследовательских (ВВР-М, РБТ-10) и энергетических (ВВЭР-1000, РБМК) реакторах при плотности потока быстрых нейтронов 10¹⁶~10¹⁷н/м²⋅с и температуре облучения ~290°C. По итогам эксперимента выполнен математико-статистический анализ зависимости радиационно-индуцированного сдвига температуры вязко хрупкого перехода ∆TK от величины флюенса быстрых нейтронов в интервале 10²²…3⋅10²⁴н/м² и от содержания легирующих и примесных элементов, реально или потенциально способных оказывать влияние на чувствительность материала к облучению (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Из-за узких пределов вариации содержания всех этих элементов, за исключением никеля (ввиду соответствующих ограничений по ТУ), выявлено влияние только последнего. Получено эмпирическое соотношение, описывающее дозовую зависимость ∆ТK степенной функцией с существенно отличающимся от нормативного показателем степени n=0.7 и учитывающее влияние концентрации никеля при ее изменении в пределах 1.0…1.8%. Продемонстрирована достаточная консервативность полученной формулы по отношению к опубликованным результатам испытаний образцов-свидетелей материала корпусов реакторов ВВЭР-1000, облучавшихся при плотности потока нейтронов порядка 10¹⁵н/м ²⋅с. Произведена оценка возможности использования соотношения для прогноза охрупчивания стали с содержанием никеля < 1.0%. Наведені результати експериментальногодослідження Cr-Ni-Mo-V сталі та металу зварних швів промислового виробництва із вмістом нікелю від 1.0 до 1.8 % Ni, яке було виконано в різних дослідницьких ( ВВР-М, РБТ-10 ) та енергетичних ( ВВЕР-1000, РБМК ) реакторах прищільності потоку швидких нейтронів 0¹⁶...10¹⁷ н/м² та температурі опромінення ∼290°С. За підсумками експерименту виконано математико-статистичний аналіз залежностіі радіаційно- індукованого зсуву температури в`язко-крихкого перехлду ∆ТК від величини флюенса швидких нейтронів в інтервалі 10²²…3.10²⁴н/м² та від вмісту легуючих та домішкових елементів, реалбно чи потенційно здатник впливати на чутливість матеріалу до опромінення (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Завдяки вузьким границям варіації вмісту цих елементів, за виключенням нікелю, (завдяки відповідних обмежень за ТУ), виявлено вплив тільки останнього. Отримано емпирічне співвідношення, яке описує дозову залежність ∆ТК степеневої функції із значно відрізняющимся показником ступенюя =0.7, в якому врахован вплив концентрації нікелю при його зміні у межах 1.0…1.8%. Прдемонсстрована достатня консервативність отриманої формули по відношенню до опублікованих результатів випробувань зразків-свідків матеріалу корпусів реакторів ВВЕР-1000Б опромінених при щільності потоку нейтронів порядку 10¹⁵н/м²⋅с. Виконано оцінку можливості використання співвідношення для прогнозування окрихчення сталі із вмістом нікелю <1.0 %. The paper gives the results of an experimental investigation of the Cr-Ni-Mo-V steels and metal its welded industrial production with contents of the nickel from 1.0 before 1.8%Ni, conducted in different research (VVR-M, RBT-10) and energy (VVER- 1000, RBMK) reactors at flux density of the fast neutron 10¹⁶~10¹⁷ n/m²·s with and the temperature of the irradiation ~290°C. On total of the experiment is executed mathematician-statistical analysis to dependencies irradiation-induced shift of the transition temperature Tk from fluence value of fast neutron in interval 10²²…3 10²⁴ n/m² and from contents alloying and impurity element, real or potentially capable to influence on sensitivity of the material to irradiation (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Because of narrow limit variation contents these element, with the exclusion of nickel (in view of corresponding to restrictions on TU), is revealed influence only last. It is received empirical correlation describing dose dependency Tk power-mode function with greatly differing from normative factor degree n=0.7 and taking into account influence to concentrations of the nickel under its change to limit 1.0…1.8%. It Is demonstrated sufficient conservatism of the got formulas to published result of the test surveillance of the reactor pressure vessel material VVER-1000, irradiated at density of the flow neutron order 10¹⁵n/m² s. Made estimation of the possibility of the use the correlation for forecast охрупчивания become with contents of the nickel <1.0%. 2004 Article О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 / А.М. Морозов, В.А. Николаев, Е.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 46-51. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79534 621.039.531 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| spellingShingle |
Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Приводятся результаты экспериментального исследования Cr-Ni-Mo-V стали и металла ее сварных швов промышленного производства с содержанием никеля от 1.0 до 1.8%Ni, проводившегося в различных исследовательских (ВВР-М,
РБТ-10) и энергетических (ВВЭР-1000, РБМК) реакторах при плотности потока быстрых нейтронов 10¹⁶~10¹⁷н/м²⋅с и
температуре облучения ~290°C. По итогам эксперимента выполнен математико-статистический анализ зависимости радиационно-индуцированного сдвига температуры вязко хрупкого перехода ∆TK от величины флюенса быстрых нейтронов в интервале 10²²…3⋅10²⁴н/м² и от содержания легирующих и примесных элементов, реально или потенциально
способных оказывать влияние на чувствительность материала к облучению (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Из-за узких пределов
вариации содержания всех этих элементов, за исключением никеля (ввиду соответствующих ограничений по ТУ), выявлено влияние только последнего. Получено эмпирическое соотношение, описывающее дозовую зависимость ∆ТK степенной функцией с существенно отличающимся от нормативного показателем степени n=0.7 и учитывающее влияние
концентрации никеля при ее изменении в пределах 1.0…1.8%. Продемонстрирована достаточная консервативность полученной формулы по отношению к опубликованным результатам испытаний образцов-свидетелей материала корпусов
реакторов ВВЭР-1000, облучавшихся при плотности потока нейтронов порядка 10¹⁵н/м ²⋅с. Произведена оценка возможности использования соотношения для прогноза охрупчивания стали с содержанием никеля < 1.0%. |
| format |
Article |
| author |
Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. |
| author_facet |
Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. |
| author_sort |
Морозов, А.М. |
| title |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 |
| title_short |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 |
| title_full |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 |
| title_fullStr |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 |
| title_full_unstemmed |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 |
| title_sort |
о влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ввэр-1000 |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79534 |
| citation_txt |
О влиянии легирующих и примесных элементов на радиационное охрупчивание никель содержащих корпусных материалов реакторов ВВЭР-1000 / А.М. Морозов, В.А. Николаев, Е.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 46-51. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT morozovam ovliâniilegiruûŝihiprimesnyhélementovnaradiacionnoeohrupčivanienikelʹsoderžaŝihkorpusnyhmaterialovreaktorovvvér1000 AT nikolaevva ovliâniilegiruûŝihiprimesnyhélementovnaradiacionnoeohrupčivanienikelʹsoderžaŝihkorpusnyhmaterialovreaktorovvvér1000 AT ûrčenkoev ovliâniilegiruûŝihiprimesnyhélementovnaradiacionnoeohrupčivanienikelʹsoderžaŝihkorpusnyhmaterialovreaktorovvvér1000 |
| first_indexed |
2025-07-06T03:33:14Z |
| last_indexed |
2025-07-06T03:33:14Z |
| _version_ |
1836866909749903360 |
| fulltext |
УДК 621.039.531
О ВЛИЯНИИ ЛЕГИРУЮЩИХ И ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
НА РАДИАЦИОННОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ НИКЕЛЬ СОДЕРЖАЩИХ
КОРПУСНЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕАКТОРОВ ВВЭР-1000
А.М. Морозов, В.А. Николаев, Е.В. Юрченко
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», г. Санкт-Петербург, Россия
Приводятся результаты экспериментального исследования Cr-Ni-Mo-V стали и металла ее сварных швов промыш-
ленного производства с содержанием никеля от 1.0 до 1.8%Ni, проводившегося в различных исследовательских (ВВР-М,
РБТ-10) и энергетических (ВВЭР-1000, РБМК) реакторах при плотности потока быстрых нейтронов 1016~1017н/м2⋅с и
температуре облучения ~290oC. По итогам эксперимента выполнен математико-статистический анализ зависимости ра-
диационно-индуцированного сдвига температуры вязко хрупкого перехода ∆TK от величины флюенса быстрых нейтро-
нов в интервале 1022…3⋅1024н/м2 и от содержания легирующих и примесных элементов, реально или потенциально
способных оказывать влияние на чувствительность материала к облучению (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Из-за узких пределов
вариации содержания всех этих элементов, за исключением никеля (ввиду соответствующих ограничений по ТУ), выяв-
лено влияние только последнего. Получено эмпирическое соотношение, описывающее дозовую зависимость ∆ТK сте-
пенной функцией с существенно отличающимся от нормативного показателем степени n=0.7 и учитывающее влияние
концентрации никеля при ее изменении в пределах 1.0…1.8%. Продемонстрирована достаточная консервативность по-
лученной формулы по отношению к опубликованным результатам испытаний образцов-свидетелей материала корпусов
реакторов ВВЭР-1000, облучавшихся при плотности потока нейтронов порядка 1015н/м2⋅с. Произведена оценка возмож-
ности использования соотношения для прогноза охрупчивания стали с содержанием никеля <1.0%.
ВВЕДЕНИЕ
В целом ряде отечественных [1-7] и зарубежных
[8-12] работ было изучено раздельное влияние леги-
рующих и примесных элементов на радиационное
охрупчивание ферито-перлитной стали и металла ее
сварных швов. Обобщение этих исследований пред-
ставлено авторами [13]. На современном этапе ис-
следований поведения корпусных материалов в про-
цессе эксплуатации атомных реакторов стоит задача
получения обобщенной зависимости радиационного
охрупчивания от величины флюенса нейтронов с
учетом химического состава (легирующих элемен-
тов и примесей) металла корпусов ВВЭР действую-
щих АЭС. Этот вопрос наиболее актуален примени-
тельно к корпусам ВВЭР-1000, поскольку, как это
уже неоднократно отмечалось [13-15], нормативная
[16] зависимость радиационного охрупчивания ма-
териалов ВВЭР-1000 дает неадекватный прогноз де-
градации свойств при изменении величины флюенса
даже в пределах проектных его значений, особенно
для металла сварных швов с повышенным (до
~1.9%) содержанием никеля.
В настоящей работе предпринята попытка на
основе математико-статистического анализа радиа-
ционного охрупчивания материалов найти соотно-
шения для описания дозовой зависимости радиаци-
онного охрупчивания промышленных материалов –
основного металла стали 15Х2НМФА-А и металла
ее сварных швов с учетом влияния легирующих эле-
ментов и примесей.
1. ИССЛЕДОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Подборка исследованных материалов включает в
себя 7 проб промышленной стали 15Х2НМФА-А,
15Х3НМФА-А и ВК-2М, а также 15 сварных проб.
Для данной работы были взяты материалы, изго-
товленные на Ижорском заводе, а также на Волго-
градском заводе «Баррикады» и на заводе “Атом-
маш”. Различие колебания никеля в основном ме-
талле невелико – его содержание находится в преде-
лах от 0.96 до 1.18%. Содержание фосфора состави-
ло 0.005…0.012%, меди 0.03…0.08%, марганца
0.41…0.50%, т.е. различие концентрации перечис-
ленных элементов находится в довольно узком
диапазоне, так же, как и различие концентраций
остальных элементов. Исключение составляют плав-
ки завода «Баррикады», где концентрация Mo нахо-
дится в диапазоне 0.62…0.90%.
В отличие от основного металла, для металла
сварных швов следует выделить две группы, суще-
ственно отличающихся друг от друга по содержа-
нию никеля. Первая – с концентрацией никеля 1.1…
1.36%, другая – с концентрацией его 1.65…1.8%.
Первая группа швов изготовлена с использованием
проволоки марки Св-08ХГНМТА и Св-09ХГНМТА-
ВИ и флюса марок 48НФ-18М, 48КФ-30. Для второй
группы швов была использована проволока марок
Св-10ХГНМА-А и Св-12Х2Н2МА-А и флюс ФЦ-16
(шов 200-1А был изготовлен с использованием флю-
са 48НФ-18М). Содержание фосфора и меди в ме-
талле швов находилось в пределах 0.007…0.015 и
0.02…0.07% соответственно, что является довольно
типичным для сварных швов реакторов ВВЭР-1000.
В отношении других элементов можно отметить,
что их содержание в швах находятся также в до-
вольно узком диапазоне концентраций.
_____________________________________________________________________________
46 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
Некоторые сварные швы являются материалом
производственных контрольных проб к сварным
швам следующих реакторов: 260-5 – 2 блок Запо-
рожской АЭС; 550-8А – 2 блок Калининской АЭС;
530 -32 и 530-А6 – 1 блок Калининской АЭС; 260-11
– 2 блок Балаковской АЭС.
Основная часть образцов исследованных матери-
алов была облучена в реакторе ВВР-М ПИЯФ РАН
(г. Гатчина) при плотности потока нейтронов
~3ּ1017н/м2ּс. Часть образцов облучалось в 5 блоке
Нововоронежской АЭС (реактор ВВЭР-1000) по ис-
следовательской программе при плотности потока
нейтронов с энергией Е>0.5МэВ в пределах от 1ּ1016
до 1ּ1017н/м2ּс. Некоторое количество образцов
было облучено также в канале реактора РБМК Ле-
нинградской АЭС и в исследовательском реакторе
РБТ-10 при плотности потока нейтронов 5ּ1016 и
~(3.7…5.0)ּ1017н/м2ּс соответственно. Облучение во
всех случаях проводилось при температуре облуче-
ния 285±10оС.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИКО-СТАТИ-
СТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Для определения влияния химического состава и
дозовой зависимости радиационного охрупчивания
была проведена математико-статистическая обра-
ботка накопленных экспериментальных данных.
Первоначально была использована мультипликатив-
ная модель вида:
∆ТK = Fn ⋅ Nia ⋅ Mnb ⋅ Sic ⋅ Sd ⋅ Pe ⋅ Cuf ⋅ Mok, (1)
где F – значение флюенса быстрых нейтронов (Е >
0,5 Мэв); Ni, Mn, Si, S, Mo, P, Cu – численные значе-
ния весовых концентраций соответствующих хими-
ческих элементов; n, a, b, c, d, e, f, k – показатели
степени.
Эта модель служила, в первую очередь, для
определения показателя степени влияния флюенса, а
также для выявления тех элементов, влияние кото-
рых на радиационное охрупчивание значимо в рам-
ках анализируемой базы данных. При этом, априо-
ри, в число изучаемых элементов не были включены
те компоненты стали, инертность которых была ра-
нее продемонстрирована специальными опытами по
влиянию легирующих элементов на металле лабора-
торных плавок [1-6]. К ним были отнесены хром, ва-
надий, углерод.
Прежде чем перейти непосредственно к ре-
зультатам статистического анализа, следует вкратце
остановиться на вопросе о возможной зависимости
экспериментальных данных от условий облучения.
Как уже указывалось выше, образцы облучались в
активной зоне реактора ВВР-М, в пустом топливном
канале реактора РБМ-К (ЛАЭС) и в канале реактора
ВВЭР-1000 (НВАЭС-5), а также в каналах реактора
РБТ-10 НИИАР. Кроме того, для увеличения пред-
ставительности данных в расчетах были использова-
ны опубликованные [17] данные НИИАР по основ-
ному металлу стали 15Х2НМФА-А плавка 102253/2
(результаты опытов в устройстве «Корпус» реактора
РБТ-6). Для всех перечисленных облучательных по-
зиций плотность потока быстрых нейтронов отлича-
ется в пределах одного порядка, и эксперименталь-
ные точки, нанесенные на общий график (рис. 1), не
обнаруживают явных признаков обособления в за-
висимости от места облучения образцов. Поэтому в
дальнейшем анализе разделение данных в зависимо-
сти от места облучения не производилось.
0 50 100 150
0
50
100
150
200
250
300
1
3
б)
-ВВР-М
-НВ АЭС
-РБМК
-СМ-2
2
4
∆T
k, о С
F, 10-18н/см2
0 50 100 150 200 250
0
50
100
150
200
4
3
а)
2
1
ОМ МШ
-ВВР-М
-НВ АЭС
-РБМК
-РБТ-10
-"Корпус"
-СМ-2
∆
T k,
o C
F, 10-18н/см2
1–∆ТК=3.9·(Ni-0.28)1.176·F0.7; 2–∆ТК=3.9·(Ni-
0.28)1.176·F0.7±51.5; 3–∆ТК=AF·F0.33 (AF=23 – (a); AF=20
– (б)); 4–∆ТК=8.08·F0.33+0.34·(Ni-0.28)1.915·F1.114
Рис. 1. Зависимость радиационного охрупчивания
Cr-Ni-Mo-V-стали и металла ее сварных швов
(Ni=0.96…1.36%) – (a), а также металла сварных
швов Cr-Ni-Mo-V-стали (Ni=1.6…1.8%) – (б)
от флюенса нейтронов
Первоначально были выделены три группы мате-
риалов: основной металл, металл сварных швов с со-
держанием никеля 0.96…1.36% и металл сварных
швов с содержанием никеля 1.53…1.80%. Выпол-
ненный для каждой из групп анализ обнаружил зна-
чимую корреляцию величины ∆ΤK только для флю-
енса нейтронов. Тем самым подтверждается, что для
_____________________________________________________________________________
47 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
описания дозовой зависимости охрупчивания
рассматриваемых материалов приемлемым является
соотношение вида:
∆ΤK=C⋅Fn, (2)
где С – константа, зависимая от химического соста-
ва; n – показатель степени.
В результате анализа установлено, что рассчи-
танные для двух выборок (основной металл и ме-
талл сварных швов с низким содержанием никеля и
металл сварных швов с высоким содержанием нике-
ля) величины n весьма значительно отличаются от
нормативного значения n=0.33. При этом показатель
степени для материалов с пониженным содержани-
ем никеля равен 0.71, а для металла сварных швов с
высоким содержанием никеля составляет 0.68. Раз-
личие полученных цифр меньше стандартной ошиб-
ки их определения, так что зависимости n от содер-
жания Ni установить не удается.
Ни один из химических элементов, включенных
в соотношение (1), в том числе фосфор и медь, из-
вестные своим эффективным влиянием на радиаци-
онное охрупчивание, значимой корреляции с ве-
личиной ∆ΤK не обнаруживает. Это обстоятельство
не должно удивлять, поскольку для каждой из трех
выделенных групп материалов концентрация анали-
зируемых легирующих и примесных элементов из-
менялась в довольно узких пределах, причем нерав-
номерно. Таким образом, на фоне естественного раз-
броса данных, обусловленного погрешностями из-
мерения ∆ТK и флюенса, а также возможной неста-
бильностью температурного режима облучения, их
влияние не удается отследить на стастическом уров-
не. В этом отношении никель не составил исключе-
ния. Значимое влияние последнего элемента выяв-
ляется только при объединении имеющихся выбо-
рок в единый массив, в котором пределы вариации
содержания никеля расширены до 0.96…1.8%.
Дополнительно в этот массив были включены
также данные НИИАР [17] по металлу сварных
швов стали 15Х2НМФА-А. В их числе представле-
ны 10 швов с содержанием никеля 1.53…1.76% и 1
шов с 1.30% Ni. Совокупный массив данных соста-
вил в итоге 99 экспериментальных точек. При этих
обстоятельствах зависимость ∆ΤK от содержания ни-
келя вполне отчетлива: его парциальный коэффици-
ент корреляции в соотношении (1) надежно выяв-
ляется и составляет 0.6 при стандартном отклонении
0.08. При этом особенно важно, что показатель сте-
пени «a» в этом соотношении меняется от 1.33 до
1.53 в зависимости от числа анализируемых, поми-
мо флюенса нейтронов и концентрации никеля,
переменных. Этот результат является свидетель-
ством весьма резко выраженной концентрационной
зависимости охрупчивания от содержания никеля.
С учетом полученных результатов дальнейший
анализ совокупного массива данных был направлен
на более детальное уточнение влияния никеля, в
частности, на выявление возможного латентного эф-
фекта в концентрационной зависимости. Расчеты
были выполнены с использованием следующей мо-
дели:
∆ΤK=С1⋅(%Ni-C2)m⋅Fn , (3)
где С1, С2 и m – коэффициенты регрессии. Показа-
тель степени n=0.7 был взят как средняя величина
значений n, полученных для двух частных выборок.
В итоге выполненных расчетов получено следу-
ющее уравнение регрессии:
∆ΤK=3.9⋅(%Ni-0.28)1.176⋅F0.7. (4)
Это соотношение характеризуется коэффициен-
том корреляции СС=0.96 и стандартным отклонени-
ем σ=25.96. Из него следует, что увеличение содер-
жания никеля вызывает рост радиационно-индуци-
рованного сдвига ∆ΤK приблизительно пропорцио-
нально некоторой эффективной концентрации этого
элемента, которая меньше реальной ее величины на
0.28%. Использование данной формулы допустимо
только для интервала концентраций 1.0…1.8% Ni. В
случае выборки данных для материалов с низким со-
держанием никеля модель (4) (Ni=1.1%) характери-
зуется коэффициентом корреляции 0.83, а для мате-
риалов с повышенным содержанием никеля
(Ni=1.7%) коэффициент корреляции равен 0.86. Вид
расчетных кривых дозовой зависимости ∆ΤK для
четырех различных концентраций никеля, охватыва-
ющих интервал 1.0…1.9%, иллюстрирует рис. 2.
0 25 50 75 100
0
50
100
150
200
∆ T
k
= 3.9*(Ni-0.28)1.176*F0.7
Ni=1.0%
Ni=1.6%
Ni=1.35%
Ni=1.9%
∆
T k ,
o C
F, 10-22 н/м2
Рис. 2. Расчетные дозовые зависимости сдвига
температуры вязко-хрупкого перехода для Cr-Ni-
Mo-V-сталей и металла сварных швов с варьируе-
мым содержанием никеля
Сопоставление рассчитанных по формуле (4) до-
зовых зависимостей охрупчивания для материалов
со средним для исследованных групп материалов
содержанием никеля 1.12% (основного металла и
металла сварных швов) (рис. 1,а) и 1.68% (рис. 1,б) c
нормативными кривыми ∆ΤK=AF⋅F0.33 свидетельству-
ет о том, что формула (4) дает более консервативное
представление о темпе роста ∆ΤK с увеличением
флюенса до ~1…1.5⋅1024н/м2 по сравнению с форму-
лой нормативной зависимости. Граница доверитель-
_____________________________________________________________________________
48 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
ного интервала с вероятностью 0.95 для модели (4)
является достаточно консервативной для всех имею-
щихся данных.
В консервативности верхней границы данных,
описываемой соотношением (4), можно убедится
также на основании ее сопоставления с
опубликованной [18-20] информацией по
испытанию образцов-свидетелей реакторов ВВЭР-
1000, облучение которых производилось при
плотности потока быстрых нейтронов порядка 1015
н/м2.с. Из рис. 3,б явствует, что соотношение (4)
достаточно консервативно по отношению к
изменениям ∆TK металла сварных швов с
содержанием никеля свыше 1.6 %. Для основного
металла стали 15Х2НМФАА и металла ее сварных
швов с содержанием никеля 1.0…1.36 % этот вывод
тем более оправдан (рис.3,а).
0 10 20 30 40 50
0
25
50
75
100
Ni=1.68%
б)
Образцы свидетели:
- АЭС Козлодуй
- Хмельницкая АЭС
- ВВЭР-1000 РФ
2
1
∆T
k,
о С
F, 10-22н/м2
0 10 20 30 40 50
0
25
50
75
100
а)2
1
Ni=1.1%
Образцы свидетели (ВВЭР-1000 РФ):
ОМ МШ
∆
T k,
o C
1–∆ТК=3.9·(Ni-0.28)1.176·F0.7; 2–∆ТК=3.9·(Ni-
0.28)1.176·F0.7±51.5
Рис. 3. Сопоставление дозовых зависимостей
радиационного охрупчивания для Cr-Ni-Mo-V-стали
и металла ее сварных швов (Ni=1.1%) – (а), а
также для металла сварных швов (NI=1.7%) – (б) с
данными по образцам-свидетелям [19-21]
Зависимость радиационного охрупчивания от
содержания никеля, характеризуемая соотношением
(4), неправомерно распространять на материалы с
содержанием никеля заметно ниже 1.0%.
В то же время такого рода прогноз может быть
крайне необходимым для предварительной оценки
чувствительности к радиационному повреждению
новых перспективных корпусных материалов [21],
разрабатываемых применительно к корпусам
реакторов типа ВВЭР повышенной мощности со
сроком службы 60 лет. В частности, речь идет о
модификации стали 15Х2НМФА-А (класс 0), в
которой содержание никеля ограничивается
пределами 0.6…0.8%. Для накопления сколько-
нибудь существенной базы экспериментальных
данных по радиационной стойкости этого материала
потребуется немало времени, тогда как хотя бы
самые ориентировочные оценки требуются уже в
настоящее время.
Для выполнения подобных оценок была
использована модель, представляющая собой
суперпозицию двух функций, из которых одна
имеет вид, аналогичный соотношению (4), а другая
описывает пропорциональную кубическому корню
из флюенса дозовую зависимость охрупчивания
стали марки 15Х2МФА и металла ее сварных швов
[22] с реальным содержанием никеля 1…0.2%:
∆ΤK =685⋅(P+0.1Cu)⋅F0.33+C1⋅(%Ni-0.28)m⋅Fn. (5)
В данном случае параметрами подгонки
являлись константа С1 и показатели степени “m” и
“n”. В итоге выполненного для совокупного массива
данных расчета получены значения С1=0.34, m=1.9,
n=1.114. С использованием этих констант
расчетную зависимость ∆ΤK от концентрации
никеля, вытекающую из (5) полезно сопоставить с
экспериментальными данными [15], полученными в
РНЦ «Курчатовский институт» на металле
лабораторных плавок после облучения флюенсом 1⋅
1024н/м2 при температуре 270оС. Сравнение
расчетной концентрационной зависимости с
экспериментом показывает, что формула (5) в целом
дает заметно более высокие значения сдвига ∆TK, но
в качественном отношении эффект никеля в обоих
случаях весьма сходен, хотя в эксперименте
наблюдается слабая зависимость в интервале
концентраций 0…1.0 и несколько более сильная
зависимость в интервале 1.0…1.75% Ni (рис. 4).
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
50
100
150
200
2
1
∆T
k, o C
Ni, %
∆ΤK =685⋅(P+0.1Cu)⋅F0.33+0.34⋅(%Ni-0.28)1.9⋅F1.114
_____________________________________________________________________________
49 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
Рис. 4. Зависимости сдвига температуры вязко-
хрупкого перехода для Cr-Ni-Mo-V-сталей с
величиной примесного эквивалента
P+0.07Cu=0.0135 от содержания никеля при
облучении флюенсом 1*1024н/м2 (Е>0,5МэВ);
1 – расчетная кривая; 2 – экспериментальные
данные [15]
Применительно к стали 15Х2НМФА-А класса 0
расчетная, согласно (5), дозовая зависимость
охрупчивания для концентрации никеля 0.75%,
фосфора 0.007% и меди 0.06% показана на рис. 5.
Здесь же приведены несколько экспериментальных
точек, полученных в НИИАР [23] для металла
опытной плавки с соответствующим содержанием
никеля и примесных элементов. Облучение
образцов производилось в устройстве «Корпус».
Сопоставление этих данных с полученной
расчетной кривой, описывающей медиану,
свидетельствует, что даже последняя дает
достаточно консервативный прогноз относительно
поведения новой стали в условиях облучения. Это
мнение, однако, еще предстоит подтвердить при
больших значениях флюенса экспериментами,
намеченными в рамках аттестационной программы
на металле крупнотоннажной поковки.
0 25 50 75 100
0
25
50
75
100
- экспериментальные данные
∆
T k,
o C
F, 10-22 н/м2
∆ΤK =685⋅(P+0.1Cu)⋅F0.33+0.34⋅(%Ni-0.28)1.9⋅F1.114
Рис.5. Сопоставление расчетной кривой дозовой
зависимости ∆Тk для стали 15Х2НМФА-А класс 0
(0.75%Ni, 0.007%P, 0.06%Cu) с
экспериментальными данными [23]
3. ВЫВОДЫ
1. В результате исследования радиационного
охрупчивания основного металла стали марки
15Х2НМФА-А промышленного производства и
металла ее сварных швов, выполненных в
производственных условиях сварочной проволоки
марок Св-08ХГНМТА и Св-12Х2Н2МАА, для
условий облучения при температуре 285±10° и в
интервале значений флюенса 1022…2⋅1024 н/м2
установлено, что дозовая зависимость роста
температуры вязко-хрупкого перехода у указанных
материалов может быть описана степенной
функцией с показателем степени n = 0.7.
2. Увеличение в изученных материалах
содержания никеля в пределах 1.0…1.9% вызывает
усиление эффекта охрупчивания, в первом
приближении, пропорционально концентрации
этого элемента. Влияние других компонентов, в том
числе таких активно влияющих на усиление
радиационного охрупчивания как Р, Cu и Mn,
статистическим анализом не выявляется вследствие
узких пределов вариации их содержания в
материалах, произведенных в промышленных
условиях по действующим ТУ.
3. При оценке сопротивления хрупкому
разрушению и ресурса корпусов реакторов типа
ВВЭР-1000 для описания дозовой зависимости
радиационного охрупчивания допустимо
использование соотношения:
∆ΤK=3.9⋅(%Ni-0.28)1.176⋅F0.7+51.5.
По отношению к стали 15Х2НМФА-А и металлу
ее сварных швов это уравнение правомерно
применять при содержании в данных материалах
примесных элементов (Р и Cu) на уровне,
ограниченном требованиями соответствующих
технических условий и при величине флюенса
нейтронов до 1⋅1024 н/м2.
4. Для новой Cr-Ni-Mo-V-стали с содержанием
никеля в промежуточном интервале концентраций
(0.4…0.8%) предварительная оценка радиационной
стойкости может быть произведена на основе
соотношения:
∆ΤK =685⋅(P+0.1Cu)⋅F0.33+0.34⋅(%Ni-0.28)1.9⋅F1.114.
ЛИТЕРАТУРА
1.В.А. Николаев, В.И. Баданин //Изв. АН ССР, Ме-
таллы. 1975, №2, с. 126 – 132.
2.И.В. Горынин, В.А. Николаев, В.И. Баданин, А.М.
Морозов //В кн.: Материалы I Всесоюзного совеща-
ния (Киев, 1975). Киев: «Наукова думка», 1976, с. 59
– 68.
3.В.А Николаев, В.И. Баданин //Атомная энергия.
1974, т. 37, в.6, с. 491 – 493.
4.В.А. Николаев, В.И. Баданин //МиТОМ. 1979, №9,
с. 21 – 22.
5.В.А. Николаев, В.И. Баданин //Атомная энергия.
1976, т.41 в.6, с. 422 – 425.
6.В.А. Николаев, В.И. Баданин //В кн.: Материалы
II Всесоюзного совещания (Киев, 1976). Киев: «Нау-
кова думка», 1977, с. 75 – 85.
7.В.И. Баданин, И.Н. Грекова, Ю.И. Звездин,
В.А. Николаев //Вопросы судостроения. Серия «Ме-
талловедение. 1977, в. 24, с. 3 – 9.
8.Трюдо Л. //В кн.: Труды II Международной конфе-
ренции по мирному использованию атомной энергии
(Женева, 1958), т.6, М.: «Атомиздат», 1959,
с. 427 – 434.
9.U. Potapovs, J.R. Hawthorne //Nucl. Applic. 1969,
v. 6, p. 27 – 46.
10.J.R. Hawthorne //ASTM, STP. 1971, №484,
p. 96 – 127.
_____________________________________________________________________________
50 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
11.A.E. Powers //ASTM, STP. 1973, № 529, p. 31 – 45.
12.J.R. Hawthorne //J. Testing Evaluation; Amer. Soc.
Testing Mat. 1973, p. 439.
13.А.М. Морозов, В.Н. Николаев, Е.В. Юрченко,
В.Г. Васильев. Влияние никеля на радиационное
охрупчивание основного металла и металла сварных
швов стали 15Х2НМФА-А //Труды VI Международ-
ной конференции «Проблемы материаловедения при
проектировании, изготовлении и эксплуатации обо-
рудования АЭС. Санкт-Петербург, 2000. Т. 2,
с. 372 –396.
14.А.М. Морозов, В.Н. Николаев, Е.В. Юрченко.
Влияние химического состава материалов корпусов
реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их
радиационного охрупчивания //Труды VII Междуна-
родной конференции «Проблемы материаловедения
при проектировании, изготовлении и эксплуатации
оборудования АЭС». Санкт-Петербург, 2002. Т. 3,
с. 136 – 149.
15.А.М. Крюков, Д.Ю. Ерак, Ю.Р. Кеворкян,
П.А. Платонов, Я.И. Штромбах. Актуальные
проблемы радиационного охрупчивания материалов
корпусов ВВЭР //Труды VII Международной конфе-
ренции «Проблемы материаловедения при проекти-
ровании, изготовлении и эксплуатации оборудова-
ния АЭС». Санкт-Петербург, 2002. Т. 3, с. 91 – 117.
16.Нормы расчета на прочность оборудования и
трубопроводов атомных энергетических установок
ПНАЭГ 7-002. М: «Энергоиздат», 1989.
17.V.K. Shamardin, V.N. Golovanov. Irradiation em-
brittlement and mitigation. Preceding of the IAEA spe-
cialists Meeting //Gloucester, England, UK, 14-17 May,
2001.
18.A.M. Kryukov, D.Y. Erak, L. Debarberis, F. Sevini,
B. Acosta. Extended Analysis of VVER-1000 Surveil-
lance Data //RRC-KI, Russia, Moscou, Joint Research
Center, JRC, of the European Commission Institute for
Advance Materials, JRC-IAM, Petten JRC Petten.
19.Sc. St. Vodenicharov, Tz. Kamenova. Neutron Aging
of WWER 1000 Weld Metal //IAEA Specialist Meeting
on Irradiation Embrittlement and Mitigation, Glouces-
ter, UK, May 14-17, 2001.
20.E.U. Grynik, V.D. Gukalova, L.I. Chyrko,
V.N. Revka, A. Ballesteros, L. Debarberis, A. Kryukov.
Results from Surveilance Programme and their Analysis
//IAEA Specialist Meeting on Irradiation Embrittlement
and Mitigation, Gloucester, UK, May 14-17, 2001.
21.И.В. Горынин, В.В. Рыбин, Г.П. Карзов,
Г.Н. Филимонов и др. Создание и совершенствова-
ние сталей для корпусов реакторов атомных энерге-
тических установок с водой под давлением //Вопро-
сы материаловедения. 1999, в. 3(20), c. 392 – 400.
22.В.А. Николаев, Л.Н. Рядков. Роль спектра и плот-
ности нейтронного потока в радиационном охрупчи-
вании стали марки 15Х2МФА и металла ее сварных
швов //Юбилейный сборник. Радиационное матери-
аловедение и конструкционная прочность реактор-
ных материалов г. С.-Петербург: ФГУП ЦНИИ КМ
«Прометей», 2002, c. 200 – 211.
23.В.А. Цыканов, В.Н. Голованов, Т.Н. Колесова и
др. Оценка радиационного охрупчивания стали
15Х2МФАА с 0,75%Ni и коррозионностойкой
наплавки 02Х18Н10Б после облучения в стенде
«Корпус» //Сб. докладов V Межотраслевой
конференции по реакторному материаловедению, г.
Димитровград, 1998. Т.2, ч.1, с. 40 – 53.
ВПЛИВ ЛЕГУЮЧИХ ТА ДОМІШКОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА РАДІАЦІЙНЕ ОКРИХЧЕННЯ КОР-
ПУСНИХ МАТЕРІАЛІВ РЕАКТОРІВ ВВЕР-1000 , ЯКІ МІСТЯТЬ НІКЕЛЬ
А.М. Морозов, В.А. Ніколаєв, Є.В. Юрченко
Наведені результати експериментальногодослідження Cr-Ni-Mo-V сталі та металу зварних швів промислового
виробництва із вмістом нікелю від 1.0 до 1.8 % Ni, яке було виконано в різних дослідницьких ( ВВР-М, РБТ-10 ) та
енергетичних ( ВВЕР-1000, РБМК ) реакторах прищільності потоку швидких нейтронів 1016...1017 н/м2 та температурі
опромінення ∼2900 С. За підсумками експерименту виконано математико-статистичний аналіз залежностіі радіаційно-
індукованого зсуву температури в`язко-крихкого перехлду ∆ТК від величини флюенса швидких нейтронів в інтервалі
1022…3.1024н/м2 та від вмісту легуючих та домішкових елементів, реалбно чи потенційно здатник впливати на
чутливість матеріалу до опромінення (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Завдяки вузьким границям варіації вмісту цих елементів, за
виключенням нікелю, (завдяки відповідних обмежень за ТУ), виявлено вплив тільки останнього. Отримано емпирічне
співвідношення, яке описує дозову залежність ∆ТК степеневої функції із значно відрізняющимся показником ступенюя
=0.7, в якому врахован вплив концентрації нікелю при його зміні у межах 1.0…1.8%. Прдемонсстрована достатня
консервативність отриманої формули по відношенню до опублікованих результатів випробувань зразків-свідків
матеріалу корпусів реакторів ВВЕР-1000Б опромінених при щільності потоку нейтронів порядку 1015н/м2с. Виконано
оцінку можливості використання співвідношення для прогнозування окрихчення сталі із вмістом нікелю <1.0 %.
ON EFFECT OF ALLOYING AND IMPURITY ELEMENTS ON RADOATION EMBRITTLEMENT
OF NICEL CONTAINING MATERIAL OF REACOR WWER-1000 VESSEL
A.M. Morozov, V.A. Nikolaev, E.V. Jurtchenko
The paper gives the results of an experimental investigation of the Cr-Ni-Mo-V steels and metal its welded industrial produc-
tion with contents of the nickel from 1.0 before 1.8%Ni, conducted in different research (VVR-M, RBT-10) and energy (VVER-
1000, RBMK) reactors at flux density of the fast neutron 1016~1017 n/m2·s with and the temperature of the irradiation ~290oC. On
total of the experiment is executed mathematician-statistical analysis to dependencies irradiation-induced shift of the transition
temperature Tk from fluence value of fast neutron in interval 1022…3 1024 n/m2 and from contents alloying and impurity element,
real or potentially capable to influence on sensitivity of the material to irradiation (Ni, Mn, P, Cu, Si, S). Because of narrow limit
variation contents these element, with the exclusion of nickel (in view of corresponding to restrictions on TU), is revealed influ-
_____________________________________________________________________________
51 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
ence only last. It is received empirical correlation describing dose dependency Tk power-mode function with greatly differing
from normative factor degree n=0.7 and taking into account influence to concentrations of the nickel under its change to limit
1.0…1.8%. It Is demonstrated sufficient conservatism of the got formulas to published result of the test surveillance of the reac-
tor pressure vessel material VVER-1000, irradiated at density of the flow neutron order 1015n/m2 s. Made estimation of the possi-
bility of the use the correlation for forecast охрупчивания become with contents of the nickel <1.0%.
_____________________________________________________________________________
52 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 46-51.
1. ИССЛЕДОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
А.М. Морозов, В.А. Ніколаєв, Є.В. Юрченко
A.M. Morozov, V.A. Nikolaev, E.V. Jurtchenko
|