Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации
Приведены результаты исследований по контролю механических свойств основного металла ГЦТ ЮУ АЭС после 100×10³ ч эксплуатации, впервые полученные с помощью методики микрообразцов. Разработана методика и оборудование для вырезки с трубопроводов заготовок под микрообразцы без нарушения их конструкционн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2000 |
| Автори: | , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78176 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации / В.Ф. Зеленский, И.М. Неклюдов, Л.С. Ожигов, В.М. Пышный, А.С. Митрофанов, С.В. Гоженко, В.И. Савченко, В.В. Брык, Н.Д. Рыбальченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 63-75. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860182528196870144 |
|---|---|
| author | Зеленский, В.Ф. Неклюдов, И.М. Ожигов, Л.С. Пышный, В.М. Митрофанов, А.С. Гоженко, С.В. Савченко, В.И. Брык, В.В. Рыбальченко, Н.Д. |
| author_facet | Зеленский, В.Ф. Неклюдов, И.М. Ожигов, Л.С. Пышный, В.М. Митрофанов, А.С. Гоженко, С.В. Савченко, В.И. Брык, В.В. Рыбальченко, Н.Д. |
| citation_txt | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации / В.Ф. Зеленский, И.М. Неклюдов, Л.С. Ожигов, В.М. Пышный, А.С. Митрофанов, С.В. Гоженко, В.И. Савченко, В.В. Брык, Н.Д. Рыбальченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 63-75. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Приведены результаты исследований по контролю механических свойств основного металла ГЦТ ЮУ АЭС после 100×10³ ч эксплуатации, впервые полученные с помощью методики микрообразцов. Разработана методика и оборудование для вырезки с трубопроводов заготовок под микрообразцы без нарушения их конструкционной целостности. Разработана система контроля механических свойств с использованием микрообразцов. Обсуждаются перспективы применения методики микроообразцов в качестве метода контроля металла оборудования и трубопроводов АЭС.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:02:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.018.22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООБРАЗЦОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИ-
ЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЭВОЛЮЦИИ МИКРОСТРУКТУРЫ
ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ГЛАВНОГО ЦИРКУЛЯЦИОННОГО
ТРУБОПРОВОДА (СТАЛЬ 10ГН2МФА) ЭНЕРГОБЛОКА № 1
ОП ЮУ АЭС ПОСЛЕ 100 ТЫС. ЧАСОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.Ф. Зеленский*, И.М. Неклюдов*, Л.С. Ожигов**, В.М. Пышный**, А.С. Митрофанов**, С.В. Го-
женко**, В.И. Савченко*, В.В. Брык*, Н.Д. Рыбальченко*
*ННЦ ХФТИ, г. Харьков, **ДП “Энергоатом контроль-сервис”, г. Энергодар
Приведены результаты исследований по контролю механических свойств основного металла ГЦТ ЮУ
АЭС после 100⋅103 ч эксплуатации, впервые полученные с помощью методики микрообразцов. Разработана
методика и оборудование для вырезки с трубопроводов заготовок под микрообразцы без нарушения их
конструкционной целостности. Разработана система контроля механических свойств с использованием ми-
крообразцов. Обсуждаются перспективы применения методики микроообразцов в качестве метода контроля
металла оборудования и трубопроводов АЭС.
1. ВВЕДЕНИЕ
“Правила устройства и безопасной эксплуатации
оборудования и трубопроводов атомных энергети-
ческих установок” ПНАЭ-Г-7-008-89 [1] п. 7.6.3 тре-
буют проведения контроля механических свойств
трубопроводов разрушающими и (или) неразрушаю-
щими методами не реже, чем через каждые 100⋅103 ч
эксплуатации для АЭУ с водо-водяными реактора-
ми. Периодический контроль механических свойств
металла трубопроводов обусловлен необходимо-
стью выявления и анализа изменений физико-меха-
нических свойств с целью проверки их соответ-
ствия: требованиям проекта, стандартам и техниче-
ским условиям на металл трубопроводов, действую-
щей нормативно-технической документации, исход-
ным значениям механических свойств металла тру-
бопроводов АЭУ.
Целью настоящей работы явилось определение
прямыми методами механических свойств основно-
го металла главного циркуляционного трубопровода
и изучение эволюции микроструктуры стали
10ГН2МФА после 100⋅103 ч эксплуатации на энер-
гоблоке № 1 ЮУ АЭС без нарушения конструкци-
онной целостности и прочности и выполнение тем
самым требования п. 7.6.3 ПНАЭ Г-7-008-89.
Работа выполнялась в соответствии с “Комплекс-
ной программой проведения периодического
контроля механических свойств металла трубопро-
водов энергоблока № 1 ЮУ АЭС после 100⋅103 ч
эксплуатации”, разработанной ЦНИИ КМ “Про-
метей” при участии ОП ЮУ АЭС, ННЦ ХФТИ и ДП
ЭАКС.
2. СВОЙСТВА СТАЛИ 10ГН2МФА ПО ТОЛ-
ЩИНЕ ГЦТ
Известно, что после термической обработки фи-
зико-механические свойства металла толстостенных
труб обычно неоднородны по толщине трубы, что
связано с неоднородной прокаливаемостью детали.
Главный циркуляционный трубопровод (ГЦТ)
реактора ВВЭР-1000 изготовлен из конструкцион-
ной стали 10ГН2МФА в виде бесшовных труб и ко-
лен с плакированной внутренней поверхностью
(плакировка сталь 08Х19Н10Г2Б). Сталь 10ГН2М-
ФА применяется в термообработанном состоянии.
Термообработка состоит из основной термообра-
ботки (закалка с отпуском или нормализация с
отпуском) и дополнительных технологических
отпусков в процессе изготовления [2, 3].
Размеры трубопровода Ду850: наружный диа-
метр 990 мм, внутренний диаметр 850 мм, толщина
стенки 70 мм.
В качестве исходного металла использовалась
плакированная катушка ГЦТ, полученная нами с ОП
ЗАЭС. Из катушки был вырезан темплет, который
был разрезан на заготовки с размерами 10х10х55
мм, из которых были изготовлены образцы для ме-
ханических испытаний. На заготовках были прове-
дены также измерения твердости и проведены ме-
таллографические исследования.
Микроструктура металла по толщине начиная от
поверхности трубы до наплавки достаточно одно-
родна и характеризуется как перлит.
Результаты механических испытаний и измере-
ний твердости представлены в табл. 1.
Из приведенных данных видно, что твердость
стали по толщине ГЦТ практически не отличается (в
таблице приведены средние значения из 7-9 измере-
ний). Механические свойства на растяжение также
практически одинаковы по толщине ГЦТ. Незначи-
тельное снижение предела текучести на внутренней
части трубы, возможно, обусловлено дополнитель-
ным нагревом при нанесении наплавки.
3. УСТАНОВЛЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИИ МЕХА-
НИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МИКРООБРАЗЦОВ И
СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ
В соответствии с утвержденной “Методикой
определения механических свойств металла обору-
дования и трубопроводов АЭС с помощью микро-
образцов” РД.00.ЭК.ХФ.МО.М.09-99[4] необходимо
предварительно на стандартных образцах и ми-
крообразцах различной толщины из архивного (ис-
ходного) металла установить соответствие механи-
63
ческих свойств и определить толщину микрообраз-
цов, при которой механические свойства при растя-
жении (предел прочности, предел текучести, отно-
сительное удлинение, относительное сужение) соот-
ветствуют этим свойствам для стандартных образ-
цов.[7,8] Для образцов, испытываемых на ударный
изгиб, определяются поправочные коэффициенты
между образцами типа 11 (v-образный надрез,
10х10х55 мм) и микрообразцами[7-16].
Таблица 1
Механические свойства и твердость конструкционной стали 10ГН2МФА по толщине
ГЦТ (Тисп = 200 С)
Марка стали Временное
сопротив
ление раз-
рыву Rт
m
кгс/мм2
Предел те-
кучести
Rт
P0,2
кгс/мм2
Относи
тельное су-
жение Z, %
Относи
тельное
удлинение
A, %
Твердость
HRB
Примечание
Внешняя
сторона 1.1
59,5 45,5 78,0 28,0 87,0 Результаты
испытаний
1.2 - - - - 88,8 -
1.3 59,5 44,5 77,3 28,5 87,3 Результаты
испытаний
1.4 87,3 -
1.5 58,5 43,0 76,3 28,0 86,0 Результаты
испытаний
Среднее
значение 1.6
59,0 44,0 77,0 28,0 87,4
Под микрообразцами для испытаний на растяже-
ние в соответствии с ГОСТ 1497-84 [5] понимают
образцы, диаметр или толщина которых менее 3 мм,
а для испытаний на ударную вязкость в соответ-
ствии с ГОСТ 9454-78 – менее 2 мм [6].
3.1. Кратковременные механические свойства
Из архивной катушки ГЦТ (сталь 10ГН2МФА)
были изготовлены стандартные образцы и микрооб-
разцы с целью установления коррекции между меха-
ническими свойствами.
Были изготовлены следующие образцы:
- Стандартные цилиндрические пятикратные об-
разцы для механических испытаний ∅ 4 мм (ГОСТ
1497-84).
- Стандартные плоские пятикратные образцы для
механических испытаний толщиной 3 мм (ГОСТ
1497-84).
- Плоские пятикратные микрообразцы для меха-
нических испытаний толщиной 1 и 2 мм.
Разделка на заготовки под образцы осуществлена
электроэрозионным методом. Цилиндрические об-
разцы с диаметром рабочей части 4 мм изготовлены
на токарном станке.
Заготовки под плоские образцы шлифовали на
плоскошлифовальном станке до требуемой толщи-
ны, а затем на фрезерном станке были изготовлены
образцы требуемых размеров.
Механические испытания проводили на универ-
сальной испытательной машине 1246-2/2300 при
комнатной температуре и 3500 С. Средние значения
механических свойств приведены в табл. 2.
Из приведенных результатов видно, что значения
предела прочности, предела текучести и относитель-
ного удлинения отличаются для стандартных образ-
цов и микрообразцов при температуре 20 и 3500 С
не более чем на 10 % и соответствуют значениям,
приведенным в НТД (нормативно-технической до-
кументации) на сталь 10ГН2МФА и требованиям
"Методики определения механических свойств ме-
талла трубопроводов АЭС с реакторами ВВЭР-1000
с помощью микрообразцов"[9-18].
3.2. Ударная вязкость
Образцы для определения ударной вязкости
были изготовлены в соответствии с ГОСТ 9454-78
(образцы с V-образным концентратором тип 11, 13,
14). Из катушки ГЦТ (сталь 10Г2НМФА) были изго-
товлены также микрообразцы, отличающиеся от
типа 14 толщиной (вместо 2 мм толщина 1 мм).
Размеры образцов в миллиметрах и результаты
испытаний приведены в табл. 4.
Испытания на ударный изгиб проводили только
при комнатной температуре, так как по ТУ
975Е004511 [19] испытания металла ГЦТ при высо-
ких температурах не предусмотрены.
Результаты испытаний приведены в табл. 5. Вид-
но, что значения ударной вязкости для образцов,
изготовленых по ГОСТ 9454-78, отличаются:
для типа 11 и 13 в 1,17 раза
для типа 11 и 14 в 2,24 раза
для типа 11 и микрообразцов в 3 раза.
Несмотря на такое различие по ударной вязкости
для образцов различного типа по сравнению с типом
11, принятым в атомной энергетике (ПНАЭ Г-7-002-
86), использование микрообразцов может быть
оправдано введением поправочного коэффициента,
как это принято, например, при испытании на удар-
ную вязкость образцов корпусной стали в РНЦ
"Курчатовский институт".
64
Таблица 2
Сравнение кратковременных механических свойств стандартных образцов и микрообразцов
при 200 С
Толщина
образца или
диаметр
Rт
m,
кгc/мм2
Rт
Р 0,2,
кгc/мм2
А, % Z, % Примечание
1 мм 57,5 43,0 28,0 68,0 Среднее по 3-м образцам
2 мм 58,0 44,0 26,5 72,0 То же
3 мм
ГОСТ 1497-84
59,5 43,5 28,5 72,0 То же
Цилиндрические об-
разцы
∅ 4 мм
ГОСТ 1497-84
59,0 44,0 28,0 Среднее по 15 образцам
Максимальное от-
личие значений ми-
крообразцов от стан-
дартных образцов
2,5% 2% 6% 5%
Данные НТД 55-65 35-50 ≥16 ≥ 55 ТУ 975Е004511, Ред. 5
" 55 35 16 55,0 ПНАЭ Г-7-002-86
Таблица 3
Сравнение кратковременных механических свойств стандартных образцов и микрообразцов
при 3500 С
Толщина
образца
Rт
m,
кгc/мм2
Rт
Р 0,2,
кгc/мм2
А, % Z, % Примечание
1 мм 50,0 40,0 21,0 64,0 Среднее по 2-м образцам
2 мм 52,5 39,0 21,5 71,0 -
3 мм
ГОСТ 1497-84
52,5 38,5 20,5 71,0 Среднее по 2-м образцам
Максимальное от-
личие значений ми-
крообразцов от стан-
дартных образцов
5% +2% +7,5% 10%
Данные НТД ≥50 ≥ 30 ≥ 14 ≥ 50 ТУ 975Е004511, Ред. 5
50 30 14 50 ПНАЭ Г-7-002-86
4. ВЫРЕЗАНИЕ ТЕМПЛЕТА С ГЦТ И ИЗГО-
ТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
При анализе технической документации было
установлено, что наиболее приемлемым для вырезки
является колено трубопровода петли № 1 главного
циркуляционного трубопровода. При ультразвуко-
вом контроле трубного блока № 4 было установле-
но, что толщина металла в районе сварного шва № 1
– 7 составляет не менее 80 мм при минимально до-
пустимой толщине 63,1 мм по чертежу.
На основании вышеизложенного руководством
ЮУ АЭС было утверждено техническое решение о
проведении вырезки заготовок под образцы из
основного металла трубного блока № 4 на расстоя-
нии 200 мм ниже от сварного шва № 17 с размерами
60х60 с углублением в основной металл не более 7
мм.
На выбранном месте трубопровода был органи-
зован участок для вырезки, подведены коммуника-
ции для работы комплекса “Микрорез”.
Малогабаритный передвижной комплекс “Мик-
рорез-5” предназначен для электроэрозионного вы-
резания проб металла с поверхности оборудования и
трубопроводов без нарушения целостности изделий.
Для резания используется искровой импульсный
разряд в диэлектрической рабочей жидкости.
Тип установки: передвижная блочно-модульная.
Установка "Микрорез" состоит из следующего
оборудования и приспособлений (рис. 1): рабочей
платформы, закрепляемой на трубопроводе с помо-
щью гибких захватов, модуля оконтуривания места
вырезки пробы, модуля электроэрозионного выреза-
ния пробы, блока питания модулей, блока управле-
ния модулем электроэрозионного вырезания, систе-
мы водяного охлаждения установки.
Рабочая платформа имеет стойки для крепления
модулей, стальные опоры для установки на трубе,
окно для выполнения реза.
65
Таблица 4
Сравнение ударной вязкости для различных типов V-образных образцов,
изготовленных из стали 10Г2НМФА (размеры образцов в миллиметрах)
Вид
концен
тратора
Радиус
концен
тратора
Тип
образца
по ГОСТ
9454-78
Длина
L
(пред.
откл.
± 0,6)
Ширина
В
Высота
Н
(пред.
откл.
± 0,6)
Высота
Рабочего
Сечения
H2
Ударная
вязкость
KCV
кгс/см2
V 0,25±0,025 11 55 10±0,1 10 8±0,05 27,1
13 55 5±0,05 10 8±0,05 23,2
14 55 2±0,05 8 6±0,05 12,1
микро 55 1±0,05 8 6±0,05 8,8
Модуль оконтуривания содержит высокооборот-
ный электродвигатель с насадкой для сменных абра-
зивных кругов, закрепленный на жестком каркасе,
системы микрометрической подачи в продольном и
поперечном направлении, механизм поворота,
Рис. 1. Блок-схема установки "Микрорез-5".
систему контроля глубины контура и стопора мак-
симальной глубины.
Система подачи и механизм поворота обеспечи-
вают возможность проводить абразивное резание по
квадратному контуру размерами 60х60 мм. Электро-
двигатель модуля оконтуривания питается от сети
переменного тока напряжением 220 В, потребляемая
мощность 0,5 кВт.
Модуль электроэрозионного резания содержит
подающую и приемную катушки с латунной прово-
локой толщиной 0,15 мм, систему перемотки, опоры
для размещения режущей части проволоки в конту-
ре реза, механизм перемещения режущей части, ван-
ну с рабочей жидкостью (вода), блок регистрации
скорости резания.
Блок питания модуля содержит выпрямители для
запитки двигателей перемотки и перемещения (24
В), генератор преобразования переменного тока
промышленной частоты в униполярный импульсной
ток регулируемой амплитуды, частоты и длительно-
сти импульсов.
Система управления и контроля содержит тум-
блеры включения-выключения электродвигателей,
вольтметры контроля напряжения на проволоке, ос-
циллограф для контроля импульсного электрическо-
го разряда.
Габаритные размеры вырезаемых проб металла:
длина 60 мм, ширина 60 мм, толщина от 0,3 до 10
мм. Производительность установки – 1 проба ука-
занных размеров за 24 ч. Напряжение питания: про-
мышленная сеть, однофазная 220в ± 10% ~ 50 гц.
Потребляемая мощность 2 кВт. Рабочий электрод:
проволока диаметром 0,15 мм. Рабочая жидкость -
техническая вода.
Геометрические замеры, проведенные после вы-
резки пробы и демонтажа установки, показали, что
глубина зарезки во всей зоне резания не превышает
4,5 мм при разрешенной техническим решением 7
мм.
Рис. 2. Схема разделки темплета. 1-4 – заготовки
под образцы для механических испытаний на рас-
тяжение 5, 6 – заготовки под образцы для испыта-
ний на ударный изгиб 7 – заготовка под образцы для
металлографических и структурных исследований.
Размеры вырезанной пробы металла составили:
длина 59 мм, ширина 59 мм, толщина 2,5…4,2 мм.
По завершению работ в соответствии с техниче-
ским решением персоналом станции была произве-
дена механическая зачистка места вырезки с обеспе-
чением плавных переходов к основному металлу.
Был выполнен контроль толщины стенки блока в
месте вырезки, показавший, что минимальная тол-
щина стенки ГЦТ составляет 81 мм (по чертежам
должна быть не менее 63,1 мм). По завершению ра-
бот была выполнена цветная дефектоскопия.
Для выполнения целей и задач, возложенных на
методику микрообразцов, необходимо выполнить
следующую программу исследований основного ме-
талла ГЦТ 1-го блока ЮУ АЭС после 100⋅103ч экс-
плуатации:
•определить прямыми методами механические
свойства на растяжение (предел прочности, пре-
дел текучести, относительное удлинение, отно-
сительное сужение) при температурах 20 и 3500 С
(требования ТУ 975Е 004511);
•определить ударную вязкость при температуре
200 С (требования ТУ 975Е 004511);
66
•провести сравнительный анализ механических
свойств, полученных прямыми методами с дан-
ными механических свойств, полученным по за-
мерам твердости;
•выполнить комплекс структурно-фазовых и ме-
таллофизических исследований для оценки эво-
люции микроструктуры в процессе эксплуата-
ции.
Темплет был прошлифован на плоскошлифо-
вальном станке с водяным охлаждением до толщи-
ны 2 мм. С учетом намеченной нами программы ис-
сле
дований осуществлена разделка темплета, вырезан-
ного с ГЦТ (см. рис. 2).
С целью максимального использования металла
разрезка темплета осуществлялась электроэрозион-
ным методом.
Из заготовок были изготовлены образцы:
• для механических испытаний с размерами ра-
бочей части 15х3,5х2 мм;
• для испытаний на ударный изгиб тип 14 по
ГОСТ 9454-78 2х8х55 мм с V-образным надрезом.
Химический состав стали по ТУ 975Е 004511, а
также фактический химический состав по сертифи-
кату поставщика труб (колено) приведены в табл. 5.
5. МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВА-
НИЯ
Металлографические исследования, оценку ми-
кроструктуры, определение содержания примесных
включений проводили в соответствии с требования-
ми ГОСТ 5640-68, [21]. На рис. 3 показана характер-
ная микроструктура металла ГЦТ после 100⋅103ч
эксплуатации.
Металлографический анализ стали 10ГН2МФА
после эксплуатации показал, что содержание неме-
таллических включений в металле составляет: суль-
фиды – 1,5 балла, оксисульфиды или силикаты – 1…
1,5 балла, нитриды, карбонитриды – 2 балла по шка-
лам нитридов точечных и 1 балл строчечных.
Микротвердость металла, измеренная как до
травления металлографических шлифов, так и после
выявления микроструктуры составляет 143…167
кг/мм2 при нагрузке 20 г.; имеются отдельные
участки с более высокой твердостью (до 211 кг/мм2).
Таблица 5
Химсостав стали 10ГН2МФА
Условия C Si Mn Ni Mo V S P Cr Cu
Требуемый по
ТУ975Е004511
(ред. 5)
0,08
0,12
0,17
0,37
0,70
0,90
1,70
2,00
0,40
0,60
-
0,04
-
0,020
-
0,020
-
0,30
-
0,30
Фактический по
сертификату по-
ставщика труб, ко-
лено, черт.
1117.22.00.500 но-
мер детали 11
0,09 0,31 0,79 1,89 0,52 0,03 0,013 0,011 0,17 0,04
Сведения о термообработке гиба ГЦТ, с которого был вырезан темплет, приведены в табл. 6
Таблица 6
Термообработка колена 1117.22.00.500 зав. № 11
Вид
термообработки
Температура
процесса, 0С
Скорость нагре-
ва, 0С/мин
Выдержка, ч
Нормализация 900…910 0,9 3
Закалка в воду 810…820 1,1 3
Отпуск 650…660 0,9 8
Доп. отпуск проб 640…645 0,7 15
Отпуск 655…660 0,5 9 ч 40 мин
Микроструктура и твердость типичны для перли-
та (перлит – это эвтектоидная смесь феррита (α-Fe)
и цементита (Fe3C)). Сопоставление с десятибальной
шкалой ГОСТа 8233-56 (Сталь. Эталоны микро-
структуры) [20] дают основание определить микро-
структуру как двухфазную, состоящую из перлита
мелкопластинчатого и зернистого перлита точечно-
го типа в отдельных зернах наследственного аусте-
нитного зерна (светлые участки на темном фоне,
рис. 3. Исходя из сравнения с эталонами (согласно
шкале 9 по ГОСТ 8233-56) зернистый перлит со-
ставляет приблизительно 30 на 70 % пластинчатого
перлита. По степени дисперсности пластинчатый
перлит соответствует 4…5 баллу по ГОСТ 8233-56
(с межплоскостным расстоянием до 1 мм).
67
Рис. 3. Микроструктура металла ГЦТ после 100⋅103
ч эксплуатации. Увеличение 500
Металлографические исследования показали, что
микроструктура архивного металла и микрострукту-
ра металла после 100⋅103 ч эксплуатации мало отли-
чаются и определяются изменением процентного со-
держания зернистого перлита в структуре.
В результате приведенных металлографических
исследований можно сделать вывод, что длительная
эксплуатация металла 10ГН2МФА в условиях ГЦТ
привела к незначительным изменениям в микро-
структуре, выраженной в увеличении процентного
содержания пластинчатой составляющей перлита.
Однако эти изменения не должны приводить к су-
щественному изменению механических свойств.
6. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАС-
ТЯЖЕНИЕ
Испытания образцов на растяжение проводили
на универсальной испытательной машине
1246Р2/2300 (производство НИКИМП). Испытания
на растяжение были проведены на воздухе, при ком-
натной температуре и при 3500 С в вакууме.
Диаграмма растяжения стали после 100⋅103 ч экс-
плуатации по внешнему виду не отличается от ис-
ходного металла. Такая диаграмма характерна для
пластичных металлов, разрушение которых проис-
ходит с образованием шейки. Появление шейки
определяет переход от равномерной деформации
всей рабочей части образца к сосредоточенной де-
формации в определенном сечении.
В табл. 7 и 8 приведены результаты механиче-
ских испытаний отработавшего металла в сравнении
с НТД:
• ПНАЭ Г-7-002-86
• ТУ 975004511 (Ред. 5)
• паспортом на исходный металл ГЦТ – (коле-но
чертеж 1117.22.00500)
• нашими результатами мех. испытаний ис-ходно-
го основного металла ГЦТ – стали 10ГН2МФА.
Таблица 7
Результаты механических испытаний при 20о С образцов основного металла ГЦТ (сталь
10ГН2МФА) 1-го блока ЮУАЭС после 100⋅103 ч эксплуатации
Условие
Предел
прочности
Rт
m,
кгс/мм2
Предел те-
кучести
Rт
Р 0,2,
кгс/мм2
Относи-
тельное
удлинение
А, %
Относи-
тельное су-
жение, Z,
%
н е м е н е е
ПНАЭ Г-7-002-86 55 35 16 55
ТУ 975 Е004511. Ред. 5 55-65 35-50 ≥ 16 ≥ 55
Паспорт на колено ГЦТ 57,4 41,9 29,4 75,6
Результаты испытаний архивного
металла
59,0 44,0 28,0 75,0
Результаты испытаний металла по-
сле 100⋅103 ч эксплуатации
60,7 46,2 27,3 74,7
Изменение свойств отработавшего
металла по отношению к паспорт-
ным данным
+ 5,8 % + 10,3 % 7,1 % 1,2 %
Изменение свойств отработавшего
металла по отношению к архивному
металлу
+ 3 % 5 % 2,5 % 0,4 %
Сравнение полученных результатов, их анализ
свидетельствуют о том, что механические свойства
металла ГЦТ после 100⋅103 ч эксплуатации соответ-
ствуют данным нормативно-технической докумен-
тации.
По отношению к паспортным данным и ре-
зультатам испытаний исходного металла обнаруже-
на тенденция к упрочнению после 100⋅103 ч эксплуа-
тации и снижению пластичности. При этом предел
текучести отработавшего металла увеличился
больше, чем предел прочности.
Исследованы также поверхности излома образ-
цов (фрактография) после испытаний. Исследования
проводили на электронном микроскопе JEMCX при
помощи растровой приставки ASID-4D при ускоря-
ющем напряжении 40 кВ.
Фрактографические исследования характера раз-
рушения образцов после испытания на растяжение
свидетельствуют о том, что при температуре 20
(рис. 4) и 3500 С (рис. 5) материал разрушился вязко,
в нем отсутствуют элементы хрупкого излома, уста-
лостные бороздки не наблюдаются[22,23].
68
Таблица 8
Результаты механических испытаний при 350о С образцов основного металла ГЦТ (сталь
10ГН2МФА) 1-го блока ЮУАЭС после 100⋅103 ч эксплуатации
Условие
Предел
прочности
Rт
m,
кгс/мм2
Предел те-
кучести
Rт
Р 0,2,
кгс/мм2
Относи-
тельное
удлине-
ние А, %
Относи-
тельное су-
жение, Z,
%
н е м е н е е
ПНАЭ Г-7-002-86 50 30 14 50
н е м е н е е
ТУ 975 Е004511. Ред. 5 50 30 14 50
Паспорт на колено ГЦТ 52,3 31,9 25,3 71,8
Результаты испытаний исходного
металла
52,5 39,0 26,5 71,0
Результаты испытаний металла по-
сле 100⋅103 ч эксплуатации
55,6 40,4 22,5 72 %
Изменение свойств отработавшего
металла по отношению к паспорт-
ным данным
+ 6,3 % + 26,6 % 11 % + 0,2 %
Изменение свойств отработавшего
металла по отношению к исходному
+ 5,9 % + 3,6 % + 15,4 % +1,4 %
Рис. 4. Характер разрушения образцов стали
10ГН2МФА после механических испытаний при
200С после 100⋅103 ч эксплуатации в 1-м блоке
ЮУ АЭС, х 2000.
7. ИСПЫТАНИЯ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ
Для испытаний на ударную вязкость использова-
ли маятниковый копер ПСВ-30 (производство Гер-
мания). Испытания на ударный изгиб проводили
при комнатной температуре, так как в ТУ и паспор-
те приведены данные только при 200 С.
В соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86 в атомной
энергетике основным типом образцов для испыта-
ний на ударный изгиб является образец Шарпи
Рис. 5. Характер разрушения образцов стали
10ГН2МФА после механических испытаний при
3500С после 100⋅103ч эксплуатации в 1-м блоке
ЮУ АЭС, х 1000.
тип 11 (V-образный надрез 10х10х55 мм). Вместе с
тем ГОСТ 9454-78 допускает использование образ-
цов других размеров, в частности, типа 14 (2х8х55
мм с V-образным надрезом). Учитывая влияние
масштабного реактора на испытания на ударный
изгиб, необходимо вводить поправочные коэффици-
енты, позволяющие откорректировать полученные
результаты на данные, которые были бы получены
при испытании образцов типа 11. В разд. 3 мы уже
обсуждали этот вопрос, поэтому мы воспользуемся
результатами, полученными при испытании исход-
ного металла. На рис. 6 приведены результаты ис-
пытаний на ударную вязкость образцов исходной
стали 10ГН2МФА (верхняя кривая).
Из металла, отработавшего 100⋅103ч, были изго-
товлены образцы типа 14 (2х8х55 мм). Их ударная
69
вязкость по результатам испытаний составила 9,65
кгс/см2. Обратим внимание на то обстоятельство,
что полученное значение выше значения KCV, зало-
женного в ТУ 975Е004511 (ред. 5) для образцов типа
11 (≥ 4,8 кгс/см2). С учетом поправочных коэффици-
ентов, приведенных в разд. 3, значение ударной вяз-
кости для образцов типа 11 по нашим данным со-
ставляет 21,6 кгс/см2, тогда как по паспорту на коле-
но ГЦТ KCV равно 21,0 кгс/см2. Следовательно,
ударная вязкость для стали 10ГН2МФА после 100⋅
103 ч эксплуатации практически не изменилась.
Фрактографические исследования места разру-
шения образца после испытаний на ударный изгиб
свидетельствуют о его вязком характере разрушения
(рис. 7)
.
Рис. 6. Результаты испытаний стали 10ГН2МФА
на ударный изгиб. Верхняя кривая – исходный ме-
талл. Нижняя кривая – после 100⋅103ч
эксплуатации.
8. ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
Измерение твердости – самый доступный и рас-
пространенный метод контроля металла. Это объяс-
няется простотой и экспрессностью измерений, что
позволяет выполнить большой объем контроля. Ме-
тод является неразрушающим методом испытаний.
Измерение твердости при вдавливании в испыту-
емый металл более твердого индентора получило
наиболее широкое распространение (измерение
твердости по Бринелю, Роквеллу или по Викерсу).
При измерении твердости этими методами в испы-
туемый металл под действием определений нагруз-
ки вдавливается твердый индентор и значения
твердости определяются по размерам (глубине или
площади) образующегося отпечатка. Внедрение ин-
дентора вызывает значительную деформацию (~
30…40 %). Поэтому твердость при вдавливании ин-
дентора характеризует сопротивление металла
большим пластическим деформациям в условиях
объемного неравномерного сжатия.
Известно много попыток установить корреляцию
между твердостью и механическими свойствами при
растяжении. Наиболее обоснованными с физической
точки зрения следует признать те из них, в которых
определяется связь между твердостью и характери-
стиками сопротивления большим пластическим де-
формациям, например пределом прочности при ис-
пытании на растяжение. Действительно, получены
эмпирические формулы вида
Rm = аН+В,
где Rm – предел прочности; Н – твердость, а и В –
коэффициенты, зависящие от природы и структур-
ного состояния металла.
Пользуясь подобными эмпирическими зависимо-
стями, можно приблизительно оценивать механиче-
ские свойства по результатам измерения твердости,
однако необходимо помнить об их условности. Эти
зависимости не учитывают в полной мере различий
в напряженном состоянии при вдавливании инден-
тора и при растяжении, поэтому приведенные выше
формулы дают сравнительно точные результаты
только в определенном (обычно узком) диапазоне
структурных состояний и условий испытаний.
Измерения твердости проводили на приборе ТК-
2М, ГОСТ 13407-67[24]. В качестве индентора ис-
пользовался стальной шарик, определялся HRB.
Измерения проводили на исходном металле и ме-
талле, отработавшем 100⋅103ч.
Сравнение результатов измерений показывает,
что твердость исходного металла и металла, отрабо-
тавшего в 1-м блоке ЮУ АЭС 100⋅103ч совпадает.
Разброс значений твердости в обоих случаях не пре-
вышает ± 3,5 %, что достаточно хорошо для метода
твердости.
Рис. 7. Характер разрушения образцов стали
10ГН2МФА после испытаний на ударную вязкость
при 200С после 100⋅103ч эксплуатации в 1-м блоке
ЮУ АЭС,х 300.
Отметим, что исследования твердости по толщи-
не исходной катушки ГЦТ показали, что в указан-
ных пределах твердость по толщине одна и та же (за
исключением зоны термического влияния
наплавки).
В соответствии с разработанной ВНИИАЭС
инструкцией РД ЭО 0027-94 [25] “Определение ха-
рактеристик механических свойств оборудования
атомных электростанций безобразцовыми методами
по характеристикам твердости” проведен расчет ме-
ханических свойств стали 10ГН2МФА (таблица 9)
70
по среднему значению твердости. Здесь же для срав-
нения приведены результаты прямых испытаний ме-
ханических свойств исходного металла ГЦТ, метал-
ла ГЦТ после 100⋅103ч эксплуатации и паспортные
данные на колено ГЦТ, из которого был вырезан
темплет.
Таблица 9
Расчет механических свойств стали 10ГН2МФА по твердости* и их сравнение с результата-
ми испытаний
Харак-
тери-
стика
Расчет по
твердости
Механические свойства при измерении Паспорт на
колено
исходный
металл
отличие
от расче-
та,
%
после
100 тыс.
отличие от расче-
та,
%
Rm
кгс/мм2
58,5 59,0 + 1 % 60,7 + 4 % 57,4 - 2 %
R0,2р
кгс/мм2
54,0 44,0 - 18,5 % 46,2 - 14,4 % 41,9 - 22 %
А, % 24,5 28,0 + 14,2 % 27,3 + 11,5 % 29,4 + 20 %
. Из приведенных в таблице. данных видно, что
•предел прочности, вычисленный по твердости,
достаточно хорошо (в пределах ± 4 %) совпадает
с результатами, полученными на исходном ме-
талле, металле, отработавшем 100⋅103ч, и пас-
портными данными на металл ГЦТ;
•предел текучести, вычисленный по твердости
значительно выше (от 14 до 22 %) от значений,
полученных прямым методом (по РД ЭО 0027-
94 разд. 5 погрешность вычислений не должна
превышать 10 %);
•относительное удлинение, вычисленное по
твердости, ниже (от 11 до 20 %) от значений, по-
лученных прямым методом (по РД ЭО 002794
для характеристик пластичности погрешность не
более 20 %).
Таким образом, на основании проведенных ис-
следований можно сделать следующее заключение:
•твердость является экспрессным безобразцовым
методом, позволяющим выполнить большой
объем контроля;
•результаты определения механических свойств
по данным измерения твердости носят условный
характер и, главным образом, качественно отра-
жают ситуацию об изменениях механических
свойств и эволюции структуры металла в процес-
се эксплуатации.
9. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИС-
СЛЕДОВАНИЯ
Электронно-микроскопическое исследование
структуры образцов проводилось на электронном
микроскопе JEM-100CX, оборудованном гониомет-
ром бокового типа, при ускоряющем напряжении
100 кВ.
Идентификация выделений второй фазы и кри-
сталлографических направлений решетки проводи-
лась в режиме микродифракции [26].
Исходный материал в результате заводской тер-
мообработки имел структуру феррита с выделения-
ми зернистого и пластинчатого цементита (Fe3C).
Структура исходного материала представлена на
рис. 8. Средний размер зерен феррита равен 10…15
мкм. Внутри зерен наблюдаются субзерна размера-
ми около 3 мкм. В теле ферритного зерна присут-
ствуют мелкодисперсные пластинчатые выделения,
идентифицированные как Fe3C. Средняя плотность
подобных выделений равна 1,1⋅ 1014 см-3.
Рис. 8. Микроструктура исходного материала
(× 80 000)
Структура металла главного циркуляционного
трубопровода 1-го энергоблока ЮУАЭС, эксплуати-
ровавшегося в течении 100⋅103ч, приведена на рис.
10.
Размеры зерна и зернистого цементита не изме-
нились по сравнению с исходным материалом. Рас-
пределение выделений по размерам, не претерпев-
шее заметного изменения, приведено на гистограм-
ме рис. 9. Плотность выделений в теле зерна состав-
ляет 1,4⋅ 1014 см-3. Кроме того, отмечено возникнове-
ние доли карбидных прослоек на межзеренной гра-
нице, вследствие возможной сегрегации на нее угле-
рода.
Рис. 9. Гистограмма распределения внутризерен-
ных выделений по размерам в материале, отра-
ботавшем 100⋅ 103 ч
71
0 40 80 120 160
Размер выдел ений, нм
0
40
80
До
л
я
в
ыд
е
ле
н
и
й,
%
0 40 80 120 160
Размер выдел ений, нм
0
40
80
До
л
я
в
ыд
е
л
е
н
и
й,
%
10. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ТРЕ-
НИЯ
Метод внутреннего трения является одним из са-
мых чувствительных методов исследований, позво-
ляющих выявлять изменения структурно-фазового
состояния материалов на самых ранних стадиях. Ис-
следования природы хрупкости и межкристаллит-
ной внутренней адсорбции примесей приведены в
работах [27-29]. Для сталей типа 15Х2НМФА с со-
держанием фосфора ~ 0,011 вес. % известен
“фосфорный пик”, появляющийся при ~ 3000 С при
изучении температурной зависимости внутреннего
трения.
Учитывая влияние длительного отжига на про-
цессы охрупчивания стали, обусловленные измене-
нием концентрации фосфора на границах зерен, и
зависимость параметров примесного фосфорного
пика от концентрации фосфора на границах зерен,
проведено изучение температурной зависимости
внутреннего трения стали 10ГН2МФА после дли-
тельной эксплуатации в реакторных условиях.
Рис. 10. Микроструктура материала трубопровода
после 100 000 ч эксплуатации (× 70 000)
Изучение внутреннего трения проводилось на
образцах из стали 10ГН2МФА в исходном состоя-
нии и после эксплуатации в течение 100⋅103ч. Разме-
ры образцов составляли 1х2х40 мм, резонансная ча-
стота крутильных колебаний 8 Гц. Испытания про-
водились на установке обратного крутильного маят-
ника в вакууме при нагреве до 3500 С. Температур-
ная зависимость внутреннего трения Q-1 (T) стали в
исходном состоянии и после эксплуатации в течение
100⋅103ч представлена на рис. 11, точками (Ο,∆), со-
ответственно. На кривых Q-1 (T) наблюдаются два
максимума Q-1 при 100 и 3100 С. Пик Q-1 при 1000 С
обусловлен релаксацией Снука-Кестра (СК) вызыва-
емый внедренными атомами углерода в твердом
растворе внедрения [30, 31]. Второй максимум Q-1
(T) при 3100 С относится к фосфорному примесному
пику (ПП) возникающему в результате адсорбции
фосфора на границах зерен [29, 32, 33].
На рис. 11 высота пика Q-1 (T) при 1000 С для ста-
ли после эксплуатации в течение 100⋅103ч незначи-
тельно изменилась, а для пика Q-1 (T) при 3100 С воз-
росла по сравнению с высотой пика для стали в ис-
ходном состоянии.
Рис. 11. Температурная зависимость внутреннего
трения.
Полученные экспериментальные результаты по
росту Q-1 (Т) при 3100 С свидетельствуют о значи-
тельных изменениях в состоянии границ зерен. Эти
оценки основываются на литературных данных, од-
нако они позволяют при совместном теоретическом
и экспериментальном определении необходимых па-
раметров прогнозировать работоспособность стали
в реальных условиях эксплуатации.
Приведенные результаты свидетельствуют о том,
что на первом этапе эксплуатации стали за 100⋅103 ч
произошло снижение показателей пластичности и
при этом значительное возрастание пика внутренне-
го трения, обусловленное процессами старения и
увеличением концентрации фосфора на границах зе-
рен. Приведенный анализ показывает, что концен-
трация фосфора на границах зерен еще не достигла
критического значения, близкого к насыщению, и
дальнейшее обогащение должно быть более за-
медленным, чем на начальных этапах эксплуатации
стали. Для установления корреляции между характе-
ристиками пластичности, концентрацией фосфора
на границах зерен и высотой пика внутреннего тре-
ния при 3100 С необходимы дополнительные измере-
ния внутреннего трения стали 10ГН2МФА через по-
следующие 20…30 тыс. часов эксплуатации.
11. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Комплекс работ, выполненных при исследовании
темплета, вырезанного с основного металла ГЦТ
первого блока ЮУ АЭС после 100⋅103ч эксплуата-
ции, включая
• механические испытания на растяжение;
• ударную вязкость;
• металлографические исследования;
• фрактографические исследования;
• электронно-микроскопические исследова-
ния;
• исследование внутреннего трения;
• измерения твердости и микротвердости
позволяет проанализировать эволюцию свойств и
структуры стали 10ГН2МФА за 100⋅103ч эксплуата-
ции.
1. Механические свойства стали на растяжение
(предел прочности, предел текучести, относитель-
72
ное удлинение, относительное сужение), ударная
вязкость, содержание неметаллических включений
соответствуют НТД на сталь 10ГН2МФА (ПНАЭ Г-
7-002-86, ТУ 975Е004511). Разрушение образцов но-
сит вязкий характер.
2. Вместе с тем для металла, отработавшего 100⋅
103ч наблюдается тенденция к старению, происхо-
дит эволюция структуры. Об этом свидетельствует
• более существенное увеличение предела текуче-
сти, чем предела прочности на отработавшем
металле, сопровождающееся потерей пластич-
ности;
• увеличение 3100 С пика внутреннего трения на
отработавшем металле по сравнению с исход-
ным.
Теоретический анализ и оценки также дают
основание считать, что при параметрах эксплуата-
ции реактора ВВЭР-1000 в стали 10ГНМФА (ГЦТ,
дыхательный трубопровод, трубопроводы САОЗ)
происходят процессы старения. В этом анализе
основное внимание уделено изучению сегрегации
фосфора на межзеренных границах и влиянию на
этот процесс примесей молибдена. Из литературных
данных известно, что примеси, особенно фосфор,
влияют на охрупчивание сталей, скапливаясь (сегре-
гация) на межзеренных границах. Несмотря на при-
близительность подобных оценок, обусловленных
незнанием в изучаемой температурной области ко-
эффициентов диффузии и коэффициентов перерас-
пределения примесей у межзеренных границ, полу-
ченные результаты позволяют определить основные
закономерности процесса.
Результаты проведенных исследований и оценок
показали:
• в течение первых 200⋅103 ч эксплуатации (на-
значенный ресурс реакторной установки ВВЭР-
1000) сталь 10ГН2МФА приходит в состояние, близ-
кое к равновесному. Это означает, что если при 200⋅
103 ч эксплуатации механические свойства стали со-
ответствуют НТД, то в дальнейшем они должны
мало меняться;
• температура эксплуатации существенно влияет
на диффузионные процессы. Например, при темпе-
ратуре 3000 С коэффициент диффузии фосфора в 5
раз меньше, чем при 3250 С.
В силу сложившихся обстоятельств, вырезка
темплета была проведена на “холодной” нитке ГЦТ,
поэтому на металле “горячей” нитки следует ожи-
дать более существенных изменений механических
свойств и эволюции структуры.
3. Метод твердости может использоваться для
контроля механических свойств металла, находя-
щегося в эксплуатации как экспрессный метод,
позволяющий выполнить большой объем
контроля, однако он должен применяться в соче-
тании с вырезкой микротемплетов или “трепа-
нов” для обоснования его использования как ме-
тода контроля механических свойств металла по-
сле различных сроков эксплуатации или матери-
алов, работающих в условиях облучения (напри-
мер, корпус реактора).
4. Полученные нами результаты целесообразно
сравнить с результатами механических свойств и
структурного состояния металла, полученными
на трубопроводах энергоблока № 5 Нововоро-
нежской АЭС (ВВЭР-1000) после 100⋅103 ч экс-
плуатации. Здесь контроль проводился на базе
безобразцовой технологии с целью определения
воздействия эксплуатационных факторов на ста-
рение металла [9].
Определение механических свойств производили
по результатам измерения твердости согласно мето-
дике РД ЭО 0027-94.Определялись в местах контро-
ля предел прочности, предел текучести, относитель-
ное удлинение.
Безобразцовый металлографический контроль
осуществлялся методом реплик. Реплика ставилась
в зоне измерения твердости.
Полученные указанными методами результаты
дали основание сотрудниками ВНИИАЭС сделать
следующий вывод :
“Комплекс работ, проведенный на широком
диапазоне марок материалов, показал, что эксплуа-
тационное воздействие при заданных параметрах
эксплуатации в течение 100⋅103 ч не оказывает влия-
ния на механические свойства исследованных марок
материалов. Показатели механических свойств на-
ходятся в соответствии с требованиями норматив-
ной документации. Не отмечено также структурных
измерений в металле.”
Метод кинетической твердости, частично ис-
пользованный в этих работах, суть которого заклю-
чается в регистрации процесса вдавливания инден-
тора в координатах: “нагрузка на индикатор – глу-
бина внедрения индентора в поверхность исследуе-
мого материала” является существенным продвиже-
нием метода твердости. Здесь осуществлен переход
от регистрации лишь конечного результата (в “клас-
сической твердости”) к изучению всей кинетики
процесса упругопластического деформирования
вдавливанием индентора. Тем не менее конечный
результат метода кинетической твердости, как и
классической твердости – это оценка механических
свойств (предел прочности, предел текучести, отно-
сительное удлинение), и погрешность определения
этих свойств мало зависит от того, записывается ли
диаграмма вдавливания индентора или нет. Метод
кинетической твердости не ликвидирует главный
недостаток метода твердости как метода определе-
ния механических свойств металла на растяжение –
это косвенный метод оценки механических свойств
в специфическом напряженном состоянии, реализу-
емом при вдавливании индентора.
Получаемые эмпирические соотношения между
твердостью и механическими свойствами верны в
узком структурном интервале. Поэтому для контро-
ля механических свойств металла после длительной
эксплуатации метод твердости может использовать-
ся в сочетании с методикой микрообразцов или вы-
резок.
В самом деле, как следует из наших результатов,
использование только методов твердости и металло-
графии дает основание считать, что свойства стали
10ГН2МФА после 100⋅103 ч эксплуатации не изме-
73
нились, что соответствует выводам работы [20]. И
только использование современных методов иссле-
дований с использованием образцов (электронной
микроскопии, внутреннее трение, прямые методы
механических испытаний) позволило выявить тен-
денцию к старению в процессе эксплуатации в ГЦТ
энергоблока № 1 ЮУ АЭС.
5. Изложенные в настоящей статье возможности
и преимущества метода микрообразцов для контро-
ля эволюции свойств металла в процессе эксплуата-
ции и оценки остаточного ресурса оборудования и
трубопроводов АЭС на примере основного металла
главного циркуляционного трубопровода энергобло-
ка № 1 ЮУ АЭС свидетельствуют о перспективно-
сти данной методики при проведении работ на энер-
гоблоках как при разовых, так и при систематиче-
ских периодических обследованиях. Выполнение та-
ких работ должно проводиться специализированны-
ми предприятиями, нацеленными на постоянное вы-
полнение таких работ (например, ДП “Энергоатом
контроль-сервис”).
12. ВЫВОДЫ
1. Для выполнения контроля механических
свойств основного металла главного циркуляци-
онного трубопровода первого энергоблока ЮУ АЭС
после 100⋅103 ч эксплуатации (требования п. 7.6.3
ПНАЭ Г-7-008-89) решены следующие основные за-
дачи:
• разработана система контроля механических
свойств с использованием микрообразцов;
• разработана методика и пилотный вариант обо-
рудования для вырезки заготовок под микрообразцы
без нарушения конструкционной целостности и
прочности трубопроводов;
• для стали 10ГН2МФА обосновано соответствие
результатов механических испытаний микрообраз-
цов результатам испытаний стандартных образцов;
• проведена аттестация методики, ее согласова-
ние с ГАЯР и утверждение в НАЭК “Энергоатом”.
2. В системе контроля механических свойств
основного металла и сварных соединений оборудо-
вания и трубопроводов АЭС с помощью микрооб-
разцов реализован комплексный подход. Определя-
ются:
• механические свойства (предел прочности, пре-
дел текучести, относительное удлинение, относи-
тельное сужение);
• ударная вязкость;
• характер разрушения образцов;
• микроструктурные и структурно-фазовые изме-
нения в процессе эксплуатации;
• твердость и микротвердость;
• состояние границ зерен, ответственных за про-
цессы охрупчивания материалов;
• наличие межкристаллитной коррозии (для
аустенитных сталей).
3. Впервые проведена вырезка темплета основно-
го металла из ГЦТ 1-го энергоблока ЮУ АЭС после
100⋅103 ч эксплуатации при сохранении конструкци-
онной целостности и прочности трубопровода.
Вырезка выполнена с помощью установки “Ми-
крорез-5” (разработка ННЦ ХФТИ и ДП ЭАКС). Ис-
пытания установки “Микрорез-5” на 1-м энергобло-
ке ЮУ АЭС подтвердили правильность принципи-
альных технических решений (блочно-модульное
изготовление, крепление к трубопроводу с помощью
гибких захватов, совмещение систем оконтуривания
и электроэрозионной резки, системы управления и
контроля скорости электроэрозионного резания и
др.).
Накопленный опыт и результаты испытаний поз-
воляют приступить к разработке и изготовлению
промышленного варианта установки “Микрорез” и
внедрению ее для выполнения важнейших работ по
оценке остаточного ресурса оборудования и трубо-
проводов АЭС и на других объектах промышленно-
сти.
4. Из вырезанного основного металла ГЦТ тем-
плета изготовлены образцы и проведены исследова-
ния:
• определены механические свойства на растяже-
ние (предел прочности, предел текучести, относи-
тельное удлинение и относительное сужение) при
температурах 20 и 3500 С;
• ударной вязкости (200 С);
• фрактографические исследования мест разру-
шения образцов после испытаний;
• металлографии;
• твердости и микротвердости;
• электронной микроскопии;
• внутреннего трения.
5. Результаты проведенных исследований пока-
зали, что механические свойства (предел прочности,
предел текучести, относительное удлинение и отно-
сительное сужение), ударная вязкость стали
10ГН2МФА после 100⋅103 ч эксплуатации соответ-
ствуют нормативно-технической документации.
6. Анализ полученных результатов, их сравнение
с результатами испытаний исходного материала и
паспортными данными свидетельствуют об имею-
щих место в стали 10ГН2МФА процессах старения
металла в условиях эксплуатации.
7. Целесообразно при достижении (120…130)⋅103
ч с начала эксплуатации выполнить повторную вы-
резку и испытания образцов металла ГЦТ первого
энергоблока ЮУ АЭС с целью установления кине-
тики старения основного металла (сталь 10ГН2М-
ФА) и прогнозирования остаточного ресурса метал-
ла ГЦТ как первого блока ЮУ АЭС, так и других
энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000.
8. Проведенные исследования свидетельствуют о
перспективности использования методики микрооб-
разцов при проведении контроля механических
свойств и эволюции структуры как при разовых, так
и периодических обследованиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. ПНАЭ Г-008-89. “Правила устройства и без-
опасной эксплуатации оборудования и трубо-
проводов атомных энергетических установок”.
2. МИ 1317-86. “Методические указания. Государ-
ственная система обеспечения единства измере-
ния. Результаты и характеристики погрешности
74
измерений”.
3. Трубопровод главный циркуляционный. Специ-
фикация конструкционных материалов
320.04.00.00.000 Д42.
4. Методика определения механических свойств
металла оборудования и трубопроводов АЭС с
помощью микрообразцов. РД.00.ЭК.ХФ.МО.М.
09-09.
5. ГОСТ 1497-84. “Металлы. Методы испытаний
на растяжение”.
6. ГОСТ 9454-78. “Металлы. Методы испытаний
на ударный изгиб при пониженной, комнатной и
повышенной температурах”.
7. I.M. Neklyudov, L.S. Ozhigov. Use of
Microspecimens Irradiated in charged particle
accelerators and Reactors for studying Mechanical
Prioperties of Materials. Proceedings IEA
Inetrnational Symposium “Miniaturized Spesimens
for Testing of Irradiated Materials” Julich,
Germany, 1994, p. 15-29.
8. Л.С. Ожигов, И.М. Неклюдов, В.М. Пышный.
Использование микрообразцов для оценки ре-
сурса металла оборудования АЭС//ВАНТ. Серия
ФРП и РМ, 1998. Вып. 6 (72). С. 85-89.
9. А.А. Абагян, М.Б. Бакиров, В.Г. Васильев, Ю.А.
Янченко. Контроль состояния металла оборудо-
вания и трубопроводов АЭС России после дли-
тельной эксплуатации//Труды 5-й Международ-
ной конференции “Материаловедческие пробле-
мы при проектировании, изготовлении и эксплу-
атации оборудования АЭС”. Т. 2. С-Петербург,
1998. С. 266-276.
10. V. Cihal, Stahe u. Eisen., 1959,79,1944
11. Foundry Trade J., 1969,16,92
12. Jons and Laughlin Steel Corporation, Publicity
Leaflet
13. Baumel, ibid., 1965,85,1462
14. E. Houndremont, Handluchder Sonder-stahlkunde,
vol. 1, 1956.
15. M. Semchyshen, A.P. Bond and H.J. Dundas,
“Towards improved ductility and toughness”,
Climax Molibdenium Co. Symp., Kyoto,1972, 239.
16. P.N. Wright, Welding J., Oct.1971.
17. F.B.Pickering, Heat Tretment 73, Metals Soc.,
1975, 1.
18. P.J. Goodhew B.Sc.,Ph.d., A.I.M., Specimens
preparation in materials science, American elsevier
publishing Co., INCNEW YORK, 27.
19. Трубы бесшовные плакированные. Технические
условия ТУ975Е004511. Ред. 5.
20. ГОСТ 8233-56. “ Сталь. Эталоны микрострукту-
ры”.
21. ГОСТ 5640-68. “Сталь. Металлографический
метод оценки микроструктуры листов и ленты”.
22. П. Хирш, А. Хови, Р. Никлсон, Д. Пэшли, М.
Уэлан, Электронная микроскопия тонких кри-
сталлов, М.:, ‘'Мир’', 1968, 48с.
23. Л.В. Барханова, Э.Л. Демина, Металлографиче-
ское травление металлов и сплавов, М.: “Метал-
лургия”, 1986, 35с.
24. ГОСТ 13407-67. “Измерение твердости”.
25. Инструкция РДЭО 0027-94 “Определение харак-
теристик механических свойств металла обору-
дования атомных электростанций безобразцо-
выми методами по характеристикам твердости”.
26. F.B.Pickering, Iron and Steel Inst. Publ. 114, 1969,
119.
27. Краткий справочник физико-химических ве-
личин, Химия, 1967, 165с.
28. А.А. Астафьев, Г.С. Карк, С.И. Марков.
Фосфорный пик внутреннего трения в перлит-
ной стали//ФММ, 1978, т. 45, вып. 1, с. 197-199.
29. Е.Э. Гликман, Ю.В. Гранин, Ю.В. Пигузов. Ис-
следование природы обратимой отпускной
хрупкости сталей методом внутреннего
трения//Металловедение и техническая обра-
ботка металлов. 1967, № 4, с. 310.
30. Е.Э. Гликман, Ю.В. Пигузов. Межкристаллит-
ная внутренняя адсорбция примесей и внутрен-
нее трение металлических твердых растворов и
сплавов на их основе//Аналитические возмож-
ности метода внутреннего трения, М.:
“Наука”, 1973, с. 75-86.
31. М.С. Блантер, Ю.В. Пигузов. Метод внутрен-
него трения в металлических исследованиях,
1991.
32. В.Т. Шматов, А.В. Гринь, ФММ, 1959, 8, в. 6,
829.
33. А. Новик, Б. Бегри. Релаксационные явления в
кристаллах, М.: “Атомиздат”. 1975.
75
УДК 669.018.22
использование микрообразцов для Контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока № 1 ОП ЮУ АЭС после 100 тыс. часов эксплуатации
1. Введение
2. свойства стали 10гн2мфа по толщине гцт
3. Установление корреляции механических свойств микрообразцов и стандартных образцов
3.1. Кратковременные механические свойства
3.2. Ударная вязкость
Примечание
4. Вырезание темплета с гцт и изготовление образцов для исследований
5. Металлографические исследования
Вид
6. Механические испытания на растяжение
Условие
Условие
7. Испытания на ударный изгиб
8. Измерения твердости
9. Электронно-микроскопические исследования
10. Исследование внутреннего трения
11. Обсуждение результатов
литературА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78176 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:02:36Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зеленский, В.Ф. Неклюдов, И.М. Ожигов, Л.С. Пышный, В.М. Митрофанов, А.С. Гоженко, С.В. Савченко, В.И. Брык, В.В. Рыбальченко, Н.Д. 2015-03-12T15:02:14Z 2015-03-12T15:02:14Z 2000 Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации / В.Ф. Зеленский, И.М. Неклюдов, Л.С. Ожигов, В.М. Пышный, А.С. Митрофанов, С.В. Гоженко, В.И. Савченко, В.В. Брык, Н.Д. Рыбальченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 63-75. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78176 669.018.22 Приведены результаты исследований по контролю механических свойств основного металла ГЦТ ЮУ АЭС после 100×10³ ч эксплуатации, впервые полученные с помощью методики микрообразцов. Разработана методика и оборудование для вырезки с трубопроводов заготовок под микрообразцы без нарушения их конструкционной целостности. Разработана система контроля механических свойств с использованием микрообразцов. Обсуждаются перспективы применения методики микроообразцов в качестве метода контроля металла оборудования и трубопроводов АЭС. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы, ядерное топливо и реакторы на тепловых нейтронах Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации Article published earlier |
| spellingShingle | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации Зеленский, В.Ф. Неклюдов, И.М. Ожигов, Л.С. Пышный, В.М. Митрофанов, А.С. Гоженко, С.В. Савченко, В.И. Брык, В.В. Рыбальченко, Н.Д. Материалы, ядерное топливо и реакторы на тепловых нейтронах |
| title | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации |
| title_full | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации |
| title_fullStr | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации |
| title_full_unstemmed | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации |
| title_short | Использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10ГН2МФА) энергоблока №1 ОП ЮУАЭС после 100 тыс. часов эксплуатации |
| title_sort | использование микрообразцов для контроля механических свойств и эволюции микроструктуры основного металла главного циркуляционного трубопровода (сталь 10гн2мфа) энергоблока №1 оп юуаэс после 100 тыс. часов эксплуатации |
| topic | Материалы, ядерное топливо и реакторы на тепловых нейтронах |
| topic_facet | Материалы, ядерное топливо и реакторы на тепловых нейтронах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78176 |
| work_keys_str_mv | AT zelenskiivf ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT neklûdovim ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT ožigovls ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT pyšnyivm ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT mitrofanovas ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT goženkosv ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT savčenkovi ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT brykvv ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii AT rybalʹčenkond ispolʹzovaniemikroobrazcovdlâkontrolâmehaničeskihsvoistviévolûciimikrostrukturyosnovnogometallaglavnogocirkulâcionnogotruboprovodastalʹ10gn2mfaénergobloka1opûuaésposle100tysčasovékspluatacii |