Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания
В роботі наведені експериментальні результати дослідження впливу легуючих (Ni,Mn) та домішкових (P,Cu) елементів на схильність до радіаційного окрихчення низьколегованих корпусних матеріалів в умовах високопоточного опромінення в дослідницьких та промислових реакторах, а також узагальнені дані по...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80148 |
| 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: | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания / А.М.Морозов, В.А.Николаев, Е.В.Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 76-83. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859686954112647168 |
|---|---|
| author | Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. |
| author_facet | Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. |
| citation_txt | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания / А.М.Морозов, В.А.Николаев, Е.В.Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 76-83. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В роботі наведені експериментальні результати дослідження впливу легуючих (Ni,Mn) та домішкових (P,Cu)
елементів на схильність до радіаційного окрихчення низьколегованих корпусних матеріалів в умовах високопоточного
опромінення в дослідницьких та промислових реакторах, а також узагальнені дані по радіаційному окрихченню
матеріалів корпусів водо-водяних реакторів ВВЕР-1000( основний метал та метал зварних швів сталі 15Х2НМФА-А).
Особлива увага приділена зростанню радіаційного окрихчення матеріалу зварних швів при вмісті нікелю більш за 1.5 %.
На основі аналізу експериментальних результатів зміни властивостей промислового металу ( в тому числі архівного
металу діючих ВВЕР-1000 ) під впливом нейтронного опромінення зроблено висновок про необхідність корегування
співвідношення для опису дозової залежності радіаційного окрихчення металу зварних швів з урахуванням підвищеного
вмісту в них нікелю.
В работе приведены экспериментальные результаты исследования влияния легирующих (Ni, Mn) и примесных (P,
Сu) элементов на склонность к радиационному охрупчиванию низколегированных корпусных материалов в условиях
высокопоточного облучения в исследовательских и промышленных реакторах, а также обобщены данные по радиационному охрупчиванию материалов корпусов водо-водяных реакторов ВВЭР-1000 (основной металл и металл сварных
швов стали 15Х2НМФА-А). Особое внимание уделено усилению радиационного охрупчивания материала сварных швов
при содержании никеля более 1,5%.
На основе анализа экспериментальных результатов изменения свойств промышленного металла (в том числе архивного металла действующих ВВЭР-1000) под воздействием нейтронного облучения сделано заключение о необходимости корректировки соотношения для описания дозовой зависимости радиационного охрупчивания металла сварных
швов с учетом повышенного содержания в них никеля.
The paper gives the results of an experimental investigation into the effects of alloying (∼0.2…3.0% Ni, ∼0.5…3.0% Mn)
and impurity (∼0.004…0.035% P, ∼0.05…0.35% Cu) elements on susceptibility to irradiation embrittlement of low-alloy vessel
materials under high-intensity irradiation conditions used in research and commercial reactors as well as generalizes data on the
irradiation embrittlement of materials used in WWER-1000 vessels (the base metal of 15X2HMФА-A steel and its weld metal).
Special attention is paid to irradiation embrittlement enhancement in the weld materials containing more than 1.5% Ni.
Relying on the analysis of experimental observations on the change in commercial metal properties (including an archieve
metal of WWERs -1000 now in operation) under neutron irradiation, it was concluded that the relationship describing the dose
dependence of irradiation embrittlement of the weld metal taking into consideration its increased Ni contents is to be corrected.
|
| first_indexed | 2025-11-30T22:59:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.039.531
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МАТЕРИАЛОВ КОРПУСОВ
РЕАКТОРОВ ВВЭР-1000 НА ДОЗОВУЮ ЗАВИСИМОСТЬ
ИХ РАДИАЦИОННОГО ОХРУПЧИВАНИЯ
А.М.Морозов, В.А.Николаев, Е.В.Юрченко
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», г.Санкт-Петербург, Россия
В роботі наведені експериментальні результати дослідження впливу легуючих (Ni,Mn) та домішкових (P,Cu)
елементів на схильність до радіаційного окрихчення низьколегованих корпусних матеріалів в умовах високопоточного
опромінення в дослідницьких та промислових реакторах, а також узагальнені дані по радіаційному окрихченню
матеріалів корпусів водо-водяних реакторів ВВЕР-1000( основний метал та метал зварних швів сталі 15Х2НМФА-А).
Особлива увага приділена зростанню радіаційного окрихчення матеріалу зварних швів при вмісті нікелю більш за 1.5 %.
На основі аналізу експериментальних результатів зміни властивостей промислового металу ( в тому числі архівного
металу діючих ВВЕР-1000 ) під впливом нейтронного опромінення зроблено висновок про необхідність корегування
співвідношення для опису дозової залежності радіаційного окрихчення металу зварних швів з урахуванням підвищеного
вмісту в них нікелю.
В работе приведены экспериментальные результаты исследования влияния легирующих (Ni, Mn) и примесных (P,
Сu) элементов на склонность к радиационному охрупчиванию низколегированных корпусных материалов в условиях
высокопоточного облучения в исследовательских и промышленных реакторах, а также обобщены данные по радиацион-
ному охрупчиванию материалов корпусов водо-водяных реакторов ВВЭР-1000 (основной металл и металл сварных
швов стали 15Х2НМФА-А). Особое внимание уделено усилению радиационного охрупчивания материала сварных швов
при содержании никеля более 1,5%.
На основе анализа экспериментальных результатов изменения свойств промышленного металла (в том числе архив-
ного металла действующих ВВЭР-1000) под воздействием нейтронного облучения сделано заключение о необходимо-
сти корректировки соотношения для описания дозовой зависимости радиационного охрупчивания металла сварных
швов с учетом повышенного содержания в них никеля.
The paper gives the results of an experimental investigation into the effects of alloying (∼0.2…3.0% Ni, ∼0.5…3.0% Mn)
and impurity (∼0.004…0.035% P, ∼0.05…0.35% Cu) elements on susceptibility to irradiation embrittlement of low-alloy vessel
materials under high-intensity irradiation conditions used in research and commercial reactors as well as generalizes data on the
irradiation embrittlement of materials used in WWER-1000 vessels (the base metal of 15X2HMФА-A steel and its weld metal).
Special attention is paid to irradiation embrittlement enhancement in the weld materials containing more than 1.5% Ni.
Relying on the analysis of experimental observations on the change in commercial metal properties (including an archieve
metal of WWERs -1000 now in operation) under neutron irradiation, it was concluded that the relationship describing the dose
dependence of irradiation embrittlement of the weld metal taking into consideration its increased Ni contents is to be corrected.
РОЛЬ NI, MN, P И CU В РАДИАЦИОННОМ
ОХРУПЧИВАНИИ НИЗКОЛЕГИРОВНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Корпуса атомных реакторов типа ВВЭР-1000
изготовлены из низколегированных материалов, со-
держащих Ni на уровне ~1% и выше. Особенно вы-
сокое его содержание выявлено в металле сварных
швов, в которых его уровень достигает ~ 1,9%. Ни-
кель способен усиливать радиационное охрупчива-
ние (РО) и поэтому проблема его влияния на дегра-
дацию свойств материала под облучением имеет как
научный, так и практический интерес. Важно отме-
тить, что степень его негативного влияния зависит
от уровня содержания в материале примесных эле-
ментов, таких как P и его аналоги (Sb, Sn, As). К
элементам, усиливающим радиационное поврежде-
ние, относится, как хорошо известно, и Сu. Кроме
того, заслуживает внимания роль марганца в изме-
нении свойств корпусных материалов под облуче-
нием, поскольку с ростом концентрации Mn, как и с
ростом содержания Ni, наблюдается усиление ра-
диационного охрупчивания.
С учетом роли упомянутых элементов в работе
проанализированы (по доступным данным) зависи-
мости радиационного охрупчивания стали 15Х2Н-
МФА-А и металла ее сварных швов, при этом зна-
чительная часть исследованного металла представ-
ляет собой металл архивных проб материалов кор-
пусов реакторов (КР) изготовленных ВВЭР-1000.
Представленные в работе данные исследования
влияния Ni, Mn, Cu и P на склонность к радиацион-
ному охрупчиванию низколегированных корпусных
материалов и (или) бинарных сплавов основаны на
результатах ранее выполненных работ.
Наиболее ранние экспериментальные данные по
влиянию Ni на радиационное охрупчивание
конструкционных материалов были получены в
ЦНИИ КМ «Прометей» для стали 2,5% Cr -,6% Mo -
0,3% V базовой композиции, изготовленной в лабо-
раторных условиях [1].Представленные на рис.1 за-
_______________________________________________________________________________
76 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002. №6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (82-, с.76-83.
висимости показывают влияние концентрации нике-
ля при температуре облучения ~ 350 и ~ 50оС на вы-
званное облучением смещение температуры вязко-
хрупкого перехода ∆Т и возрастание предела теку-
чести ∆σ0,2. Очевидно, что изменение свойств в
большой степени зависит от температуры облуче-
ния.
Рис.1. Влияние Ni на радиационное охрупчивание и
упрочнение Cr-Mo-V стали с различным содержа-
нием примесных элементов
При температуре ~ 350оС влияние добавок Ni опре-
деляется концентрацией примесей. Когда сталь со-
держит 0,025% P и 0,28% Cu, ее охрупчивание мо-
нотонно возрастает с ростом концентрации никеля.
В то же самое время поведение стали, исследован-
ной при упомянутых условиях облучения, не пока-
зывает какой-либо чувствительности к изменению
концентрации никеля, когда уровень примесных
элементов очень низок (0,003…0,005% P, 0,04…
0,05% Cu).
При низкотемпературном облучении (~ 50оС)
линейный рост ∆Т с ростом содержания Ni от 0 до
3% наблюдается независимо от уровня содержания
примесей. Но опять, как и при температуре облуче-
ния ~350оС, наибольшая величина ∆Т наблюдается
при наибольшем содержании в стали примесей.
Радиационное упрочнение стали воспроизводит
в общих чертах картину вышеупомянутого сдвига
∆Т. Это сходство указывает на тот факт, что оба яв-
ления коррелируют и, возможно, контролируются
одними и теми же микроструктурными факторами.
Отмеченная негативная роль примесей, прежде
всего фосфора, в радиационном охрупчивании при
исследовании влияния никеля имела и прямое под-
тверждение [2-4], когда варьировалось содержание
лишь одного примесного элемента при сохранении
концентрации других компонентов состава. Наибо-
лее ранние, полученные на стали 15Х2НМФА дан-
ные [2] показывают (см. рис.2) существенное усиле-
ние радиационного охрупчивания с ростом содер-
жания P как при повышенной (300…350оС), так и
пониженной (~ 50оС) температурах облучения.
Рис.2. Влияние фосфора в стали типа
15Х2НМФА на коэффициент радиационного
охрупчивания AF (Ο,) и прирост предела те-
кучести σ0,2 () после облучения флюенсом ~2⋅
1019н/см2 с Е≥0,5Мэв
Близкое по характеру с рассмотренным выше
влиянием Ni на изменение ∆Т под облучением ста-
ли Cr-Mo-V-композиции было обнаружено и в слу-
чае экспериментальных сварных швов с вариацией
содержания не только Ni, но и Mn в пределах ~
0,7…2,2% и ~ 0,45…1,0% соответственно [5]. Cr-
Mo-V – основа сварной пробы, а также и режим тер-
мической обработки исследованных сварных швов
были практически теми же, как и в случае материа-
лов КР промышленных ВВЭР-1000. Концентрация
Р и Cu в металле этих сварных швов была на уровне
0,011…0,012% и 0,17…0,19% соответственно. При-
близительно линейный рост величины ∆Т с увели-
77
чением содержания вышеупомянутых (Ni и Mn)
элементов отмечен как при температуре облучения
~290…310оС, так и ~50оС (см.рис.3). Для того, что-
бы понять роль Ni в РО, следует обратиться к дан-
ным по влиянию Ni на тепловую хрупкость стали
[6]. Изменение температуры вязко-хрупкого перехо-
да 2,5%Cr-0,6%Mo-0.3%V стали с ~ 0,015% фосфо-
ра, подвергнутой термическому старению при тем-
пературе 340, 425 и 500оС в течение 6000 ч, пред-
ставлено на рис.4 в зависимости от содержания ни-
келя.
Рис.3. Влияние содержания Ni (а) и Mn (b) на ра-
диационное охрупчивание металла эксперименталь-
ных сварных швов
Очевидное сходство влияния никеля на тепло-
вое и радиационное охрупчивание позволяет сде-
лать предположение, что его роль почти одинакова
в обоих явлениях. В любом случае никель способ-
ствует охрупчиванию путем понижения зерногра-
ничных сил связи (зернограничного сцепления)
вследствие сегрегации фосфора. Это мнение осно-
вано на том, что для никельсодержащей стали с
концентрацией фосфора 0,025% вид излома для об-
лученных при ~300оС образцов является интеркри-
сталлитным, как и в случае тепловой хрупкости [7].
В этом отношении влияние никеля подобно
влиянию марганца на тепловую хрупкость и радиа-
ционное охрупчивание. Оба элемента стимулируют
развитие зернограничной равновесной (т.е. тепло-
вой) и внутрикристаллитной неравновесной (т.е. ра-
диационно-наведенной) сегрегации примесных эле-
ментов, подобно P, Sb, Sn. Присутствие последних в
стали является поэтому необходимым условием для
реализации наблюдаемого неприятного механизма
влияния Ni и Mn. Кроме того, очевидно прямое уча-
стие Ni в радиационном охрупчивании. Это мнение
[7,8] основано на факте, что при низкотемператур-
ном облучении (~ 50оС) наблюдается сильное влия-
ние Ni на радиационное упрочнение и охрупчива-
ние не только в легированной стали (рис.1), но так-
же и в бинарных Fe-Ni-сплавах с очень низким со-
держанием примесных элементов.
Рис.4. Повышение сдвига температуры вязко-
хрупкого перехода в зависимости от содержания
Ni в 2.5Cr-0.6Mo-стали после старения
в течение 6000 ч
При этом и после облучения вид транскристал-
литного излома поверхности разрушения образцов
сохраняется. Резистометрические опыты [9] указы-
вают на радиационно-индуцированное выделение
атомов Ni и Mn из твердого раствора при низкотем-
пературном (~ 50оС) облучении (см. рис.5).
Рис.5. Влияние изохронального отжига на электро-
сопротивление Fe-Ni и Fe-Mn – сплавов
78
Температура отжига, оС
РАДИАЦИОННОНЕ ОХРУПЧИВАНИЕ
МАТЕРИАЛОВ КОРПУСОВ
РЕАКТОРОВ ВВЭР-1000
С учетом изложенной выше информации о роли
Ni, Mn, P и Cu в РО низколегированных конструк-
ционных материалов была предпринята попытка
проанализировать закономерности РО стали и ме-
талла сварных швов, применяемых для корпусов ре-
акторов ВВЭР-1000.
Для этой цели использована сталь 15Х2НМФА-
А промышленного производства в виде плит и по-
ковок (обечаек) и металл производственных свар-
ных швов, в том числе металл архивных проб свар-
ных соединений КР изготовленных ВВЭР-1000.
Химический состав, режимы термической обра-
ботки и исходные свойства исследованных материа-
лов приведены в табл. 1 и 2 для основного металла
и металла сварных швов соответственно.
Таблица 1
Содержание Ni, P, Cu и Mn в исследованной стали 15Х2НМФА-А, режимы термической
обработки, а также исходные свойства материалов
Мар-
ки-
ровка
Весовое содержание, %
Ni P Cu Mn
Режим термообработки Тисп 20оС
0,2,
МПа
в,
МПа
Тк,
оС
102753 1,15 0,010 0,04 0,48
Закалка в воду от 890оС;
отпуск 650оС (10 ч);
625оС (25 ч), охлаждение
на воздухе
565 671 -14
103991 1,01 0,010 0,03 0,45
Закалка в воду от 920…
930оС; отпуск 660…
650оС (14 ч); 630оС (13
ч), 650о (18 ч), охлажде-
ние на воздухе
555 662 +8
190812 0,96 0,005 0,05 0,41
Закалка в воду от 925-
935оС; отпуск 665…
675оС (10,7 ч),
охлаждение на воздухе
694 789 -60
Е-7029 1,05 0,010 0,058 0,50
920…930оС, воздух;
отпуск 660-670оС (12,5
ч), воздух
630 720 -90
«Атом
-маш»
Д
1,26 0,010 0,05 0,49
Термическая обработка
по характерному для КР
ВВЭР-1000 режиму.
Конкретный режим на
заводе изготовителе.
- - -85
102253 1,17
(1,31)
0,010 0,05 0,51
Закалка в воду от 920оС;
отпуск 650оС 25 ч, 610…
620оС 19 ч.
630 730 -25
Из табл.1 видно, что в основном металле (сталь
15Х2НМФА-А) концентрация Ni находится в до-
вольно узких пределах (0,96…1,3%), в то время как
в металле швов этот диапазон гораздо шире – ~1,1…
1,8%. При последующем анализе данных по радиа-
ционному охрупчиванию металл сварных швов был
разделен на две группы, существенно отличающих-
ся друг от друга по содержанию никеля. Одна из
них включала в себя швы с ~1,1…1,3% Ni, что несу-
щественно отличается от пределов содержания это-
го элемента в основном металле, а другая – швы с
повышенной концентрацией Ni, а именно ~1,65…
1,80%.
По содержанию фосфора и меди основной ме-
талл удовлетворял требованиям технических усло-
вий, предъявляемым к этой стали. Концентрация P и
Cu составила 0,005…0,010 и 0,03…0,06% соответ-
ственно. Аналогично уровень содержания этих эле-
ментов в металле всех исследованных сварных швов
был также достаточно низким и находился в преде-
лах 0,007…0,015% P и 0,03…0,07% Cu.
Исследованный основной металл несуществен-
но различался по содержанию марганца – его кон-
центрация находилась в пределах 0,41…0,51%. Учи-
тывая этот факт и незначительные различия иссле-
дованной стали по содержанию P и Cu, вполне мож-
но допустить, что использованный в работе основ-
ной металл близок между собой по содержанию та-
ких вредно влияющих на его радиационную повре-
ждаемость элементов, как Mn, P и Cu. В металле
сварных швов диапазон изменения концентрации
марганца был заметно шире, чем в основном метал-
ле, и составил 0,39…1,07%, что дает, в принципе,
основание предпринять попытку проанализировать
роль как отдельно Мn, так и его совместное с Ni
влияние на РО металла исследованных швов.
79
Таблица 2
Содержание Ni, P, Cu и Mn в исследованной стали 15Х2НМФА-А, режимы термической
обработки, а также исходные свойства материалов
Марки-
ровка
Весовое содержание, %
Ni P Cu Mn
Режим термообработки Тисп 20оС
0,2,
МПа
в,
МПа
Тк,
оС
260-5 1,10 0,010 0,03 0,92 610…620оС (25 ч), 640…650оС
(10 ч), охлаждение с печью
534 628 -6
Е-8827Б 1,11 0,011 0,07 0,81 620оС (14,5 ч), 645оС (18,5 ч),
воздух
548 640 +20
48-1 1,14 0,07 0,04 0,82 610…625оС (15,5 ч), 650…655оС
(11,5 ч)
- - -9
В-1 1,36 0,015 0,04 0,90
630оС (30 ч), 650оС (20 ч) охла-
ждение с печью до 300оС, далее
– воздух
559 627 -20
520-3 1,14 0,014 0,07 0,62
610…625оС (17,5 ч), 635…645оС
(22 ч) охлаждение с печью 613 677 +10
520-9 1,13 0,012 0,06 1,11 610…625оС (10 ч), 640…650оС
(10 ч) охлаждение с печью
548 641 +20
1 1,23 0,007 0,06 0,75 650оС (20 ч) 638 - +20
47-1 1,24 0,010 0,018 0,74 610-625оС (11ч), 635…655оС
(11 ч) охлаждение с печью
512 606 +4
220-7А 1,14 0,009 0,05 0,81 610…620оС (25 ч), 640-650оС
(10ч) охлаждение с печью
494 606 -15
Кол.шов
№3
1,29 0,011 0,06 0,61 620оС (5 ч), 650оС (10 ч) охла-
ждение с печью
- - +20
200-1А 1,78 0,008 0,03 0,81 610…625оС (25 ч), 640…645оС
(10 ч) охлаждение с печью
544 627 -2
530-А6 1,77 0,010 0,04 1,07 610…615оС (11 ч), 640…645оС (9
ч) охлаждение с печью
504 613 +9
550-8А 1,80 0,009 0,03 1,03
610…620оС (20 ч),
640…650оС (10 ч) охлаждение с
печью
586 - +31
Атоммаш
«М»
1,72 0,008 0,05 0,82 * * * -10
260-11 1,70 0,008 0,06 0,39
610…630оС (17,5 ч),
охлаждение с печью до
400оС,640…645оС (9 ч 20 мин)
охлаждение с печью до 300оС
547 640 -48
530-32 1,65 0,011 0,02 0,76
6107…620оС (14 ч), 640…650оС
(9,5 ч), охлаждение с печью 523 - -24
* - информацией владеет завод-изготовитель
Облучение образцов, проведенное в исследо-
ванных реакторах ВВР-М ПИЯФ РАН, СМ-2, РБТ-6
и РБТ-10 НИИАР, а также в промышленном реакто-
ре РБМК ЛАЭС, характеризовалось относительно
высокой плотностью потока нейтронов (~1013 н/см2⋅
с с Е≥0,5 Мэв), а облучение в реакторе 5-го блока
НВАЭС проведено при плотности 1012…1013 н/см2⋅с.
Величина флюенса нейтронов при облучении образ-
цов варьировалась в пределах примерно 1.1019…
2.1020 н/см2, а температура облучения составляла
~285+10оС, что практически совпадает с температу-
рой, характерной для работы КР ВВЭР-1000.
Изменение в результате облучения склонности
материалов к хрупкому разрушению оценивали по
повышению температуры вязко-хрупкого перехода,
определяемой при испытании на ударный изгиб
стандартных образцов сечением 10х10 мм. Темпера-
туру вязко-хрупкого перехода определяли в основ-
ном по уровню поглощенной энергии разрушения
47 Дж, а в ряде случаев по количеству (50%) вязкой
составляющей в изломе образцов. Температурные
зависимости энергии разрушения и волокна в изло-
ме были построены на основании математической
модели с использованием функции гиперболическо-
го тангенса. Полученные данные по смещению тем-
пературы вязко-хрупкого перехода ∆Т были исполь-
зованы для анализа дозовой зависимости радиаци-
онного охрупчивания трех групп материалов –
основного металла стали 15Х2НМФА-А и металла
ее сварных швов с содержанием никеля в одном
случае до 1,36%, а в другом – 1,65…1,80%.
Результаты охрупчивания стали 15Х2НМФА-А
под облучением в зависимости от величины флюен-
са представлены на рис.6,а. На этом же рисунке
приведена нормативная зависимость :
80
∆Т =АF F1/3 (1),
где F – величина флюенса с Е≥0,5 Мэв в единицах
1018н/см2, а АF - коэффициент РО, равный 23. Из
этого рисунка видно, что нормативная зависимость
(1) является достаточно консервативной в интервале
значений флюенса до 6.1019 н/см2.
Зависимость РО металла сварных швов с содер-
жанием Ni не более 1,36% приведена на рис.6,б. Как
видно из этого рисунка при величине флюенса до
~6 .1019 н/см2 все экспериментальные значения ∆Т
лежат ниже нормативной зависимости (1) с коэффи-
циентом АF=20.
Рис. 6. Дозовая зависимость радиационного
охрупчивания стали 15Х2НМФА-А (а)
и металла ее сварных швов с содержанием
0,96…1,36% Ni (b)
При более высоких значениях флюенса (от ~6 .1019
до 1.1020н/см2) часть точек расположена уже выше
нормативной кривой. Начиная с флюенса ~1.1020
н/см2, практически все значения ∆Т превышают
сдвиги, определяемые по нормативной зависимости
∆Т (F) с коэффициентом АF=20.
Эти данные, полученные после высокопоточно-
го облучения, целесообразно сопоставить с экспери-
ментальными данными [10] по образцам-свидете-
лям при плотности нейтронного потока ~1010....1011
н/см2⋅с (флюенс ~1,99 .1019 н/см2). На рис.7 сопо-
ставляются с нормативной кривой при АF=23 дан-
ные о РО образцов-свидетелей из основного метал-
ла с 1,21% Ni (КР НВ АЭС), 1,16% Ni (КР первых
блоков Калининской и Балаковской АЭС) и 1,17%
Ni (КР ЮУ АЭС), а также ОС из металла сварного
шва с 1,21% (КР НВ АЭС). Видно, что практически
все экспериментальные точки расположены ниже
указанной нормативной зависимости. Представлен-
ные результаты, с одной стороны свидетельствуют
о том, что использование нормативной зависимости
вполне оправдано в практических целях, и с другой,
данные по ОС не противоречат результатам иссле-
дований РО после ускоренного (высокопоточного)
облучения.
Рис. 7. Сопоставление данных о радиационном
охрупчивании стали 15Х2НМФАА с 1.16-1.21%Ni,
полученных на образцах-свидетелях КР ВВЭР-1000,
с нормативной зависимостью.
Для металла сварных швов с концентрацией Ni
~1,6…1,8% результаты исследований приведены на
рис.8. Из него видно, что в изученном интервале доз
лишь четыре экспериментальные точки расположе-
ны ниже нормативной зависимости ∆Т (F) с коэф-
фициентом АF=20. Начиная от величины флюенса
~2.1019 и до 1.1020н/см2, все экспериментально
найденные величины ∆Т лежат выше нормативной
кривой. Таким образом, для металла сварных швов
с повышенным (1,6…1,8%) содержанием никеля
при флюенсах выше ~2.1019 н/см2 зависимость
∆Т=20 F1/3 является определенно неконсервативной.
Подтверждением этому служат и результаты [10]
исследования образцов-свидетелей металла сварных
швов с повышенным содержанием Ni, (см. рис.9). В
результате совокупного рассмотрения данных как
по ОС, так и данных, полученных при ускоренном
облучении, можно с уверенностью утверждать, что
для прогноза РО металла сварных швов с повышен-
ным содержанием никеля требуется корректировка
дозовой зависимости ∆Т (F).
Имеющиеся данные позволяют (с учетом мето-
дических допущений) оценить влияние Mn на ра-
диационное охрупчивание металла исследованных
швов с повышенным содержанием Ni. Допущения
связаны с необходимостью сравнивать результаты
испытаний образцов, облученных не в одной сборке
при наиболее близких условиях облучения, а в раз-
личных сборках, да еще и в разных реакторах. Тем
не менее удалось сделать подборку данных, когда
81
величина флюенса для сравниваемых материалов
составила (4,6…0,8).1019 н/см2.
Рис. 8. Дозовая зависимость радиационного
охрупчивания металла сварных швов стали
15Х2НМФА-А с содержанием 1,65…1,8 % Ni
Рис. 9. Сопоставление данных о радиационном
охрупчивании металла сварных швов с 1.72…1.88%
Ni, полученных на образцах-свидетелях КР ВВЭР-
1000, с нормативной зависимостью
При таком допущении удается, по крайней мере
качественно, оценить влияние Mn на ридиационное
охрупчивание сварных швов (см. рис.10). Из рисун-
ка видно, что с ростом в металле швов суммарного
содержания Mn и Ni от ~2,09 до 2,84% наблюдается
усиление РО материалов. Этот рост, с учетом узко-
го диапазона изменения содержания Ni (1,65…
1,8%), обусловлен повышением концентрации Mn.
Темные точки на этом же рисунке лежат ниже и ха-
рактеризуют радиационное охрупчивание металла
швов, в которых суммарное содержание Ni и Mn
также около 2%, но концентрация Ni заметно ниже,
чем в случае светлых точек, и составляет ~ 1,1%.
Поэтому правомочно рассмотреть зависимость РО
металла швов от соотношения Ni/Mn (см. рис.11).
Из рис. 10 и 11 следует, что с ростом соотношения
Ni/Mn наблюдается усиление РО, т.е. Ni превалиру-
ет над Mn при их совместном влиянии на охрупчи-
вание металла сварных швов под облучением, по
крайней мере в рассмотренном диапазоне измене-
ний их концентрации. Естественно, затронутый во-
прос требует своего более тщательного в методиче-
ском отношении изучения при варьировании содер-
жания Ni и Mn в более широком диапазоне.
1.
Рис.10. Влияние суммарного содержания Ni+Mn на
повышение температуры вязко-хрупкого перехода
металла сварных швов стали 15Х2НМФА-А после
облучения при температуре 295±15оС флюенсом
(4,6±0,8)⋅1019н/см2 с Е≥0,5Мэв. -1.70…1.77% Ni;
- 1.10…1.13% Ni
Рис.11. Сдвиг температуры вязко-хрупкого
перехода в результате облучения при температу-
ре ~290±15оС флюенсом (4,6±0,8)⋅1019н/см2 с Е≥
0,5Мэв в функции от соотношения Ni/Mn для ме-
талла сварных швов стали 15Х2НМФА-A
82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании анализа данных по радиационно-
му охрупчиванию материалов корпусов реакторов
ВВЭР-1000 можно сделать следующие предвари-
тельные выводы.
1.Для стали 15Х2НМФА-А и металла ее свар-
ных швов с содержанием никеля не более ~1,3%
нормативное соотношение ∆Т =АF F1/3является до-
статочно консервативным в расчетных оценках РО
вплоть до значений флюенса, близких к характер-
ным для КР ВВЭР-1000 (флюенс до ~6.1019 н/см2).
2.Для металла сварных швов с содержанием ни-
келя более 1,6% применение нормативного соотно-
шения для оценки величины ∆Т (F) неправомерно
из-за его неадекватности и недостаточной консерва-
тивности в интервале проектных для КР ВВЭР-1000
значений флюенса нейтронов.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А.Николаев, В.И.Баданин /В Сб. «Радиацион-
ные эффекты изменения механических свойств
конструкционных материалов и методы их ис-
следования». II Всесоюзное совещание. Киев,
«Наукова думка», 1977, с.75-85.
2. И.В.Горынин, В.А.Николаев, В.И.Баданин,
А.М.Морозов /В кн.: Материалы I Всесоюзного
совещания. Киев, 1975. Киев, «Наукова думка»,
1976, с.59-68.
3. U.Potapovs, J.R.Hawthorne //Nucl. Aplic., 1969,
v.6, p.27-46.
4. В.А.Николаев, В.И.Баданин // Атомная энергия,
1974, т.37, вып.6, с.491-493.
5. В.А.Николаев, А.М.Морозов, В.И.Баданин и др.
Влияние химического состава и режима отпуска
на радиационное охрупчивание металла низко-
легированных сварных швов. //Атомная энер-
гия. 1984,.том 57, вып.№3, с.167-172.
6. Е.Д.Теплова, Н.С.Теплов, Е.А.Мироненко //Ме-
талловедение, №3, Судпромгиз, 1959, с.39-50.
7. N.N.Alekseenko, A.D.Amaev, I.V.Gorynin,
V.A.Nikolaev Radiation Damage of Nuclear Power
Plant Pressure Vessel Steels// Am. Nucl. Soc., La
Grange, Park, Illinois USA, 1977.
8. В.А Николаев.// Вопросы атомной науки и тех-
ники. Сер.: Физика радиационных повреждений
и радиационное материаловедение. 1980,т.2,
(13), с.47-60.
9. В.А.Николаев, О.Н.Жуков, С.В.Шаповалов
//Физика металлов и металловедение. 1989,т.68,
№3, , с.578-581.
10. Отчет. Evaluation of irradiation embrittlement
of Russian WWR-1000 reactor pressure vessel
beltline steels. Espoo. November 1996.
83
А.М.Морозов, В.А.Николаев, Е.В.Юрченко
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80148 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T22:59:13Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. 2015-04-12T15:12:13Z 2015-04-12T15:12:13Z 2002 Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания / А.М.Морозов, В.А.Николаев, Е.В.Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 76-83. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80148 621.039.531 В роботі наведені експериментальні результати дослідження впливу легуючих (Ni,Mn) та домішкових (P,Cu) елементів на схильність до радіаційного окрихчення низьколегованих корпусних матеріалів в умовах високопоточного опромінення в дослідницьких та промислових реакторах, а також узагальнені дані по радіаційному окрихченню матеріалів корпусів водо-водяних реакторів ВВЕР-1000( основний метал та метал зварних швів сталі 15Х2НМФА-А). Особлива увага приділена зростанню радіаційного окрихчення матеріалу зварних швів при вмісті нікелю більш за 1.5 %. На основі аналізу експериментальних результатів зміни властивостей промислового металу ( в тому числі архівного металу діючих ВВЕР-1000 ) під впливом нейтронного опромінення зроблено висновок про необхідність корегування співвідношення для опису дозової залежності радіаційного окрихчення металу зварних швів з урахуванням підвищеного вмісту в них нікелю. В работе приведены экспериментальные результаты исследования влияния легирующих (Ni, Mn) и примесных (P, Сu) элементов на склонность к радиационному охрупчиванию низколегированных корпусных материалов в условиях высокопоточного облучения в исследовательских и промышленных реакторах, а также обобщены данные по радиационному охрупчиванию материалов корпусов водо-водяных реакторов ВВЭР-1000 (основной металл и металл сварных швов стали 15Х2НМФА-А). Особое внимание уделено усилению радиационного охрупчивания материала сварных швов при содержании никеля более 1,5%. На основе анализа экспериментальных результатов изменения свойств промышленного металла (в том числе архивного металла действующих ВВЭР-1000) под воздействием нейтронного облучения сделано заключение о необходимости корректировки соотношения для описания дозовой зависимости радиационного охрупчивания металла сварных швов с учетом повышенного содержания в них никеля. The paper gives the results of an experimental investigation into the effects of alloying (∼0.2…3.0% Ni, ∼0.5…3.0% Mn) and impurity (∼0.004…0.035% P, ∼0.05…0.35% Cu) elements on susceptibility to irradiation embrittlement of low-alloy vessel materials under high-intensity irradiation conditions used in research and commercial reactors as well as generalizes data on the irradiation embrittlement of materials used in WWER-1000 vessels (the base metal of 15X2HMФА-A steel and its weld metal). Special attention is paid to irradiation embrittlement enhancement in the weld materials containing more than 1.5% Ni. Relying on the analysis of experimental observations on the change in commercial metal properties (including an archieve metal of WWERs -1000 now in operation) under neutron irradiation, it was concluded that the relationship describing the dose dependence of irradiation embrittlement of the weld metal taking into consideration its increased Ni contents is to be corrected. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейтронах Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания Effects of the chemical composition of materials used in WWER-1000 vessels on the dose dependence of their irradiation embrittlement Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания Морозов, А.М. Николаев, В.А. Юрченко, Е.В. Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| title | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| title_alt | Effects of the chemical composition of materials used in WWER-1000 vessels on the dose dependence of their irradiation embrittlement |
| title_full | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| title_fullStr | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| title_full_unstemmed | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| title_short | Влияние химического состава материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| title_sort | влияние химического состава материалов корпусов реакторов ввэр-1000 на дозовую зависимость их радиационного охрупчивания |
| topic | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| topic_facet | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80148 |
| work_keys_str_mv | AT morozovam vliâniehimičeskogosostavamaterialovkorpusovreaktorovvvér1000nadozovuûzavisimostʹihradiacionnogoohrupčivaniâ AT nikolaevva vliâniehimičeskogosostavamaterialovkorpusovreaktorovvvér1000nadozovuûzavisimostʹihradiacionnogoohrupčivaniâ AT ûrčenkoev vliâniehimičeskogosostavamaterialovkorpusovreaktorovvvér1000nadozovuûzavisimostʹihradiacionnogoohrupčivaniâ AT morozovam effectsofthechemicalcompositionofmaterialsusedinwwer1000vesselsonthedosedependenceoftheirirradiationembrittlement AT nikolaevva effectsofthechemicalcompositionofmaterialsusedinwwer1000vesselsonthedosedependenceoftheirirradiationembrittlement AT ûrčenkoev effectsofthechemicalcompositionofmaterialsusedinwwer1000vesselsonthedosedependenceoftheirirradiationembrittlement |