О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов
Рассмотрена возможность использования α-сплавов титана в качестве конструкционных материалов корпусов водо-водяных реакторов. На основе анализа характеристик титановых α-сплавов показаны преимущества их использования для создания перспективных энергоблоков повышенного ресурса и высокой экологической...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2005
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80533 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов / А.М. Паршин, О.Э. Муратов, О.А. Кожевников // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 179-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859719924886274048 |
|---|---|
| author | Паршин, А.М. Муратов, О.Э. Кожевников, О.А. |
| author_facet | Паршин, А.М. Муратов, О.Э. Кожевников, О.А. |
| citation_txt | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов / А.М. Паршин, О.Э. Муратов, О.А. Кожевников // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 179-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Рассмотрена возможность использования α-сплавов титана в качестве конструкционных материалов корпусов водо-водяных реакторов. На основе анализа характеристик титановых α-сплавов показаны преимущества их использования для создания перспективных энергоблоков повышенного ресурса и высокой экологической безопасности
Розглянута наявність використання α-сплавів титана як конструкційних материалів корпусів водо-водяних реакторів. На основі анализу характеристик титанових α-сплавів показані переваги їх використання для створення перспективних енергоблоків повышенного ресурса та високої екологичної безпеки.
The opportunity of using α-alloys of the titan is considered as constructional materials of cases of pressurized water reactors. On the basis of the analysis of characteristics titanic α-alloys advantages of their use to creation of perspective power units of raised resource and high ecological safety are shown.
|
| first_indexed | 2025-12-01T09:09:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.295:621.039.531
О ПРИМЕНЕНИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
ДЛЯ КОРПУСОВ ВОДО-ВОДЯНЫХ РЕАКТОРОВ
А.М. Паршин, О.Э. Муратов
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет;
О.А. Кожевников
ЦНИИ КМ «Прометей», г. Санкт-Петербург, Россия
Рассмотрена возможность использования α-сплавов титана в качестве конструкционных материалов кор
пусов водо-водяных реакторов. На основе анализа характеристик титановых α-сплавов показаны преимуще
ства их использования для создания перспективных энергоблоков повышенного ресурса и высокой экологи
ческой безопасности.
Безопасность любой ЯЭУ обеспечивается надеж
ностью и прочностью элементов оборудования, тру
бопроводов, конструкций и, главным образом, кор
пуса реактора, являющегося основным барьером для
удержания продуктов ядерных реакций от распро
странения в окружающую среду. Корпус реактора,
работающий в условиях одновременного воздей
ствия нейтронного облучения, высоких температур
и несущий давление теплоносителя, является неза
меняемым и практически неремонтопригодным,
поэтому срок его безопасной эксплуатации опреде
ляет срок эксплуатации энергоблока. Обязательным
требованием, предъявляемым к проектируемым в
настоящее время любым типам реакторов, является
их повышенный ресурс (~ 60 лет) с возможностью
дальнейшего продления. Поэтому для корпусов пер
спективных реакторов различных типов требуется
создание нового поколения конструкционных мате
риалов, обеспечивающих качественное изменение
параметров эксплуатации и служебных характери
стик ЯЭУ.
Условия работы ЯЭУ предъявляют к перспектив
ным конструкционным материалам ряд требований,
обеспечивающих их безопасность в условиях бес
прецедентных флюенсов нейтронов (~ 5*1020
нейтр/cм2) в течение срока эксплуатации 60 лет и
возможного его продления до 100 лет [1]. Главными
из них являются:
- необходимый уровень прочности;
- высокое сопротивление радиационному охрупчи
ванию;
- высокая коррозионная стойкость;
- стабильность физико-механических свойств.
Помимо свойств конструкционных материалов,
обеспечивающих безопасность ЯЭУ в течение срока
эксплуатации, огромное значение приобрела
проблема утилизации корпусов реакторов водо-во
дяного типа, выработавших свой ресурс. В настоя
щее время только в России выведено из эксплуата
ции и подлежит утилизации более 200 транспорт
ных и стационарных ЯЭУ (в основном реакторов
АПЛ). Препятствием на пути экологически безопас
ного решения проблемы утилизации ЯЭУ является
высокий уровень наведенной активности сталей
корпусов реакторов (особенно аустенитной стали
внутренней антикоррозионной наплавки) и медлен
ный ее спад во времени (около 100 лет). Проблема
обеспечения экологической безопасности при ути
лизации ЯЭУ окончательно не решена ни в одной
стране, цикл утилизации не является замкнутым,
поэтому во всем мире ведутся исследования по раз
работке конструкционных материалов, обладающих
низким уровнем активации в нейтронных полях и
быстрым спадом во времени наведенной активно
сти.
Наряду с созданием малоактивируемых корпус
ных материалов на основе композиций железа и
хрома (коррозионно-стойкие хромистые ферритные
стали типа Х13 и высокопрочные коррозионно-стой
кие мартенситно-стареющие стали типа Х13Н4М)
[2] перспективным конструкционным материалом
для корпусов водо-водяных реакторов могут быть
низколегированные α-сплавы титана, которые по
уровню наведенной активности более чем на поря
док превосходят композиции на основе железа и
хрома.
Титановые сплавы начали применяться в каче
стве конструкционных материалов только во второй
половине ХХ века. В России разработан широкий
спектр конструкционных титановых сплавов и на
коплен большой опыт их использования. Это кор
пусные титановые сплавы (5В, 5ВА, 23А), сплавы
энергетики (ПТ1М, ПТ7М), сплавы машинострое
ния (ТЛ3, ТЛ5), а также сплавы для медицинской
техники и точных приборов [3].
Наиболее широкое применение титановые спла
вы получили в атомном кораблестроении. В 1968 г.
в СССР была спущена первая в мире АПЛ с титано
вым корпусом (К-162, проект 661), которая во время
ходовых испытаний установила мировой рекорд
подводной скорости 44,7 узла, непревзойденный до
настоящего времени. В дальнейшем в 70…80-е годы
с корпусами из титановых сплавов строились серии
многоцелевых АПЛ (проекты 705, 945, 685) и АПЛ
специального назначения (проекты 1851, 1910 и
10831). Кроме корпусов в АПЛ проекта 705 титано
вые сплавы применялись и для изготовления других
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 179-181.
179
элементов конструкций и корабельных систем. При
менение для корпусов АПЛ титановых сплавов, об
ладающих малым удельным весом и высокой удель
ной прочностью, позволили создать корабли с глу
биной погружения 1000 м (проекты 1851,1910,
10831, 685) [4].
Опыт эксплуатации данного типа АПЛ под
твердил целесообразность применения титановых
сплавов для высоконагруженных и высокоре
сурсных конструкций, срок службы которых опре
деляется десятками лет. Наиболее эффективным
оказалось применение титановых сплавов для паро
генераторов транспортных ЯЭУ. Ресурс первых па
рогенераторов, изготовленных из нержавеющей ста
ли, из-за явления межкристаллитного растрескива
ния не превышал 3000…5000 ч. Применение титано
вых сплавов кардинально решило проблему работо
способности парогенераторов. Разработанные тех
нологии изготовления титановых труб и их сварки
позволили довести наработку титановых парогене
раторов более чем 150000 ч.
Преимущества титанового оборудования при
долгосрочной эксплуатации, выявленные при изуче
нии опыта работы транспортных ЯЭУ, определили
наиболее перспективные направления применения
титановых сплавов для оборудования реакторного,
турбинного и химического цехов энергоблоков ста
ционарных АЭС. При реконструкции I блока Ленин
градской АЭС заменено на титановое более 30 еди
ниц теплообменного оборудования. Это позволило
обосновать продление ресурса I энергоблока стан
ции сверх проектного.
Техническим основанием применения титановых
сплавов в качестве конструкционных материалов
для изготовления корпусов водо-водяных реакторов
ЯЭУ повышенного ресурса с высокой степенью ра
диационной и экологической безопасности являют
ся [5]:
−высокая удельная прочность;
−малая активируемость и быстрый спад во времени
наведенной радиоактивности титана;
−высокая радиационная стойкость при рабочих тем
пературах (250…400ºС);
−абсолютная коррозионная стойкость в природных
средах, в том числе в воде и паре при температуре
до 400ºС в условиях нейтронного облучения;
−стабильность механических свойств при длитель
ных выдержках;
−освоенность промышленностью: слитки массой до
18 т, листы толщиной от 0,05 до 135 мм, поковки
массой до 20 т, трубы диаметром от 3 до 125 мм;
−большой опыт использования титановых сплавов в
атомном кораблестроении: корпуса АПЛ, трубные
системы парогенераторов, теплообменники ЯЭУ и
др.;
−высокая технологичность, хорошая свариваемость
различными видами сварки при любых толщинах.
Высокая коррозионная стойкость титановых
сплавов в рабочих средах водо-водяных реакторов
позволит отказаться от антикоррозионной наплавки
корпуса реактора, решит проблему засорения про
дуктами коррозии фильтров очистки воды I контура
и исключит выброс продуктов коррозии в окружаю
щую среду, а также увеличит срок безопасной рабо
ты оборудования.
Высокая удельная прочность титана, кроме уве
личения срока эксплуатации, позволит значительно
сократить металлоемкость конструкций.
Применение титановых сплавов для корпусов ре
акторов исключит резьбопаяные соединения титано
вых трубных систем парогенераторов с элементами
стального корпуса реактора, что дополнительно по
высит надежность и безопасность ЯЭУ.
Основными критериями работоспособности
α-сплавов титана в качестве конструкционных мате
риалов для корпусов реакторов являются предел
хрупкости и снижение ударной вязкости в условиях
нейтронного облучения и уровнем наводорожива
ния. Исследования образцов из титановых сплавов
ПТ-7М и ПТ-3В, проведенные в каналах реакторов
ледоколов «Сибирь» и «Арктика» показали, что по
критерию охрупчивания в поле нейтронного облуче
ния, α-сплавы титана не уступают корпусным отече
ственным и зарубежным сталям.
Титановые α-сплавы сохраняют высокую пла
стичность после нейтронного облучения и обладают
низким темпом ее снижения от флюенса нейтронов.
По этим характеристикам они превосходят как низ
колегированные, так и аустенитные стали. В облу
ченном состоянии α-сплавы титана не имеют прова
ла пластичности в интервале температур 200…
400ºС, ее минимум обнаруживается при комнатной
температуре. При повышении температуры пластич
ность монотонно увеличивается. Такая закономер
ность изменения пластичности получена при отно
сительно небольших дозах облучения (~5*1021
нейтр/см2), однако есть основания полагать, что с
увеличением дозы нейтронного облучения (особен
но при наводороживании), интервал хрупкости бу
дет расширяться в область более высоких темпера
тур. Эти вопросы требуют дальнейшего эксперимен
тального исследования.
Для широкого использования титановых
α-сплавов в качестве конструкционных материалов
корпусов реакторов требуется провести целый ряд
исследований, однако уже сейчас по общему набору
свойств, надежности и безопасности можно утвер
ждать, что они являются перспективным конструк
ционным корпусным материалом. Наиболее привле
кательны α-сплавы титана для реакторов АЭС малой
и средней мощности, особенно подземных, так как
значительно снижается материалоемкость конструк
ции.
Хотя единицы массы титановых полуфабрикатов
в несколько раз превышает цену такого же типа
стального полуфабриката, общая стоимость корпу
сов реакторов из стали и титанового α-сплава будут
сопоставимы, так как в этом случае нет необходимо
сти нанесения антикоррозийной наплавки и прове
дения специального отпуска для создания однород
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 179-181.
180
ной структуры материала, составляющих до полови
ны стоимости корпуса реактора.
Несмотря на то, что предстоит решить еще много
вопросов по физике прочности и по общей надежно
сти титановых α-сплавов, уже сейчас имеется доста
точно оснований для их использования в качестве
перспективных реакторных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1.И.В. Горынин, Г.П. Карзов, Г.Н. Филимонов и др.
Материаловедческие проблемы настоящего и буду
щего российской атомной энергетики //Материалы
Всероссийской науч.-техн. конф. «Перспективы
участия атомной энергетики в решении энергети
ческих проблем российских регионов». СПб, 2003, с.
25–30.
2.А.М. Паршин, В.А. Жуков, А.П. Петкова. Особен
ности радиационной хладноломкости и пути повы
шения работоспособности материалов корпусов ре
акторов //Труды ЦКТИ. Атомное энергомашино
строение. 2002, в. 282, с. 258–266.
3.Н.В. Суворов. Титановые сплавы – материал
энергетики XXI века //Научно-технические ведомо
сти СПбГТУ. 2002, № 3, с. 37–40.
4.В.Е. Ильин, А.И. Колесников. Подводные лодки
России. Иллюстрированный справочник. М.:
«Acтрель», 2002, 286 с.
5.И.В. Горынин, В.В. Рыбин, С.С. Ушков,
О.А. Кожевников. Титановые сплавы как перспек-
тивные реакторные материалы //Радиационное ма
териаловедение и конструкционная прочность ре
акторных материалов. Юбилейный сборник. СПб:
ЦНИИ КМ «Прометей», 2002, c. 37–45.
ПРО ЗАСТОСУВАННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ
ДЛЯ КОРПУСІВ ВОДО-ВОДЯНЫХ РЕАКТОРІВ
А.М. Паршин, О.Е. Муратов, О.А. Кожевников
Розглянута наявність використання α-сплавів титана як конструкційних материалів корпусів водо-водяних реакторів.
На основі анализу характеристик титанових α-сплавів показані переваги їх використання для створення перспективних
енергоблоків повышенного ресурса та високої екологичної безпеки.
ABAUT USING OF TITANIUM ALLOYS FOR PRESSURIZED WATER REACTORS
A.M. Parshin, O.E. Muratov, O.A. Kojevnirov
The opportunity of using α-alloys of the titan is considered as constructional materials of cases of pressurized water reactors.
On the basis of the analysis of characteristics titanic α-alloys advantages of their use to creation of perspective power units of
raised resource and high ecological safety are shown.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 179-181.
181
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80533 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T09:09:34Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Паршин, А.М. Муратов, О.Э. Кожевников, О.А. 2015-04-18T18:15:00Z 2015-04-18T18:15:00Z 2005 О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов / А.М. Паршин, О.Э. Муратов, О.А. Кожевников // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 179-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80533 669.295:621.039.531 Рассмотрена возможность использования α-сплавов титана в качестве конструкционных материалов корпусов водо-водяных реакторов. На основе анализа характеристик титановых α-сплавов показаны преимущества их использования для создания перспективных энергоблоков повышенного ресурса и высокой экологической безопасности Розглянута наявність використання α-сплавів титана як конструкційних материалів корпусів водо-водяних реакторів. На основі анализу характеристик титанових α-сплавів показані переваги їх використання для створення перспективних енергоблоків повышенного ресурса та високої екологичної безпеки. The opportunity of using α-alloys of the titan is considered as constructional materials of cases of pressurized water reactors. On the basis of the analysis of characteristics titanic α-alloys advantages of their use to creation of perspective power units of raised resource and high ecological safety are shown. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Краткие сообщения О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов Про застосування титанових сплавів для корпусів водо-водяних реакторів Abaut using of titanium alloys for pressurized water reactors Article published earlier |
| spellingShingle | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов Паршин, А.М. Муратов, О.Э. Кожевников, О.А. Краткие сообщения |
| title | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| title_alt | Про застосування титанових сплавів для корпусів водо-водяних реакторів Abaut using of titanium alloys for pressurized water reactors |
| title_full | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| title_fullStr | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| title_full_unstemmed | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| title_short | О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| title_sort | о применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80533 |
| work_keys_str_mv | AT paršinam oprimeneniititanovyhsplavovdlâkorpusovvodovodânyhreaktorov AT muratovoé oprimeneniititanovyhsplavovdlâkorpusovvodovodânyhreaktorov AT koževnikovoa oprimeneniititanovyhsplavovdlâkorpusovvodovodânyhreaktorov AT paršinam prozastosuvannâtitanovihsplavívdlâkorpusívvodovodânihreaktorív AT muratovoé prozastosuvannâtitanovihsplavívdlâkorpusívvodovodânihreaktorív AT koževnikovoa prozastosuvannâtitanovihsplavívdlâkorpusívvodovodânihreaktorív AT paršinam abautusingoftitaniumalloysforpressurizedwaterreactors AT muratovoé abautusingoftitaniumalloysforpressurizedwaterreactors AT koževnikovoa abautusingoftitaniumalloysforpressurizedwaterreactors |