Transcript Atomreaktorok anyagai - DE Műszaki Kar

ATOMREAKTOROK ANYAGAI
4. előadás
Dr. Trampus Péter
egyetemi tanár
06 20 9855970
[email protected]
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Reaktivitás kompenzáló és szabályozó
anyagok
• Nagy befogási hatáskeresztmetszetű anyagok: B, Cd, Gd,
Eu, Hf, Ag, …
• Bór:
– B10 izotóp (E0=0,025 eV-nál 3838 barn)
– felhasználása:
•
•
•
•
boridként (pl. ZrB2),
hordozóanyagba ötvözve (bóracél, max. 3%),
karbidként (B4C), - leggyakoribb
mátrixba keverve (Al2O3-ba)
– acélt ridegíti
– B10 dúsítás (20% a természetes)
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Acélok
• Fe, tömeg% > minden más elem
• C < 2 % (általában)
• Egyéb elemeket is tartalmaz
Acélok csoportosítása:
• Felhasználás célja szerint:
– szerkezeti acélok (C<0,4-0,6%)
– szerszámacélok (0,4%<C<2,06%)
– különleges acélok
• Vegyi összetétel szerint (MSZ 10020):
– Ötvözetlen acélok (minden alkotóeleme < határérték)
– Korrózióálló acélok
• Cr- és Ni-tartalom szerint,
• fő tulajdonságok szerint
• Fő minőségi osztályok szerint
• Szövetszerkezet szerint
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
olvadt állapot
eutektikum
acélok
2,06%
eutektoid
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Fe-C (Fe-Fe3C) ötvözetrendszer ikerdiagramja
Ötvözők hatása a fázisátalakulásra
ausztenitképző ötvözők:
Ni, Mn, Co
ötvözetlen acél
ferritképző ötvözők:
Cr, Mo, W, V, Si, Al, Ti
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Ötvözés hatása a tulajdonságokra
• Ausztenit- és ferritképző ötvözők
kombinálása:
– mechanikai (szilárdság, keménység, szívósság,
tartósfolyás) tulajdonságok
– fizikai tulajdonságok
– korrózióállóság
– sugárkárosodással szembeni ellenállás
– átalakulási hőmérsékletek megváltoztatása
– metallurgiai technológia optimalizálása
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Reaktortechnika járatos acéljai
• Ferrit-perlites acélok
• Ausztenites korrózióálló acélok
• Krómtartalmú korrózióálló acélok
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Ferrit-perlites acélok
• Reaktortartály acélok (PWR, VVER)
– Alacsonyan ötvözött acélok
• Egyéb nyomástartó berendezések (pl.
térfogatkiegyenlítő tartály, gőzfejlesztő ház,
főgőz vezeték,…)
– Ötvözetlen acélok
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Reaktortartály acélok
• Homogén mechanikai tulajdonságok a falvastagság mentén
(átedzhetőség)
• Mechanikai tulajdonságok stabilitása
• Hegeszthetőség
• Önthetőség
• Sugárzásállóság (gyors neutron sugárzással szembeni
ellenállás)
• Ötvözőelemek (C, Cr, Mn, Mo, V, Ni) optimális kombinációja
• Szennyező elemek (S, P, Cu, Sn, Sb, As,…) alacsony szinten
tartása (sugárkárosodás)
• Termodinamikailag stabil karbidok létrehozása (kiválásos
keményedés)
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Reaktortartály acélok kémiai összetétele
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
15H2MFA acél gyártása
•
•
•
•
Tüskén kovácsolt, nemesített gyűrűk
Fedettívű hegesztés fedőpor alatt
Előmelegítés: 300-350 °C
Megeresztés hegesztés (plattírozás) után: 660-680 °C (1560 h)
• Szövetszerkezet:
– bainit (némi pro-eutektoidos ferrittel és martenzittel),
– finom eloszlású Mo- és V-karbidokkal (MeC, Me7C3,
Me23C6)
• Plattírozás: háromrétegű szalagelektródás fedettívű
hegesztéssel, bizonyos helyeken kézzel
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
15H2MFA acél szövetszerkezete
50mm
Kovácsolt öv
Hegesztési varrat
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Termodinamikai stabilitás (ismételt hőkezelések)
1
Alsó csonk öv
2
3/5 hegesztési varrat
Hőkezelés: I: 3/5 varrat hegesztése után; II: 3/5 varrat előtti kézi
plattírozás után
3
Felső öv (zóna öv)
4
5/6 hegesztési varrat
Hőkezelés: I: 5/6 varrat hegesztése után; II: plattírozás és 6/8
varrat után (együtt); III: 3/5 varrat után; IV: 3/5 varrat előtti kézi
plattírozás után
5
Középső öv
6
6/8 hegesztési varrat
7
Alsó öv
8
8/9,10 hegesztési varrat
9
Fenék
10
Kézi plattírozás.
Hőkezelés: 3/5 előtti kézi plattírozás után
11
Plattírozás: felső és középső öv, 5/6 varrat előtt (együtt). Hőkezelés:
I: 6/8 varrat után; II: 3/5 varrat után; III: 3/5 varrat előtti kézi
plattírozás után
12
Kézi plattírozás.
13
Plattírozás
14
Plattírozás
VVER-440
660-680 °C
15 – 60 h
megeresztő
hőkezelés
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Reaktortartály acélok mechanikai
tulajdonságai
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
15H2MFA acél folyáshatárának változása
Feszültség (MPa)
Folyáshatár változása
4. tartály alapanyag
800
0
600
1
400
2
200
3
4 év besugárzás
0
0
100
200
300
400
termikus
Vizsgálati hőmérséklet °C
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutronsugárzás hatása (1)
Szakítóvizsgálatból mért jellemzők változása
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutronsugárzás hatása (2)
Ütőmunka és
szívós-rideg átmeneti hőmérséklet
Törési szívósság
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutronsugárzás hatása (3)
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutronsugárzás hatása (4)
Tk 41J ( °C)
4. tartály varrafém átmeneti hőmérséklete
(Tk+σ)
120
100
80
60
40
20
0
mérés
illesztés
Tk
50 év
0
1E+20
2E+20
3E+20
4E+20
Fluencia (n/cm2)
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Ötvözetlen acélok
22K
VVER-440
SA533 GRADE A CLASS 1
WESTINGHOUSE
20 C˚
350 C˚
20 C˚
350 C˚
Szakítószilárdság Rm  , MPa
430
392
552
527
Folyáshatár R p 0, 2  , MPa
215
177
345
285
Nyúlás (A), %
18
18
18
-
Kontrakció (Z), %
40
40
-
-
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév