Transcript Struktura a mechanické vlastnosti reaktorové oceli

Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
ČVUT v Praze
Katedra Materiálů
Evropský sociální fond
Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
OPPA: Operační program Praha - Adaptabilita
Studie struktury a mechanických vlastností
reaktorové oceli pro VVER 440 a výpočet životnosti
jaderných reaktorů
Marek Kovář
Tomáš Peták
Gymnázium Karla Sladkovského
Obsah
Metody studia struktury a vlastností
konstrukčních materiálů
Charpyho zkouška rázem v ohybu
Přechodová teplota
Zkouška tvrdosti
Metalografický rozbor
Mikroskopie
Stereologie
Svědečný program
Tlakovodní reaktorová nádoba VVER 440
Svědečný program bloků VVER 440 na JE Dukovany
Výpočet životnosti
Charpyho kladivo
Přechodová teplota
Několik vzorků jsme vložili do pece na předem nastavenou teplotu, kterou postupně snižujeme.
Při potřebné teplotě vzorku jsme provedli Charpyho zkoušku vrubové houževnatosti. Při určité
teplotě energie potřebná k přeražení vzorku rapidně stoupne či klesne. Toto je naše hledaná mez,
zde se z křehkého zlomu stává houževnatý, či naopak.
70
60
Energie (J)
50
40
30
20
10
0
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
250
Teplota (°C)
 T  T0 

KV  A0  B0tgh
C
 0 
(1)
T0 = 44,5°C
Pomocí metody nejmenších čtverců jsme proložili experimentálně naměřenými hodnotami funkci (1)
a získali parametry: A0 = 36,8J; B0 = 24,2J; C0 = 38,1°C; T0 = 44,5°C. Hodnota přechodové teploty
T0 je tedy 44,5°C. Jedná se o inflexní bod na této křivce a zároveň o poloviční energii mezi horním a
dolním platem. Hodnota energie horního plata se pohybuje kolem 60J.
Zkouška tvrdosti
Příprava metalografických výbrusů
Mikroskopy
Pozorování výbrusů (200x)
Perlitická
oblast
Martenzitická
oblast
Feritická zrna
SEM – lomová plocha (50x)
SEM – lomová plocha (100x)
SEM – inicializace lomu (500x)
SEM – inicializace lomu (2 000x)
SEM – vměstek (500x)
SEM – vměstek (2 000x)
SEM – vměstek (500x)
SEM – vměstek (2 000x)
Stereologie
Na snímku byly zjištěny následující údaje:
a) průměrná velikost zrn feritu
(světlejší): 4,57 m
(průměrná velikost zrna na obrázku 5,21 mm)
b) průměrná velikost zrn perlitu
(tmavší): 2,45 m
(průměrná velikost zrna na obrázku
2,79 mm)
Tlakovodní reaktorová nádoba VVER 440
Materiál
C
Mn
Si
15Kh2MFA
0,13
0,18
0,3
0,6
0,17
0,37
P
S
max max
0,025 0,025
Cr
Ni
Mo
V
Cu
2,5
3,0
max
0,4
0,6
0,8
0,25
0,35
max
0,1
Co
As
max max
0,009 0,009
Svědečný program bloků VVER
440 JE Dukovany
V rámci SSP tři druhy zkušebních těles, a to:
1) válcová o zkušebním průměru 3 mm pro zkoušky statickým tahem; typ těles je
shodný se standardním svědečným programem, protože se jedná o archivní, dosud
nezkoušená tělesa, dodaná v rámci dodatečného svědečného programu
2) z hranolků o rozměrech 10x10x14 mm se metodou rekonstituce pomocí
svařování elektronovým paprskem zhotoví následující dva typy těles:
a) typ Charpy-V pro zkoušky vrubové houževnatosti rázem se
záznamem diagramu čas-zatížení pro vyhodnocování také
podle normy ASTM E 636-83
b) typ TPB (s nakmitáním - nacyklováním únavové trhliny po ozáření)
pro zkoušky lomové houževnatosti při statickém zatížení
podle normy ASTM E 399, zkoušky ke stanovení hodnoty Jintegrálu
Výpočet životnosti
K výpočtu posunu přechodové křivky jsme použili
jsme rovnici:
∆Tf= Af (F.10-22)1/3
s konstantou Af=25 a použitým neutronovým tokem 1,2x10^13m-2.s-1, který jsme
odhadem snížili o stínění vody (moderací) a stíněním materiálu (jelikož se reálné
zkoušky provádí s materiálem v hloubce 1/3 od vnitřní strany nádoby)
Použitím jednoduché rovnice:
Tk=Tk0+∆Tf
získáme celkový posun :
Tk0 …… počáteční přechodová T
∆Tf……. Rozdíl teploty po ozáření
F ……… fluence
Čas
Posun (∆T)(°C)
1 rok
39
2 roky
49
5 let
66
10 let
83
15 let
96
20 let
105
25 let
113
30 let
121
35 let
127
40 let
133
Poděkování
Závěrem bychom chtěli poděkovat našemu gymnáziu Karla
Sladkovského, kde nám bylo umožněno pracovat na našem
miniprojektu, především učiteli fyziky Ing.Bc.Antonu Florkovi CSc.,
Ph.D., bez kterého by tato práce nemohla vzniknout. Dále za
financování Evropskému Sociálnímu Fondu, Hlavnímu městu Praha
a FJFI, výslovně KMAT FJFI ČVUT za poskytnuté zázemí, jmenovitě
doktorandům Ing. Štěpánu Válkovi a Ing. Tomáši Skibovi za jejich
čas a úsilí. V neposlední řadě poděkovaní také patří předsedkyni
SÚJB Ing. Daně Drábové Ph.D., Ing. Pavlu Šimákovi z JE Temelín
a Ing. Radku Konopovi ze Škoda JS za množství času a informací,
které nám věnovali.