Transcript Разработка технологии отжига корпусов реакторов ВВЭР-1000,

РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
«КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
Разработка технологии отжига
корпусов реакторов ВВЭР-1000.
Экспериментальная оценка
возможности проведения восстановительного отжига.
Я.И. Штромбах
Срок службы корпусов реакторов ВВЭР в основном
зависит от радиационного охрупчивания
материалов сварных швов
Поколение 1
ВВЭР - 440/230
Поколение 2
ВВЭР - 440/213
ВВЭР - 1000
Элементы от которых зависит радиационное охрупчивание
До 0,22%
До 0,22%
< 0,08%
До 0,048%
До 0,027%
< 0,012%
< 0,3%
< 0,3%
1,2 - 1,9%
2
3
Проведение восстановительного отжига корпусов
реакторов ВВЭР-440
Рейтинг блоков ВВЭР-440 по химическому составу
сварных швов
По паспорту для МШ РовАЭС-1 0.037%Р
РовАЭС-1 0.21%Р
4
Вырезка темплетов для оценки реального состояния
материалов корпусов реакторов ВВЭР-440/230
5
5×5
10×10
If Tk 55  0°C: Tk1010 = 53.5 + 0.94Tk 55 + 2.6210-4 (Tk 55)2 , °C
If Tk 55  0°C: Tk1010 = 53.5 + 1.00Tk 55 + 1.3710-4 (Tk 55)2 , °C
РО МКР ВВЭР-1000 значительно возрастает
с увеличение содержания Ni
6
7
Диапазон
изменения
содержания
Ni в МШ
Необходимые
мероприятия для ПСС
1.70 - 1.88
Контроль радиационной нагрузки для
обеспечения проектного ресурса и
ОТЖИГ для ПСС
1.57 - 1.64
Контроль радиационной нагрузки для
обеспечения проектного ресурса и
доаттестация для ПСС
1.10 - 1.21
Проектный ресурс обеспечивается
Для ПСС доаттестация
Механизмы радиационного охрупчивания,
обусловленные эволюцией наноструктуры
РАДИАЦИОННОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ
Радиационное упрочнение
Радиационноиндуцированные
преципитаты
Радиационные
дефекты
Образование зернограничных
сегрегаций примесей
Хрупкое
межзеренное
разрушение
8
9
Интенсивность, у.е.
Хрупкое межзеренное разрушение
Mo
Cr Cr
O
C
Ni
Cu
P
Fe
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Кинетическая энергия, эВ
Спектр Оже-электронов c межзёренной
поверхности разрушения металла корпуса
реактора (F=6,51023 м-2). Показано наличие
зернограничных сегрегаций фосфора
Изменение плотности радиационно-индуцированных
выделений в сварном шве ВВЭР-1000
Ф = 3,1×1023н/м2
N=70-90×1021м-3
Ф = 6,5×1023н/м2
N=300-500×1021м-3
Ф = 11,6×1023н/м2
N=700-800×1021м-3
10
Изменение плотности дислокационных
петель в сварном шве ВВЭР-1000
Ф = 3,1×1023н/м2
N=5-6×1021м-3
Ф = 6,5×1023н/м2
N=10-20×1021м-3
Ф = 11,6×1023н/м2
N=400-600×1021м-3
11
Радиационно-индуцированные выделения в сварных
швах ВВЭР-1000 состоят из атомов Ni, Mn, Si
M.K. Miller, A. Chernobaeva, Y.I. Shtrombakh,
K. F. Russell, R.K. Nanstad, D.Y. Erak, O.O. Zabusov., Evolution of
the nanostructure of VVER-1000 RPV materials under neutron
irradiation and post irradiation annealing., JNM, 2009
12
Зависимость температуры максимального
проявления отпускной хрупкости от содержания
никеля в стали (выдержка 100 час)*
* Карк Г.С., Астафьев А.А. Труды ЦНИИТМАШ №177., Москва. 1983
13
Экспериментальное обоснование эффективности
отжига материала сварных швов КР ВВЭР-1000
Материал
Балаковская АЭС, блок 1
Калининская АЭС, блок 1
Содержание элементов, %
Ni=1,88
Mn=1,1
Ni=1,76
Mn=0,98
Флюенс при первичном облучении
образцов-свидетелей (флакс 2-4
×1014 м-2с-1), ×1022 м-2
32
37
Сдвиг температуры хрупкости
после первичного облучения
образцов-свидетелей, º С
93
90
Режим отжига
565 º С/ 100 часов, охлаждение мене 20 º С/час до 100 º С; далее с
выключенными нагревателями
Сдвиг температуры хрупкости
после восстановительного отжига,
ºС
4
8
Флюенс при повторном
облучении, ×1022 м-2
50
27
27
Флакс при повторном облучении,
×1016 м-2с-1
17,0
2,1
2,1
Сдвиг температуры хрупкости
после повторного ускоренного
облучения, º С
44
17
36
14
Изменение плотности
радиационно-индуцированных выделений
под облучением в сварном шве ВВЭР-1000
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ
ОТЖИГ
ПЕРВИЧНОЕ
ОБЛУЧЕНИЕ
Ф=3,2×1023 н/м2
ПОВТОРНОЕ
УСКОРЕННОЕ
ОБЛУЧЕНИЕ
Ф=5,0×1023 н/м2
15
Темп повторного после восстановительного отжига
охрупчивания сталей корпусов реакторов ВВЭР-1000
существенно ниже, чем при первичном облучении
16
ДОЗОВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЛОТНОСТИ
РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫХ СТРУКТУРНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
преципитаты
радиационные дефекты
17
Доля хрупкого межзеренного разрушения, сдвиги
температуры хрупкости и предела текучести в
различных состояниях для сварного шва
Балаковской АЭС-1
18
Сдвиг температуры хрупкости в различных
состояниях сталей корпуса реактора
Балаковской АЭС-1
19
Экспериментальное обоснование эффективности
отжига материалов сварных швов
КР ВВЭР-1000
Балаковская АЭС, блок 1
Калининская АЭС, блок 1
20
Сравнение первичного и повторного радиационного
охрупчивания сварного соединения
Балаковской АЭС, блок1
120
100
TF , °C
80
Пе
60
и
рв
ч
еР
о
н
О
но
ь
л
О
а
е Р зонт
о
н
ор гори
т
в
По дель
о
-м
дви
с
о
га
г
0ч
40
Пос
20
ле о
га
тжи
о
сле
/3
С
°
5
6
5
5
а
г
и
0ч
/10
С
°
5
6
тж
По Сварной шов ВВЭР-1000
0
0
20
40
22
60
2
80
Флюенс, 10 нейтрон/м (E>0.5МэВ)
100
21
Расчетная схема распределения температур по корпусу
22
реактора ВВЭР-1000 в процессе восстановительного отжига
(стационарная задача)
Выводы
23
Радиационное охрупчивание корпусных сталей обусловлено радиационным
упрочнением
за
счет
радиационно-индуцированных
изменений
их
наноструктуры, а также образованием зернограничных и внутризеренных
сегрегаций фосфора.

Показано, что темп радиационного охрупчивания швов корпусов реакторов
ВВЭР-1000 выше, чем темп радиационного охрупчивания основных металлов
ВВЭР-1000.

Максимум температурного интервала проявления отпускной хрупкости
растет по мере повышения содержания никеля в стали, что потребовала
повышения температуры восстановительного отжига для швов ВВЭР-1000 с
повышенным содержанием никеля.

Определены температурно-временные параметры восстановительного
отжига сварных швов ВВЭР-1000 с повышенным содержанием никеля.

Показано восстановление структуры и свойств сталей корпусов реакторов
ВВЭР-1000 после восстановительного отжига.

Установлено, что темп повторного после отжига охрупчивания при
ускоренном облучении ниже, чем при первичном облучении.

Показано
наличие
«эффекта
флакса»
при
повторном
после
восстановительного отжига ускоренном облучении.

В рамках стационарной задачи рассчитана схема распределения температур
по корпусу реактора ВВЭР-1000 в процессе восстановительного отжига.
