Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Термическая стойкость сталей с повышенными характеристиками прочности для корпусов перспективных реакторов ВВЭР различных проекто

22.06.2023 2023 - №02 Материалы и ядерная энергетика

Е.А. Кулешова И.В. Федотов Д.А. Мальцев М.Г. Исаенкова О.А. Крымская Р.А. Минушкин

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.08

УДК: 621.039.53

Рассмотрены результаты структурных исследований и механических испытаний после длительного теплового воздействия лабораторных плавок металлургически усовершенствованной стали 15Х2НМФА и стали с повышенным содержанием никеля, рассматриваемых в качестве материалов корпусов перспективных реакторов ВВЭР различных проектов. Показано, что как для усовершенствованной стали 15Х2НМФА, так и для высоконикелевой стали отсутствуют признаки зернограничного охрупчивания после проведения термообработки, провоцирующей охрупчивание, что связано с очень низкой зернограничной сегрегацией фосфора в исходном состоянии, обусловленной повышенной дисперсностью структуры, а также достаточно низким содержанием примесей. Кроме того, для усовершенствованной стали 15Х2НМФА не выявлено изменения предела текучести, что согласуется с результатами структурных исследований. Для высоконикелевой стали в результате длительного теплового воздействия выявлена тенденция к небольшому снижению предела текучести на 5 – 10% и закономерному снижению критической температуры хрупкости. Снижение механических характеристик связано с относительно низкой температурой высокого отпуска высоконикелевой стали и, соответственно, возможным протеканием процессов доотпуска структуры при длительном тепловом воздействии, о чем свидетельствуют результаты рентгеноструктурных исследований. Несмотря на протекание процессов доотпуска в высоконикелевой стали при длительном тепловом воздействии сохраняется стабильность основных упрочняющих карбидных фаз, за счет чего предел текучести остается на достаточно высоком уровне, превышающем значения для используемых сталей корпусов реакторов ВВЭР даже при тепловом воздействии с параметрами, значительно превосходящими предполагаемые условия эксплуатации корпусов перспективных ВВЭР. При этом снижение критической температуры хрупкости при тепловом воздействии лишь способствует повышению стойкости стали против хрупкого разрушения при эксплуатации.

Ссылки

  1. Алексеев П.Н. Направления развития системы ядерной энергетики. // Инноватика и экспертиза. – 2016. – Вып. 3(18). – С. 67-80. Электронный ресурс: https://elibrary.ru/download/elibrary_29032662_68651559.pdf (дата доступа 01.02.2023).
  2. Markov S.I., Dub V.S., Lebedev A.G., Kuleshova E.A., Balikoev A.G., Makarycheva E.V., Tolstykh D.S., Frolov A.S., Krikun E.V. Advanced reactor vessel steels for reactors with supercritical coolant parameters. // Russ. Metall. – 2016. – No. 9. – PP. 803-811. DOI: https://doi.org/10.1134/S003602951609010X .
  3. Pratomo S.B., Oktadinata H., Widodo T.W. Effect of nickel additions on microstructure evolution and mechanical properties of low-alloy Cr-Mo cast steel. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. – 2019. – Vol. 541. – 012050. – PP. 1-8. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/541/1/012050 .
  4. Shtrombakh Y.I. Gurovich B.A., Kuleshova E.A., Frolov A.S., Fedotova S.V., Zhurko D.A., Krikun E.V. Effect of Ni content on thermal and radiation resistance of VVER RPV steel. //J. Nucl. Mater. – 2015. – Vol. 461. – PP. 292-300. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.02.023 .
  5. Kuleshova E.A., Zhuchkov G.M., Fedotova S.V., Maltsev D.A., Frolov A.S., Fedotov I.V. Precipitation kinetics of radiation-induced Ni-Mn-Si phases in VVER-1000 reactor pressure vessel steels under low and high flux irradiation. // J. Nucl. Mater. – 2021. – Vol. 553. – 153091. – PP. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153091 .
  6. Lee B.S., Kim M.C., Yoon J.H., Hong J.H. Characterization of high strength and high toughness Ni-Mo-Cr low alloy steels for nuclear application. // Int. J. Press. Vessel. Pip. – 2010. – Vol. 87 – No. 1. – PP. 74-80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2009.11.001 .
  7. Баландин Ю.Ф., Горынин И.В., Звездин Ю.И., Марков В.Г. Конструкционные материалы АЭС. – М.: Энегоатомиздат, 1984. – 280 с.
  8. Kuleshova E.A., Fedotov I.V., Maltsev D.A., Potekhin A.A., Bubyakin S.A., Isaenkova M.G., Krymskaya O.A., Minushkin R.A.Structural features ensuring the increase of service characteristics of high-nickel steels for pressure vessels of prospective energy-generation reactors. // Int. J. Press. Vessel. Pip. – 2022. – Vol. 200. – 104845. – PP. 1-13. DOI: https://doi.org/10.1016/J.IJPVP.2022.104845 .
  9. Кулешова Е.А., Федотов И.В., Мальцев Д.А., Фролов А.С., Степанов Н.В., Сафонов Д.В. Роль никеля в формировании структуры, обеспечивающей повышенные служебные характеристики реакторных конструкционных материалов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 3. – С. 120-133. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.11 .
  10. Holloman J.H., Jaffe J.H. Time-temperatures relations in tempering steel. // Trans. Am. Inst. Min. Met. Eng. – 1945. – Vol. 162. – PP. 223-249.
  11. Kameda J., Nishiyama Y. Combined effects of phosphorus segregation and partial intergranular fracture on the ductile-brittle transition temperature in structural alloy steels. // Mater. Sci. Eng. A. – 2011. – Vol. 528 – No. 10-11. – PP. 3705-713. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.01.018 .
  12. Shtrombakh Y.I., Gurovich B.A., Kuleshova E.A., Maltsev D.A., Fedotova S.V., Chernobaeva A.A. Thermal ageing mechanisms of VVER-1000 reactor pressure vessel steels. // J. Nucl. Mater. – 2014. – Vol. 452. – No. 1–3. – PP. 348-358. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.05.059 .
  13. Naudin C., Frund J.M., Pineau A. Intergranular fracture stress and phosphorus grain boundary segregation of a Mn-Ni-Mo steel. // Scr. Mater. – 1999. – Vol. 40 – No. 9. – PP. 1013-1019. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00069-X .
  14. Fedotova S.V., Kuleshova E.A., Maltsev D.A., Saltykov M.A. Complex study of grain boundary segregation in long-term irradiated reactor pressure vessel steels. // J. Nucl. Mater. – 2019 – Vol. 528. – 151865. – PP. 1-8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151865 .
  15. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Металлургия. – 1970. – 376 с.
  16. Ungбr T., Tichy G., Gubicza J., Hellmig R.J. Correlation between subgrains and coherently scattering domains. // Powder Diffr. – 2005. – Vol. 20. – No. 4. – PP. 366-375. DOI: https://doi.org/10.1154/1.2135313 .
  17. Ungбr T. Microstructural parameters from X-ray diffraction peak broadening. // Scr. Mater. – 2004. – Vol. 51. – No. 8 – PP. 777-781. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.05.007 .
  18. Akhavan Tabatabae B., Ashrafizadeh F., Hassanli A.M. Influence of Retained Austenite on the Mechanical Properties of Low Carbon Martensitic Stainless Steel Castings. // ISIJ International. – 2011. – Vol. 51. – No. 3. – PP. 471-475. DOI: https://doi.org/10.2355/isijinternational.51.471 .
  19. Марков С.И. Металловедческие основы производства заготовок для высоконадежных элементов энергетических и трубопроводных систем. – Дисс. д-ра техн. наук. – М.: ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», 2012. – 83 с.
  20. Физическое материаловедение: Учебник для вузов: В 8 т. / Под общей ред. Б.А. Калина. Изд. 3-е, перераб. / Том 1. Физика твердого тела / Г.Н. Елманов, А.Г. Залужный, В.И. Скрытный, Е.А. Смирнов, Ю.А. Перлович, В.Н. Яльцев. Изд. 3-е, перераб. – М.: НИЯУ МИФИ, 2021. – 764 с. ISBN 978-5-7262-2725-2.

стали корпусов реакторов высоконикелевая сталь механические характеристики характеристики структуры отпускная хрупкость термическая стойкость

Ссылка для цитирования статьи: Кулешова Е.А., Федотов И.В., Мальцев Д.А., Исаенкова М.Г., Крымская О.А., Минушкин Р.А. Термическая стойкость сталей с повышенными характеристиками прочности для корпусов перспективных реакторов ВВЭР различных проекто. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 2. – С. 93-106. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.08 .

Открыть PDF файл