proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Атомный год 2016
  Агентство  ПРоАтом. 20 ЛЕТ с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Резюмируя по выбросу радиоактивного рутения-106:
это не мы
мы, но не специально
специально, но не сильно
сильно, но не вредно
вредно, но недолго
почему в 1986 можно, а в 2017 нельзя?

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
PRo Рекламу

[07/09/2006]     Стойкая к радиации


Ученые ЦНИИ КМ «Прометей» закончили экспериментальные исследования свойств новой радиационно-стойкой марки стали, так называемой малоактивируемой. По сравнению с используемыми сегодня материалами, эта сталь обладает быстрым спадом наведенной радиоактивности после воздействия нейтронного облучения.

Это значит, после вывода из эксплуатации реактора она не будет оказывать столь вредного радиационного воздействия на окружающую среду. Так как ее остаточная радиация (время вредного воздействия) на 2–3 порядка ниже существующих ныне аналогов. Теперь предстоит провести промышленные исследования ее свойств на заготовках больших размеров, используемых на реакторах ВВЭР-440, ВВЭР-1000. Пока вопрос упирается в технологические проблемы промышленного изготовления заготовок весом более 200 тонн. Как бы то ни было, ученые намерены в ближайшее время решить эту задачу, к которой они шли на протяжении полувека.

О временном критерии

При создании реакторов нового поколения важную роль играет правильный выбор конструкционного материала для корпуса реактора. При выборе материала необходимо учитывать не только уровень свойств в исходном состоянии по прочностным характеристикам и сопротивлению хрупкому разрушению, но и изменение этих характеристик при длительном эксплуатационном воздействии. Для корпуса реактора выбранный материал должен, в первую очередь, обладать высоким сопротивлением радиационному и тепловому охрупчиванию. Кроме того, необходимо заботиться о будущих поколениях, обеспечивая экологическую безопасность после вывода реакторного оборудования из эксплуатации.

По современным оценкам, стоимость мероприятий по консервации атомных энергетических установок (АЭУ), отработавших кампанию, может в 5–10 раз превысить стоимость нового строительства. В этой связи, создание новых марок материалов, которые обладают быстрым спадом наведенной радиоактивности после нейтронного облучения, становится вопросом экономической и экологической целесообразности атомной энергетики.

У них

С начала создания атомных электростанций в США и других странах для корпусов реакторов с водой под давлением применялись простые по составу стали, которые широко использовались в теплоэнергетике. Все эти стали имели сравнительно низкую прочность и радиационную стойкость, но обладали достаточной технологичностью и хорошей свариваемостью. В середине 50х прошлого века для корпусов реакторов в США использовалась листовая сталь марки SА212В, легированная небольшим содержанием Mn и Si и содержанием углерода 0,30–0,35% (см. таблицу). Невысокая прочность и ударная вязкость привели к быстрой замене ее на сталь SA302В, более легированную марганцем и дополнительно молибденом. Эта марка стали была более прочной, и с начала 60х годов стала основным конструкционным материалом при производстве реакторов за рубежом. Однако содержание примесных элементов в ней сохранялось высоким, как и в стали SА212В. Для поковок С и Mn были заменены Ni и Mo. Так появилась сталь SA336 с добавкой небольшого количества Cr. В дальнейшем эта сталь (с 1989 г.) стала обозначаться SA508. В связи с увеличением толщины полуфабрикатов сталь SA302В была модифицирована никелем. Этот материал впоследствии получил обозначение SA533 и нашел широкое применение для корпусов реакторов под давлением. В Германии наибольшее распространение получила сталь 22NiMoCr37, близкая по составу SA508, а во Франции – SA508. Начиная с середины 80-х годов прошлого века, на Западе для изготовления перспективных реакторов, рассчитанных на срок службы более 60 лет, большее внимание начали уделять более легированным хромом и молибденом сталям типа «Хролой».

И у нас

В нашей стране работы по созданию энергетических атомных реакторов для первых энергоблоков АЭС были начаты в 1956 году. Разработка концепции создания первых крупных атомных энергоблоков осуществлялась Институтом атомной энергии под руководством академика А.П.Александрова. В рамках этой большой общей проблемы на наш институт была возложена задача создания корпусов реакторов диаметром 3,5–4,2 м, высотой 11–12 м и толщиной стенки 140–220 мм. Поскольку изготовление таких габаритов корпусов без применения сварки было невозможно, то для решения поставленной задачи потребовалась разработка свариваемой теплоустойчивой стали. По существу необходимо было разработать не только сталь, но и технологию всего ее металлургического передела – выплавки, ковки из отливок большой массы и термической обработки основных заготовок. Работы по созданию стали осуществлялись коллективом института в период с 1956 по 1960 года под руководством И.В.Горынина. Созданная композиция более чем на 20 лет опередила мировые разработки. За рубежом стали такого типа под названием «суперхролой» стали появляться лишь в 80е годы. В настоящее время предпринимаются попытки использовать сталь такой композиции и для новых европейских реакторов мощностью свыше 1000 МВт.

Сталь марки 15Х2МФА постоянно совершенствовалась, и в настоящее время является лучшим конструкционным материалом по радиационной стойкости. Эволюция химического состава сталей для корпусов атомных реакторов детально представлена на рис. 1.


Рис. 1. Стали для корпусов атомных реакторов в России (научно-технический журнал «Вопросы материаловедения», № 1(45), 2006, стр. 119)

Малоактивируемые стали

Несмотря на перечисленные достоинства стали марки 15Х2МФА, у нее есть существенный недостаток – высокая активируемость при воздействии нейтронного облучения из-за легирования элементами, образующими при облучении долгоживущие изотопы (Mo). Высокая активируемость стали приводит к проблеме утилизации отработавших свой срок корпусов, так как их наведенная в результате воздействия нейтронного облучения радиоактивность снижается до безопасного уровня за очень большой срок (свыше 1000 лет). Решение этой проблемы возможно при создании и введении в эксплуатацию материала, который бы обладал более быстрым спадом наведенной радиоактивности после нейтронного облучения. Безопасный уровень наведенной радиоактивности нового материала должен при этом достигаться за более короткий срок.

В качестве малоактивируемой радиационно­стойкой стали взамен применяемых корпусных сталей марок 15Х2МФА и 15Х2НМФА разработана сталь базовой композиции типа 15Х2В2ФА (патент 2135623 от 1999 г.). В новой стали молибден, как высоко активируемый элемент, заменен на вольфрам в эквиатомном соотношении. Кроме того, жестко ограничено содержание высоко активируемых примесных элементов, таких как: ниобий, никель, кобальт, молибден и медь до уровней, которые в настоящее время обеспечивает металлургическая промышленность. Химический состав рассмотренных сталей приведен в таблице. Примесные элементы разделены на группу примесей, которые следует ограничивать с точки зрения повышения радиационной стойкости (P, Cu, S, Sn, As) и группу примесей, присутствие которых в стали нежелательно по критериям активируемости (Nb, Co, Ni, Mo, Cu). Поэтому часть элементов таблицы присутствует и в качестве основных легирующих элементов, и в качестве примесных, например, никель, молибден. Обеспечить указанные выше ограничения для заготовок больших размеров, предназначенных для стационарных реакторов, из этой марки стали весьма сложно. Тем не менее, на Ижорском заводе из слитка 50 т удалось изготовить опытные обечайки размером &empty 2400х365 мм и &empty 1980х160 мм, которые по своим размерам еще уступают заготовкам для стационарных реакторов типа ВВЭР мощностью 1000МВт и более. Кроме того, новая сталь для промышленных полуфабрикатов аттестована еще не в полном объеме в соответствии с требованиями государственных надзорных органов. Эта задача может быть решена, в первую очередь, для корпусов реакторов малых размеров (типа КЛТ-40), предназначенных для энергетического снабжения отдаленных районов страны (например, в условиях крайнего Севера).


Таблица. Химический состав реакторных сталей

Известно, что химический состав сталей влияет на их механические свойства. На рис. 2 видно, что за счет облучения прирост предела текучести &Delta? &sigma 0,2 у малоактивируемой стали заметно ниже, а смещение критической температуры хрупкости &Delta ТF находится либо ниже полосы разброса данных для стали 15Х2МФА при аналогичных условиях облучения, либо на ее нижней границе.


Рис. 2. Радиационное упрочнение (&Delta? &sigma 0,2 ) и охрупчивание (&Delta ТF) опытных плавок стали марки 15Х2В2ФАА (•) в сравнении с данными для стали 15Х2МФА () при Тобл = 270–3200С (юбилейный сборник «Радиационное материаловедение и конструкционная прочность реакторных материалов». Под общ. ред. академика И.В.Горынина. – СПб.:ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», 2002, стр. 68)

Применение сталей различных композиций легирования для корпусов атомных реакторов под давлением и почти полувековой опыт их эксплуатации показал, что теплоустойчивые CrMoV стали являются менее чувствительными к тепловому и радиационному охрупчиванию. Этот вывод может быть решающим при выборе материала для перспективных атомных реакторов с повышенной безопасностью и сроком службы. Поэтому, на наш взгляд, вполне закономерно на Западе прорабатывается вопрос использования более легированной стали типа 21/4Сr–1Мо для перспективного Европейского реактора большой мощности и длительного срока службы. Безусловно, в ближайшем будущем предстоит решение задачи промышленного освоения малоактивируемой радиационно-стойкой стали в качестве основного материала для корпусов ядерных реакторов повышенной экологической безопасности и радиационного ресурса. Именно этим критериям должна отвечать в первую очередь сталь для реакторов нового поколения.

Краткий обзор сталей для корпусов атомных реакторов показал, что в нашей стране созданы наилучшие в мире конструкционные материалы менее чувствительными к тепловому и радиационному охрупчиванию в процессе эксплуатации, что может быть решающим критерием при выборе их в качестве основного металла для перспективных атомных реакторов с повышенной безопасностью и ресурса.

Журнал «Атомная стратегия» № 24, август 2006 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Материаловедение
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Материаловедение:
Уран – главный металл атомной энергетики

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 3
Ответов: 2


Пожалуйста, проголосуйте за эту статью:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 0 Комментарии
Спасибо за проявленный интерес





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(812)438-3277
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
Сайт построен на основе технологии PHP-Nuke. Открытие страницы: 0.06 секунды
Рейтинг@Mail.ru