Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка композиции и технологии изготовления высокопрочной, радиационностойкой и теплостойкой стали с оптимизированной наноструктурой для перспективных ядерных реакторов

Докладчик: Дуб Владимир Семенович

Должность: Профессор, д.т.н., научный руководитель ИМиМ

Цель проекта:
1. Создание высокопрочной, теплостойкой и радиационно-стойкой стали с оптимизированной микро и наноструктурой для перспективных водяных реакторов со сверхкритическими параметрами теплоносителя, а, так же, разработка основ технологии ее получения с целью обеспечения перспективных реакторов семейства ВВЭР-СКД (а, так же ЯЭУ других проектов) высоконадежными корпусами с ресурсом 80-100 лет. 2. Разработка состава высокопрочной, теплостойкой и радиационно-стойкой корпусной стали а так же опытной технологии ее получения. Планируется разработать новую корпусную сталь, обладающую повышенными служебными и технологическими свойствами. Планируется улучшить прочностные свойства стали на 10-15% по сравнению с лучшими аналогами, улучшить конструкционную надежность и ресурсные характеристики при лучшей теплостойкости и высокой радиационной стойкости, а, так же, обеспечить высокие технологические свойства при производстве крупногабаритных изделий. Это позволит решить задачу обеспечения перспективных реакторных установок со сверхкритическими параметрами теплоносителя надежными и высокоресурсными корпусами при снижении металлоемкости продукции на 10-20%. Ввод в эксплуатацию новых реакторных установок позволит увеличить их тепловой КПД, значительно улучшить использование ядерного топлива, замкнуть топливный цикл и снизить экологическую нагрузку. Это позволит значительно повысить эффективность и безопасность ядерной энергетики.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Выполнен комплекс теоретических исследований, связанный с решением задачи по разработке высокопрочной, теплостойкой и радиационностойкой стали.
Выбраны основные направления повышения служебных и технологических свойств стали, включающие:
а) Оптимизацию состава стали по легирующим элементам.
б) Улучшение металлургического качества стали, включая повышение чистоты по вредным и примесным элементам, газам, неметаллическим включениям.
в) Микролегирование и модифицирование с целью получения требуемой микро и наноструктуры обеспечивающей повышение служебных и технологических свойств.
г) Оптимизация технологии выплавки и разливки стали для обеспечения максимальной эффективности использования металла, снижения физической, химической и структурной неоднородности.
д) Оптимизацию процессов горячей деформации с целью получения требуемой макро- и микроструктуры.
е) Разработку процесса термической обработки
Проведены расчеты фазового и структурного состояния, значения критических точек.
Выбраны составы исследовательских плавок
Проведен комплекс работ по оптимизации технологии производства корпусных сталей.
Проведены структурные исследования и механические испытания материала аналога (15Х2НМФА класс 1)
Результаты проведенных исследований подтвердили верность общего направления проведения работы.

2. Планируется разработать новую высокопрочную, теплостойкую и радиационностойкую сталь с оптимизированной микро и наноструктурой, обладающую повышенным комплексом служебных и технологических свойств. Сталь будет обладать повышенными прочностными свойствами (на 10-15% выше аналогов), высокой теплостойкостью (до 400С длительно и 600С кратковременно), повышенной конструкционной надежностью (Тк0<-60С) и длительным ресурсом (80-100 лет) по радиационному и термическому охрупчиванию. Сталь будет обладать высокими технологическими свойствами в крупных сечениях. Это позволит обеспечить выпуск крупных элементов корпусов перспективных реакторов со сверхкритическими параметрами теплоносителя. Кроме того, сталь может найти применение для изготовления ответственного корпусного оборудования для атомной и тепловой энергетики, химической промышленности и тяжелого машиностроения.

3. Новизна данной ПНИ состоит в разработке корпусной стали с повышенным комплексом свойств, значительно превосходящим имеющиеся аналоги. При этом, одним из элементов новизны является комплексный (материаловедческо-технологический) подход к решению задачи повышения комплекса свойств. Другим элементом новизны является использование микролегирования и модифицирования для получения требуемой микро и наноструктуры и повышения комплекса свойств (в первую очередь, радиационной стойкости).

4. Работа соответствует мировому уровню, а в отдельных моментах и превосходит его. В отличие от зарубежных работ, в которых разрабатываются принципиально новые высокопрочные корпусные стали, в данной работе основные акценты в исследованиях направлены на сохранение максимальной референтности как по составу, так и по технологии производства, что должно обеспечить высокую надежность разработанных решений и их быструю промышленную реализацию.

5. Основным направлением исследования является оптимизация состава и структуры стали 15Х2НМФА за счет оптимизации содержания легирующих элементов, улучшения металлургического качества, микролегирования и модифицирования. Возможными ограничениями являютмся ограничения на марочный состав стали 15Х2НМФА, что, при высоких значениях целевых свойств может привести к необходимости частичного или полного выхода за эти пределы с соответствующим уменьшением референтности решения. Некоторые технологические мероприятия, направленные на повышение качества стали могут потребовать дополнительных затрат, нового оборудования и общего повышения технологической культуры. В целом риски не достижения поставленной задачи видятся минимальными с учетом вышеприведенных соображений.




Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разработка предназначена главным образом для использования в атомной энергетике, а именно, для корпусов водяных реакторов нового поколения со сверхкритическими параметрами теплоносителя. Кроме того, разработанная сталь может быть использована для корпусов реакторов других проектов, ответственного корпусного оборудования в ядерной и тепловой энергетике, химичевкой и нефтехимичепской промышленности и т.д.

2. Выполнение работы позволит обеспечить высоконадежными и высокоресурсными корпусами реакторы серии ВВЭР-СКД. Сталь позволит наладить производство крупногабаритных элементов корпусов, при этом снижение металлоемкости продукции может составить от 10 до 20%.

3. Введение в эксплуатацию нового поколения реакторов ВВЭР-СКД позволит поднять их тепловой КПД, значительно улучшить использование ядерного топлива, замкнуть топливный цикл, снизить экологическую нагрузку. Все это позволит значительно повысить эффективность и безопасность ядерной энергетики и окажет значительный положительный эффект на всю экономику России. Кроме того, высокоэффективные, надежные и безопасные реакторы могут стать предметом для международного сотрудничества в области ядерной энергетики.
Применение новой стали для корпусов реакторов других проектов (в первую очередь, корабельных) позволит снизить вес этих ЯЭУ и создаст предпосылки к улучшению ТТХ использующих их объектов.
Применение новой стали для химического и нефтехимического производства позволит увеличить вместимость корпусов химических и нефтехимических реакторов при сохранении их веса и технологии производства, что позволит повысить эффективность процессов в этих отраслях экономики.

Текущие результаты проекта:
Выполнен комплекс теоретических исследований, связанный с решением задачи по разработке высокопрочной, теплостойкой и радиационностойкой стали.
Выбраны основные направления повышения служебных и технологических свойств стали, включающие:
а) Оптимизацию состава стали по легирующим элементам.
б) Улучшение металлургического качества стали, включая повышение чистоты по вредным и примесным элементам, газам, неметаллическим включениям.
в) Микролегирование и модифицирование с целью получения требуемой микро и наноструктуры обеспечивающей повышение служебных и технологических свойств.
г) Оптимизация технологии выплавки и разливки стали для обеспечения максимальной эффективности использования металла, снижения физической, химической и структурной неоднородности.
д) Оптимизацию процессов горячей деформации с целью получения требуемой макро- и микроструктуры.
е) Разработку процесса термической обработки
Проведены расчеты фазового и структурного состояния, значения критических точек.
Выбраны составы исследовательских плавок
Проведен комплекс работ по оптимизации технологии производства корпусных сталей.
Проведены структурные исследования и механические испытания материала аналога (15Х2НМФА класс 1)