Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
ядерная энергетика, сверхкритический водяной реактор ввэр-скд, корпус реактора, корпусная сталь, радиационная стойкость, теплостойкость, ресурс, состав стали, охрупчивание, мелкозернистая структура, металлургический процесс, структурные исследования, неметаллические включения, макроструктура, микроструктура, наноструктура.

Цель проекта:
1. Обеспечение ядерных реакторов перспективных проектов (в том числе, со сверхкритическими параметрами теплоносителя) высоконадежными корпусами с ресурсом не менее 80 лет. 2. Разработка состава и технологии производства высокопрочной, радиационно-стойкой и теплостойкой корпусной стали с оптимизированной наноструктурой.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Исследованы структура и свойства материала-прототипа промышленной выплавки в исходном состоянии и после охрупчивающей обработки. Получены, исследованы и испытаны образцы 25 лабораторных плавок различного состава (прототипы и перспективные стали). По результатам исследований и испытаний выбраны составы перспективных сталей (референтной и высоконикелевой). Получены, исследованы и испытаны образцы сталей выбранных составов в различных состояниях (исходном, после ступенчатой охрупчивающей обработки, после замедленного охлаждения и т.д.). Стали выбранных составов продемонстрировали высокий уровень металлургического качества, прочностных и вязко-пластических свойств и малую склонность к тепловому охрупчиванию. Высоконикелевая сталь продемонстрировала свойства, в полтора раза превышающие таковые у имеющихся сталей и более чем на 15% выше чем у перспективных зарубежных корпусных сталей. Начаты эксперименты по длительному тепловому охрупчиванию и ускоренному нейтронному облучению в исследовательском реакторе ИР-8.
2. Разработанная высоконикелевая сталь позволит изготовить корпусные элементы для всех реакторов семейства ВВЭР-СКД, при этом толщины элементов и развес заготовок останутся практически на уровне реакторов имеющихся проектов. При этом сталь обеспечивает больший уровень конструкционной надежности в исходном состоянии (и, предположительно, в течение всего срока эксплуатации).
Референтная сталь имеет лучшие прочностные и вязко-пластические свойства, оставаясь в пределах марочного состава стали 15Х2НМФА-А, что позволит поднять категорию прочности для корпусных изделий с КП-45 до КП-50, а в отдельных случаях и до КП-55.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Высокопрочная, радиационно-стойкая и теплостойкая сталь для корпусов ЯР перспективных проектов и основы технологии ее производства. Результаты выполнения проекта позволять обеспечить высоконадежными и высокоресурсными корпусами перспективные ядерные энергетические установки.
2. Впервые в отечественной практике будет проведен полный цикл исследований и испытаний сверхвысокопрочной корпусной стали. Впервые в мировой практике реализован принцип улучшения качества на всех этапах производственного цикла от выплавки до термообработки. Впервые в отечественной практике для корпусных сталей применено комплексное микролегирование и модифицирование с целью улучшения комплекса служебных и технологических свойств.
3. Полученные результаты позволяют говорить о 15-20% превосходстве по уровню прочностных свойств над уровнем лучших мировых аналогов при более консервативных режимах обработки. Вязко-пластические свойства при этом находятся на уровне лучших мировых аналогов или несколько превосходят их. По сравнению с имеющимися корпусными сталями новая сталь позволит обеспечить категорию прочности КП-70+ при 400С по сравнению с КП-45 при 350С. Кроме того, разработанная сталь имеет определенные перспективы применения при температурах до 550-600С, но это требует дополнительных исследований и испытаний.
4. Для внедрения стали в производство необходима опытно-промышленная отработка технологии производства, разработка сварочных материалов и технологии сварки, дополнительные исследования в рамках аттестации новых материалов. Определенные риски представялют изменения общего направления научно-технической политики в области ядерной энергетики, обеспечение промышленной выплавки сверхчистой по вредным и примесным элементам стали, разработка сварочных материалов и технологии сварки толстостенных корпусных изделий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Корпуса ядерных реакторов и парогенераторов ядерных энергетических установок перспективных проектов, в том числе и со сверхкритическими параметрами теплоносителя. Другие крупные высоконагруженные корпусные изделия для нужд химии, нефтехимии, судостроения, нефтяной и газовой промышленности. Крупные, в том числе и сварные, роторы паровых турбин. Другие изделия энергетического и тяжелого машиностроения.
2. Корпуса реакторов ВВЭР-СКД и ПСКД-600. Корпуса транспортных ЯЭУ. Для стали референтного состава - корпуса ЯР имеющихся проектов.
3. Разработка высокопрочной, радиационно-стойкой и теплостойкой стали позволит обеспечить высоконадежными и высокоресурсными корпусами ЯР перспективных проектов, что позволит поднять КПД ЯЭУ, улучшить эффективность использования ядерного топлива, замкнуть ядерный топливный цикл, снизить экологическую нагрузку за счет увеличения ресурса ЯР и снижения количества захораниваемых радиоактивных отходов. Это позволит поднять эффективность и безопасность ядерной энергетики.
4. Применимость результатов исследований и планируемых результатов их внедрения для развития исследований в рамках международного сотрудничества, развития системы демонстрации и популяризации науки, обеспечения развития материально-технической и информационной инфраструктуры будет зависеть от государственной и корпоративной политики в данных областях.

Текущие результаты проекта:
Выбраны составы референтной и инновационной корпусных сталей. Разработаны технологии их выплавки и термообработки. Проведенные исследования и испытания показали высокий уровень металлургического качества, служебных и технологических свойств разработанных сталей, по отдельным параметрам значительно превосходящих уровень перспективных зарубежных разработок.