Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и применение способов получения сплавов переменного химического состава для статистического моделирования процессов деградации структуры и свойств корпусных материалов водо-водяных энергетических, технологических и исследовательских атомных реакторов при нейтронном облучении в интервале температур от 100°C до 300°C

Номер контракта: 14.579.21.0116

Руководитель: Скоробогатых Владимир Николаевич

Должность: Заместитель генерального директора - Директор института материаловедения

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
водо-водяные энергетические, технологические и исследовательские атомные реакторы, критическая температура хрупкости (тк), основной металл, сварные соединения, переменный химический состав металла (пс), статистический и регрессионный анализ результатов радиационных испытаний.

Цель проекта:
Корпусные материалы активной зоны водо-водяных энергетических и технологических атомных реакторов независимо от вида и химического состава эксплуатируются при нейтронном облучении в диапазоне температур от 100°C до 300°C и подвержены существенному влиянию процессов деградации структуры и свойств корпусных материалов. В сочетании с высокой погрешностью нормативных оценок радиационного охрупчивания, связанным с высокой химической и структурной неоднородностью крупногабаритных заготовок элементов конструкции корпусов ВВЭР, это способствует необоснованно низким срокам эксплуатации (коэффициент запаса консервативности δ=30±8°C). При нормативном расчете с завышенной консервативностью ошибка прогнозирования радиационного ресурса может превышать десятки лет. Это указывает на необходимость выявления методических ошибок оценки радиационной стойкости и обоснованного определения реалистичного радиационного ресурса материалов корпусов реакторов, например при продлении срока службы реакторов ВВЭР-1000 до 60 лет и более (против 30-40 лет по проекту). Статистическое моделирование процессов деградации структуры и свойств и определение факторов, влияющих на погрешность расчетов при определении критической температуры хрупкости металла базового и переменного составов, обеспечивает выявление и устранение методических ошибок при определении критической температуры хрупкости металла в различных состояниях. Структурная и химическая неоднородность корпусных материалов наиболее характерна для зоны границ сплавления основного металла и металла сварных швов, основного металла и металла сварных швов с металлом антикоррозионной наплавки ширина, которой не превышает 1мм, но оказывает существенное влияние на погрешность определения критической температуры хрупкости металла и до настоящего времени исследована недостаточно. Использование сплавов переменного состава позволяет моделировать ширину зоны границ сплавления на заготовке длиной до 1м и исследовать металл границ сплавления основного металла и металла сварных швов, основного металла и металла сварных швов с металлом антикоррозионной наплавки на стандартных образцах. Изготовление и последующее применение образца металла переменного состава для радиационных испытаний критической температуры хрупкости по ширине границы сплавления корпусных материалов с металлом антикоррозионной наплавки позволит в дальнейшем произвести оценку обоснованного прогнозирования сроков эксплуатации водо-водяных энергетических и технологических атомных реакторов до 60 и более лет в указанной зоне корпуса. Разработка методик обоснованного прогнозирования сроков эксплуатации водо-водяных энергетических и технологических атомных реакторов до 60 лет и выше в интервале температур от 100°C до 300°C производится на основании двух нормативных подходов (ПНАЭ Г-7-002-86): 1. Основными характеристиками материала, используемыми в расчете, являются критический коэффициент интенсивности напряжений, критическая температура хрупкости и предел текучести 2. Изменение свойств материалов в процессе эксплуатации учитывают введением в расчет сдвигов критической температуры хрупкости вследствие различных воздействий в процессе эксплуатации.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта, для достижения указанной цели, будут разработаны методики получения сплавов переменного состава для радиационных испытаний сопротивления хрупким разрушениям по ширине границы сплавления корпусных материалов с металлом антикоррозионной наплавки и металлом сварного шва.

По разработанным методикам будут изготовлены экспериментальные образцы сплавов переменного состава, имитирующие состояние металла вблизи границ линии сплавления основного металла и металла швов, основного металла и металла антикоррозионной наплавки, металла швов и металла антикоррозионной наплавки. Полученные результаты лягут в основу технологического регламента изготовления сплавов переменного химического состава, который также будет разработан в рамках текущей работы.

Параллельно с указанными работами будут разработаны статистические модели процессов сопротивления хрупким разрушениям корпусных материалов при химической и структурной неоднородности с применением сплавов переменного химического состава, которые составят основу методики прогнозирования сроков эксплуатации корпусных материалов и корпусов водо-водяных технологических и энергетических атомных реакторов.




Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения проекта будут получены следующие научно-технические результаты:
- методики получения образцов сплавов переменного состава для последующих радиационных испытаний;
- экспериментальные образцы сплавов переменного состава;
- технические требования к оборудованию для получения сплавов переменного состава и их исследования;
- технологический регламент изготовления сплавов переменного состава;
- методика прогнозирования сроков эксплуатации корпусных материалов, в том числе статистические модели процесса сопротивления хрупким разрушениям;

За счет внебюджетных средств, индустриальным партнером АО "Институт реакторных материалов" будет разработана оснастка для экспериментального реактора, с целью последующего проведения реакторных испытаний экспериментальных образцов сплавов переменного состава.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в ходе настоящего проекта результаты будут способствовать достижению следующих эффектов:
1. Снижение завышенного нормативного консерватизма при прогнозировании проектных сроков эксплуатации корпусных материалов водо-водяных энергетических, технологических и исследовательских атомных реакторов;
2. Прогнозирование реалистичных сроков эксплуатации водо-водяных энергетических, технологических и исследовательских атомных реакторов статистическим моделированием процессов деградации структуры и свойств корпусных материалов;
3. Увеличение сроков эксплуатации водо-водяных энергетических, технологических и исследовательских атомных реакторов до 60 и более лет при температуре нейтронного облучения характерной для корпуса каждого реактора из диапазона температур от 100°C до 300°C на основании реалистичных методических оценок статистического моделирования процессов деградации структуры и свойств корпусных материалов.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана лабораторная методика получения экспериментальных образцов сплавов переменного химического состава методом электрошлакового переплава.
2. Разработана программа и методики экспериментальных экспериментальных исследований физико-химических свойств образцов металла сплава переменного химического состава.
3. Проведен аналитический обзор научно-технических источников в области получения и применения сплавов переменного химического состава при исследованиях радиационной стойкости материалов и патентные исследования и патентные исследования.
4. Проведены подготовительные работы к изготовлению экспериментальных образцов переменного состава, имитирующих зону сварного соединения «основной металл – металл антикоррозионной наплавки» (изготовление будет завершено в декабре 2015 г.)