Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка композиции и технологии производства нового термически стабильного и радиационно-стойкого титанового сплава для энергетических установок нового поколения

Номер контракта: 14.625.21.0007

Руководитель: Леонов Валерий Петрович

Должность: Заместитель генерального директора

Организация: федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
титан, корпус реактора, состав сплава

Цель проекта:
Целью проекта является разработка оптимизированного состава и технологии производства конструкционного титанового сплава с повышенными характеристиками теплостойкости (на 50÷100 °С по сравнению с применяемыми материалами), надежностью, радиационной стойкостью и высоким темпом снижения наведенной активности, с ресурсом эксплуатации до 80÷100 лет для обеспечения проектирования перспективных атомных энергетических установок нового поколения.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты:
- технические условия на химический состав конструкционного титанового сплава с повышенной теплостойкостью, радиационной стойкостью, высокой коррозионной стойкостью и высоким темпом снижения наведенной активности;
- методика изготовления, испытаний и исследований экспериментальных образцов;
- эскизная документация на макет цилиндрической обечайки из разработанного конструкционного титанового сплава;
- макет цилиндрической обечайки из разработанного титанового сплава;
- технологическая инструкция получения макетного образца цилиндрической обечайки из разработанного конструкционного титанового сплава;
- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации титановых цилиндрических полуфабрикатов с учетом технологических возможностей и особенностей Индустриального партнера.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Создаваемый новый класс реакторных материалов даст возможность серийного промышленного производства атомных энергетических модулей высокой заводской готовности, обеспечив следующие характеристики:
- высокую коррозионную стойкость и теплостойкость в среде теплоносителя при температурах до 400 °С и ограниченного ресурса при 450 °С;
- радиационную стойкость конструкционного материала за счет отсутствия хрупко-вязкого перехода в исходном и облученном состоянии до флюенса (1÷1,5)×10^20 н\см^2 в интервале рабочих температур и при кратковременных сверхкритических параметрах;
- низкую склонность к радиационному распуханию;
- низкую активируемость и высокий темп снижения наведённой активности до безопасного уровня в течение 35-50 лет после окончания эксплуатации;
- высокую удельную прочность;
- отсутствие необходимости антикоррозионной наплавки и связанного с ней трудоемкого комплекса технологических операций.

Предпосылкой успешного выполнения работ и получения планируемого результата являются работы и исследования, выполненные ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» совместно с участниками консорциума по исследованию радиационной стойкости конструкционных титановых сплавов в рамках хозяйственных договоров, НИР в рамках Федеральных целевых программ. В ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» имеется большой опыт применения титановых сплавов различного уровня прочности при проектировании, изготовлении и эксплуатации парогенераторов, теплообменного оборудования, трубопроводов АЭС, транспортных контейнеров для ОЯТ. ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» совместно с ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» создали титановые сплавы и полуфабрикаты для теплообменного и парогенераторного оборудования, трубопроводов стационарных и транспортных АЭУ. Выполнена модернизация оборудования для получения высокочистого губчатого титана для титановых сплавов с высоким темпом снижения наведенной активности. Проводятся совместные работы с АО «ГНЦ НИИАР» по исследованию механических характеристик бинарных и опытных титановых сплавов после нейтронного облучения. Имеющийся опыт исследований титановых сплавов будет использован при выполнении ПНИЭР.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основными потребителями ожидаемых результатов являются проектные организации в области создания атомных энергетических установок, переработки, хранения и транспортировки мало- и среднерадиоактивных материалов, в том числе АО «ОКБМ Африкантов», НИЦ «Курчатовский институт», АО «НИКИЭТ», ФГУП «РФЯЦ - ВНИИЭФ» и другие научные центры. Разработанный конструкционный титановый сплав, а также технология его производства будут использованы при проектировании, разработке и создании высокотехнологичных энергетических установок, в том числе перспективных атомных энергетических установок длительного срока эксплуатации не менее 60 лет. С июня 2013 года Фонд перспективных исследований, ЦКБ МТ «Рубин», ПАО «Газпром», ОАО «НК «Роснефть», Дальневосточное отделение РАН ведут проработку аванпроекта «Технологии подводного (подледного) освоения месторождений полезных ископаемых арктических морей». Главное направление исследований будет направлено на создание подводных технологий автономного освоения арктических месторождений, где создание автономных необитаемых атомных энергетических модулей с использованием титановых материалов рассматривается как одно из ключевых направлений этой работы. Основными потребителями атомных энергетических модулей станут подводные суда разведки и суда-носители, средства бурения, добычи и подготовки продукции. Зарубежными потребителями разрабатываемой продукции могут являться перспективные коммерческие проекты модульных реакторов малой мощности с использованием титановых сплавов, в том числе: проект Южной Кореи с реактором малой мощности до 300МВт «Smart и его аналоги, разработчик фирма KAERI; китайский проект с реактором «ACP-100», разработчик фирма NPIC.

Ожидаемые результаты реализации новых технологий носят прорывной характер и заключаются в разработке и аттестации нового класса малоактивируемых материалов на основе радиационностойких свариваемых титановых сплавов для оборудования ЯЭУ, обладающих высокой коррозионной стойкостью в условиях водяного теплоносителя первого контура ЯЭУ, в создании на основе этих материалов экологически безопасных атомных энергоблоков, в разработке и промышленном освоении титановых материалов с быстрым спадом наведенной активности, во внедрении в производство технологий изготовления слитков с предельно низким содержанием примесей Co, Cr, Fe, N, Ni, Н, и активационных технологий их регистрации. Разработанные технологии позволят перейти к промышленному производству опытных образцов атомной техники и обеспечить преимущество отечественным производителям на международном рынке малой атомной энергетики.

Текущие результаты проекта:
За 2014-2015 гг. выполнены следующие работы по проекту:
- проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему термически стабильных радиационностойких конструкционных материалов с высоким темпом снижения наведенной активности;
- исследованы варианты возможных решений с обоснованием основных направлений разработок;
- выполнены патентные исследования;
- произведен выбор составов экспериментальных образцов титановых сплавов с повышенной теплостойкостью и высоким темпом снижения активности на основе формирования устойчивой нано-и микроструктуры в условиях нейтронного облучения;
- изготовлены слитки экспериментальных образцов на основе комплексного расчета теоретической прочности, температуры фазового превращения, темпа снижения наведенной активности, шихтового состава, и принципиальной технологии изготовления поковок с формированием различных структурных элементов;
- проведен анализ фазового и структурного состава титановых сплавов различного состава;
- определены режимы горячей деформации и определено их влияние на формирование микро- и нано-структуры металла на основе моделирования технологического процесса с использованием ПК DEFORM-3D;
- разработана методика изготовления экспериментальных образцов;
- изготовлены экспериментальные образцы конструкционного материала из титановых сплавов требуемого состава, качества и структуры;
- разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов конструкционных материалов;
- получены результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов;
- получены температуры критических точек фазовых превращений материалов экспериментальных образцов;
- разработана эскизная конструкторская документация макета цилиндрической обечайки;
- разработана технологическая инструкция изготовления макета цилиндрической обечайки;
- изготовлена заготовка (слиток) макетного образца.