Кинетика радиационного охрупчивания малолегированных никельсодержащих феррито-перлитных сталей, применяемых при изготовлении корпусов реакторов ВВЭР-1000
Диссертация
Автором проведены послереакторные испытанния образцов, облученных в стенде «Корпус» реактора РБТ-6, разработка модели радиационного охрупчивания, анализ собственных и литературных экспериментальных результатов и верификация модели на их основе, расчеты параметров радиационной повреждаемости. Работа выполнена под общим руководством д. ф-м.н. В. Н. Голованова. Основные теоретические положения… Читать ещё >
Содержание
- ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
- ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАДИАЦИОННОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНЫХ (КОРПУСНЫХ) СТАЛЕЙ
- 1. 1. Материалы, применяемые для изготовления корпусов реакторов с водой под давлением
- 1. 1. 1. Требования, предъявляемые к малолегированным феррито-перлитным (корпусным) сталям
- 1. 1. 2. Стали российского производства, применяемые для изготовления корпусов реакторов типа ВВЭР
- 1. 2. Микроструктурные механизмы радиационного упрочнения и охрупчивания
- 1. 3. Влияние легирования и содержания примесных элементов на радиационное охрупчивание
- 1. 3. 1. Влияние меди на радиационное охрупчивание корпусных сталей
- 1. 3. 2. Влияние никеля и марганца на радиационное охрупчивание корпусных сталей
- 1. 3. 3. Влияние фосфора, мышьяка, сурьмы и олова на радиационное. охрупчивание корпусных сталей
- 1. 4. Зависимость радиационного охрупчивания от условий облучения
- 1. 4. 1. Влияние температуры облучения
- 1. 4. 2. Влияние спектра нейтронного потока на радиационное охрупчивание
- 1. 5. Уравнения и зависимости, применяемые для описания радиационного охрупчивания
- 1. 6. Экспериментальные и методические проблемы изучения радиационного охрупчивания корпусных сталей
- 1. 7. Стенд «Корпус» на реакторе РБТ
- 1. 1. Материалы, применяемые для изготовления корпусов реакторов с водой под давлением
- ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ОХРУПЧИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ КОРПУСОВ ВВЭР-1000 ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ОСЛАБЛЕНИЯ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА
- 2. 1. Материалы и образцы
- 2. 2. Облучение
- 2. 3. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости
- 2. 4. Результаты исследований поведения материала после облучения в условиях, моделирующих работу стенки корпуса
- 2. 4. 1. Испытания на одноосное растяжение
- 2. 4. 2. Испытания на ударную вязкость
- 2. 4. 3. Микроструктурные исследования
- 3. 1. Линейная зависимость радиационного охрупчивания от флюенса нейтронов с энергией свыше 0,5 МэВ
- 3. 2. Влияние концентрации никеля на кинетику радиационного охрупчивания исследуемых материалов
- 3. 3. Влияние температуры на кинетику радиационного охрупчивания исследуемых материалов
- 4. 1. Гипотезы о процессе радиационной повреждаемости никельсодержащих корпусных сталей
- 4. 2. Расчет скорости образования каскадов атомных смещений в различных нейтронных спектрах
- 4. 3. Применение количества каскадов атомных смещений в качестве параметра радиационной повреждаемости исследованных материалов
Список литературы
- Конобеевский С.Т. Действие облучения на материалы. М., Атомиздат. 1967. 401 с.
- Алексеенко Н.Н., Амаев А. Д., Горынин И. В., Николаев Ю. А. Радиационное повреждение стали корпусов водо-водяных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1981. 191 с.
- Герасимов В.В., Монахов А. С. Материалы ядерной техники: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1982,288 с.
- Steele L., Serpan С., Analysis of Reactor Vessel Radiation Effects Surveillance Program: ASTM STP 481, 1970. P. 57.
- Горынин И.В., Баландин Ю. Ф., Звездин Ю. И. и др. Энергомашиностроение, 1977, № 9, с. 18−21.
- Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7−002−86) / Госатомэнергонадзор СССР. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 525 с. (Правила и нормы в атомной энергетике).
- English C.A., Phythian W.J., Foreman A.J.E. Consideration of recoil effects in microstructural evolution. J. Nucl. Mater., 1990, v. 174, p.135−140.
- Stoller R.E. Primary damage formation in irradiated materials. JOM, 1996, v.48. № 12, p. 23−27.
- Stoller R.E., Odette G.R., Wirth B.D. Primary damage formation in bcc iron. -J. Nucl. Mater., 1997, v. 251, p.49−60.
- Stoller R.E. Point defect survival and clustering fraction obtained from molecular dynamics simulations of high energy cascades. J. Nucl. Mater., 1996, v. 233, p.999−1003.
- Nikolaev Yu.A., Nikolaeva A.V. Embrittlement of low-alloyed steels due to impurity segregation at intergranular boundaries. Material Science Forum, 1996, v. 2. P. 653−656.
- Гурович Б.А., Кулешова E.A., Николаев Ю. А., Штромбах Я. И. Оценка относительного вклада различных механизмов в радиационное охрупчивание материалов корпусов реакторов. Препринт ИАЭ-6025/11. М.: РНЦ КИ, 1997. 107 с.
- Николаев Ю.А., Николаева А. В., Забусов О. О. и др. Радиационно- и термически индуцированная адсорбция фосфора на границах зерен в низколегированной стали. ФММ, 1996, т.81, вып. 1, с.120−128.
- Miller М.К., Burke M.G. An atom probe field ion microscopy study of neutron-irradiated pressure vessel steels. J. Nucl. Mater., 1992, v. 195, № 1−2, p.68−82.
- Pavinich W.A., Griesbach Т.J., Server W.L. An overview of radiation embrittlement modeling for reactor pressure vessel steels. Radiation Embrittlement of Nuclear Reactor Pressure Vessel Steels. L.E. Steele, Eds., ASTM STP 1170, 1993, p.99−117.
- Howthorne J.R., Koziol J.J., Groeschel R.C. Evaluation of commercial production A533-B steel plates and weld deposits tailored for improved radiation resistance. Effects of Radiation on Structural Materials. ASTM STP 570, 1975, p.83−102.
- Утевский JI.M., Гликман Е. Э., Карк Г. С. Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа. М.: Металлургия, 1987. 222 с.
- A review of formulas for predicting irradiation embrittlement of reactors vessel materials// AMES report № 6, Paris, November, 1996. C.14−18.
- Жуховицкий A.A., Шварцман Jl.A. Физическая химия. M: Металлургия, 1976. 543 с.
- Russell К.С., Brown L.M. A dispersion strengthening model based on differing elastic module applied to the iron-copper system// Acta Met., 1972. V. 20. P. 969 -974.
- Кеворкян Ю.Р. Механизмы радиационного охрупчивания материалов корпусов реакторов АЭС. 1. Модель упрочнения матрицы выделениями меди: Препринт ИАЭ-4879/11. М.: ЦНИИатоминформ, 1989. 25 с.
- Stoller, R.E. Pressure Vessel Embrittlement Predictions Based on a Composite Model of Copper Precipitation and Point Defect Clustering// In: Effects of Radiation on Materials, ASTM STP 1270,1996. P.25−58.
- Odette G.R. On the dominant mechanism of irradiation embrittlement of reactor pressure vessel steels// ScriptaMet., 1983. V. 17. P. 1183 1188.
- Николаев Ю.А., Королев Ю. Н., Крюков A.M. и др. Радиационная стойкость материалов корпусов ядерных реакторов, легированных никелем// Атомная энергия, 1996. Т. 80. Выс.1. С. 33−36.
- Николаев Ю.А. Радиационное охрупчивание материалов корпусов ядерных энергетических установок ВВЭР: Дисс. докт. физ.-мат. наук, 05.14.03/ РНЦ «Курчатовский институт». Москва. 2003. 250 стр.
- Влияние никеля на структуру и радиационную стойкость сварных соединений корпусов реакторов ВВЭР-1000: Препринт/ О. М. Вишкарев, А. С. Зубченко, Т. М. Кричевец и др. НИИАР-23(588). — Димитровград. 1983. 13 с.
- Николаева А.В., Николаев Ю. А., Крюков A.M., Королев Ю. Н. Охрупчивание низколегированной конструкционной стали под действием нейтронного облучения// Атомная энергия, 2000. Т. 88. № 4. С. 271−276.
- Nikolaeva A.V., Nikolaev Yu.A. Mechanism of the drop in the dependence of yield stress on neutron irradiation dose for low-alloy steel// Materials Science and Engineering, 1997. V. A234−236. P.915−917.
- Kryukov A.M., Nikolaev Yu.A. The properties of WWER-1000 type materials obtained on the basis of a surveillance program// Nuclear Engineering and Design, 2000. V.195. P.143−148.
- Bohmert J., Uibricht A., Kryukov A. and etc. Composition effects of the radiation embrittlement of iron alloys. in: Effects of Radiation on Materials, ASTM
- STP 1405, S.T.Rosinski, M.L.Grossbeek, T.R.Allen and A.S.Kumar, Eds., American Society for Testing and Materials, West Conshohochen, PA, 2001. P.383−398.
- Nikolaev Yu.A., Nikolaeva A.V. Radiation response of nickel-alloyed reactorpressure vessel steels// Transaction of 14th International Conference on Structural
- Mechanism in reactor Technology, Lyon, France, 1997. V.9. P.101−108.
- Nikolaev Yu.A., Nikolaeva A.V., Kryukov A.M. The contribution of grain boundary effects to low-alloy steel irradiation embrittlement// J. of Nucl. Mater., 1994. V. 218. P. 85−93.
- Nikolaev Yu.A., Nikolaeva A.V., Kryukov A.M. The mechanisms of nickel and silicon effect on the radiation sensitivity of reactor pressure vessel materials. -Preprint NSI-26−936 Nuclear Safety Institute, Moscow, Russia, 1993,11 p.
- Николаева A.B., Николаев Ю. А., Крюков A.M. Влияние примесей и легирующих элементов на радиационную стойкость низколегированных сталей//ФММ, 1994.1.11, вып.5. С.171−180.
- Крюков A.M., Николаев Ю. А., Николаева А. В. Влияние химического состава на радиационное охрупчивание низколегированных сталей// Атомная энергия, 1998. Т.84, № 4. С.366−368.
- Сидоренко О.Г. Влияние взаимодействия радиационных дефектов с примесными элементами малолегированных феррито-перлитных сталей на их радиационное охрупчивание: Дисс. канд. физ.-мат. наук, 01.04.07/ УлГУ. Ульяновск, 2005. 107 с.
- Vishkarev.O, M., Zvezdin, Yu.I., Shamardin, V.K., and Tulyakov, G.A., Radiation Embrittlement of Soviet 1000-MV Pressurized Water Reactor Vessel Steel 15KH2NMFA, Radiation Embrittlement of Nuclear Reactor Pressure Vessel Steels:
- An International Review (Fourth Volume), ASTM STP 1170, Lendell E. Steel, Ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia 1993, pp. 218−226.
- Гликман Е.И., Брувер Р. Э., Сарычев К. Ю. О влиянии углерода на межкристаллитную внутреннюю адсорбцию и межзеренное сцепление в сплавах железо-фосфор //ДАН СССР, 1971. Т.200,№ 5. С.1055−1058.
- Effects of nickel on irradiation embrittlement of light water reactor pressure vessel steels. TECDOC-1441, IAEA, Vienna, IAEA 2005 pp. 45−49.
- Паршин A.M., Неклюдов И. М., Камышанченко H.B. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. Изд-во БГТУ. 1998. 378 с.
- L. Debarberis, N. Taylor, A. Ericsson, et al An integrated view on plant life management// IAEA -CN-92−9. P.513−519.
- Забузов O.O. Красиков E.A., Бачучин И. В., Королев Ю. Н. Радиационно-стимулированое перераспределение примесей в материалах корпусов реакторов современное состояние// Материаловедение, № 9.2001. С. 14−18.
- Шанк Ф. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия. 1973.144 с.
- Flynn С.Р. Atomic Migration in Monatomic Crystals// Phys. Rev., 1968. V.171, № 3. P.682−698.
- Nikolaev Yu.A., Nikolaeva A.V., Kryukov A.M. et al. Irradiation embrittlement and thermal annealing behavior of Cr-Ni-Mo reactor pressure vessel material// J. Nucl. Mater. 266 (1995) pp. 40−51.
- T. J. Williams The effect of nickel, manganese and copper on the irradiation sensitivity of low alloy steel welds, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Volume 81, Issue 8, August 2004, pp. 657−665.
- Николаев B.A., Рыбин B.B., Баданин В. И. О роли примесей в радиационном охрупчивании низколегированной стали// Атомная энергия, 1979. Т. 47, Вып. 1. С. 21−25.
- Steele L. Structure and Composition Effects on Irradiation Sensitivity of Pressure Vessel Steels Irradiation Effects on Structural Alloys for Nuclear Reactor Applications: ASTM STP 484, 1971. P. 164−175.
- Николаев B.A. Радиационное охрупчивание металлов и сплавов. В кн.: Радиационные дефекты в металлических кристаллах. Алма-Ата: Наука, 1978. С. 158−176.
- Николаев В.А., Баданин В.И. В кн.: Радиационные эффекты изменения механических свойств конструкционных материалов и методы их исследования. Киев. Наукова думка, 1977. С. 75.
- Николаев В.А., Баданин В. И. Влияние примесей на охрупчивание ферритно-перлитной стаж при нейтронном облучении и тепловых выдержках// Известия АН СССР. Металлы, 1975. Вып.2. С. 126−132.
- Николаев Ю.А., Николаева А. В., Забусов О. О. и др. Радиационно- и термически индуцированная адсорбция фосфора на границах зерен в низколегированной стали.//ФММ, 1996. Т.81, вып. 1. С. 120−128.
- Gurovich В.A., Kuleshova Е.А., Nikolaev Yu.A., Shtrombakh Yu.I. Assessment of relative contributions from different mechanisms to radiation embrittlement of reactor pressure vessel steels// J. of Nucl. Mater., 1997. V. 246. P. 91−120.
- Николаева A.B., Николаев Ю. А., Кеворкян Ю. Р. Зернограничная сегрегация фосфора в низколегированной стали// Атомная энергия, 2001. Т. 91, № 1. С. 20−27.
- Грузин П.Л., Мураль В. В. Механизм влияния молибдена на процессы отпускной хрупкости стали// Металловедение и термообработка металлов, 1969, № 3. С.70−72.
- Грузин П.Л., Мураль В. В. Влияние легирования на диффузию фосфора в феррите// Физика металлов и металловедение, 1964. Т.17. Вып.З. С. 384−389.
- Грузин П.Л., Жаров Ю. Д., Поликарпов Ю. А. Изучение диффузии в твердых телах методом послойного анализа и интегральной радиоактивности, ГОСИНТИ. Вып. 4, 1962.
- Соловьев С.П., Хмелевская B.C. Механические, коррозионные и радиационные свойства материалов для ядерных энергетических установок. Уч. Пособие по курсу «Материалы ядерных энергетических установок», Обнинск, ИАЭТ, 1991.45 с.
- Odette G.R., Lucas G. Е., Klingensmit D. Irradiation Hardening of Pressure Vessel Steels at 60 °C: The Role of Thermal Neutrons and Born // In: Effects of Radiation on Materials, ASTM STP 1325, 1999. P.87−97.
- Реутов В.Ф. О вкладе нанокластеров/петель в радиационное упрочнение металлов.: Препринт Объединенного института ядерных исследований. Дубна.1. Р15−2002−231.
- Pichon С., Brillaud C., Deydier D., е.а. Neutron Spectrum Effect and Damage Analysis on Pressure Vessel Steel Irradiation// In: Effects of Radiation on Materials, ASTM STP 1366,2000. P.87−97.
- Heinisch H.L. Correlation of mechanical property changes in neutron-irradiated pressure vessel steels on the basis of spectral effects// J. of Nucl. Mater., 1991. V. 178. P. 19−26.
- Hawthorne J.R., Fortner E., Grant S.P. Radiation Resistant Experimental Weld Metals for Advanced Reactor Vessel Steels, Weld. J. Research Supplement, 49, 10, 1970, pp.483.
- Effects of Residual Elements on Predicted Radiation Damage to Reactors Vessel Materials, Regulatory Guide 1.99, Rev. 1, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington D.C., April 1977.
- Radiation Embrittlement of Reactors Vessel Materials, Regulatory Guide 1.99, Rev. 2, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington D.C., May 1998.
- Lida, K. Nuclear Codes and Standards, The First JSME-ASME International Conference on Nuclear Engineering: International Lecture Courses (III), 1991.
- Козлов Д.В. Влияние спектра нейтронного потока на радиационное охрупчивание основного металла и металла сварного шва стали 15Х2НМФАА//
- Новые технологии для энергетики, промышленности и строительства" Сборник рефератов и статей, вып. 7 4.1. Димитровград: ФГУП ГНЦ РФ НИИАР, 2005. С. 134−142.
- Erak D.Yu., Kryukov A.M., Amaev A.D. «Radiation Embrittlement of WWER-1000 Pressure Vessel Materials.» Irradiation Embrittlement and Mitigation. Proceedings of the IAEA Specialists Meeting held in Madrid, Spain, 1999, p.p. 374 — 385.
- Shamardin V.K., Golovanov V.N. «On the prognosis of radiation service life of steel 12Kh2NMFAA» Irradiation Embrittlement and Mitigation, Proceedings of the IAEA Specialists Meeting held in Gloucester, United Kingdom, 2001, p. p. 547 -563.
- Kryukov A., Erak D., Debarberis L., et. al. Extended analysis of WER-1000 surveillance data// Specialist Meeting irradiation embrittlement and mitigation. Gloucester, England, UK, 14−17 May, 2001, IAEA Working Documents IWG-LMNPP-2001, Vienna, Austria.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем/ Под ред. Н. П. Лякишева, М.: Машиностроение, 1997. Т.2.
- Гольдштейн М. И., Фарбер В. М. Дисперсионное упрочнение стали. М., «Металлургия», 1979.208 с. Стр. 128−129.
- Зейтс Ф., Келер. Теория атомных смещений, возникающих в решетке под действием облучения. В сб.: Материалы международной конференции по мирному использованию атомной энергии. М., 1958, т.7, с. 747.
- Трушин Ю.В. К теории радиационных каскадов в твердом теле. Физика металлов и металловедение, 1975, т.40, с. 15.
- Norgett N.J., Robinson М.Т., Torrens I.M., The proposed method of displacement doze rate calculation, -Nucl. Eng. And Design, 1975, 33, p.50−56.
- Lindhard J., Scharff M. Energy Dissipation by Ions in the kev Region. // Phys. Rev., 1961, v. 124, pp.128.
- Lindhard J., Scharff M., and Schiott H. Range Concepts and Heavy Ion Ranges // Mat. Phys., Medd. Dan Vid Selsk., 1971, v. 33, p. 14.
- Doran D. G. Neutron Displacement Cross Sections for Stainless Steel and Tantalum Based on a Lindhard Model // Nucl. Sci. Eng., 1972, v. 49, pp. 130−144.
- Robinson M. T. The Dependence of Radiation Effects on The Primary Recoil Energy // AEC Symp., 1971, ser. 26, pp. 397−425.
- Doran D.G. and Graves N.J. Neutron displacement damage cross-section for structural metals, HFDL-SA 1058, Washington, 1976.
- Averback R. S., Benedek R., Merkle K. L. Ion-irradiation studies of the damage function of copper and silver. // Phys. Rev. B, 1978, v. 18, p. 56−71.
- Wiedersich H. Effects of the primary recoil spectrum on microstructural evolution. J. Nucl. Mater. (1991) 70, p. 179−181.N
- L.R.Greenwood, F.A.Garner, H.L.Heinisch. The impact of spectral effects in fast reactors on data analysis and devolopment of fission-fusion correlations. J. Nucl. Mater. 191−194 (1992) p. 1096−1100.
- H.Wiedersich. Implications of defect clusters formed in cascades on free defect generation and microstructural development//!. Nucl. Mater. 205 (1993) p. 4051.