Общие требования к выбору конструкционных материалов
При выборе конструкционных материалов для оборудования (РУ) ВВЭР проводится детальный анализ условий их работы в составе РУ, включая нагруженность материала с учетом концентрации напряжений, цикличность нагружения, химический состав рабочей среды, нестационарные температурные режимы, динамические нагрузки и т.д.
Выбор конструкционных материалов производится в соответствии с техническими требованиями разработчика проекта оборудования. При выборе материалов необходимо учитывать технологию производства оборудования, начиная с металлургического процесса (выплавка, ковка, термообработка), сварки, наплавки. При выборе материалов определяется программа контроля качества полуфабрикатов и готовой продукции, включая определение химического состава и механических характеристик материала. Применение конструкционных материалов основывается на обеспечении требований к прочности, технологичности и стойкости к воздействию эксплуатационных факторов.
Материалы, используемые для изготовления оборудования и трубопроводов РУ ВВЭР, должны быть аттестованы в Госатомнадзоре России в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» ПНАЭ Г-7-008-89.
Для всех материалов должны быть указаны:
- общие сведения;
- физико-механические свойства;
- характеристики сопротивления хрупкому разрушению;
- характеристики циклической прочности;
- характеристики длительной прочности и ползучести;
- характеристика коррозионной стойкости.
Указанная информация частично содержится в Приложениях «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» ПНАЭ Г-7-002-86 и представляется в технических условиях на поставку материалов в виде гарантируемых характеристик механических свойств.
Материалы для корпусов реакторов ВВЭР
Наиболее ответственным компонентов реакторной установки ВВЭР является корпус реактора. Это связано с особыми характеристиками конструкции корпусов ВВЭР (крупногабаритные толстостенные сварные сосуды с внутренним диаметром до 5 м и высотой до 12 м), условиями нагружения (давление среды до 180 кг/см2, температура до 300 °С), а главное — интенсивное нейтронное облучение: суммарный поток нейтронов с энергией i 0,5 МэВ на стенку корпуса за проектный срок службы 40 лет достигает 5,8 10 в степени 19 н/см для ВВЭР-1000 и 2,4 10 в степени 20 н/см2 для ВВЭР-440.
Корпуса ВВЭР изготавливаются из кольцевых поковок и эллиптических днищ, свариваемых между собой, отсутствие продольных швов обеспечивает высокую надежность в эксплуатации.
Главным требованием к материалам корпусов является обеспечение высоких значений вязкости в исходном состоянии, сохранение их на достаточном уровне до конца проектного срока службы. Снижение вязкости (охрупчивание) может происходить в результате длительного воздействия рабочих температур (тепловое охрупчивание) и циклических нагружении, но наибольшую опасность представляет радиационное охрупчивание, поэтому устойчивость стали против охрупчивания при нейтронном облучении (радиационная стойкость) является важной характеристикой, в значительной степени определяющей срок службы корпуса реактора.
Для корпусов ВВЭР разработаны и применяются свариваемые стали композиций Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V.
Сталь композиции Cr-Mo-V марок 15Х2МФА и 15Х2МФА-А обладает наиболее высоким сопротивлением радиационному и тепловому охрупчиванию среди отечественных и зарубежных сталей такого же назначения, что определяет высокий запас эксплуатационной стабильности. Однако применение ее для толстостенных корпусных элементов реакторов большой мощности типа ВВЭР-1000 ограничено недостаточным уровнем прокаливаемости и прочности (Rp0.2 при 350 °С i 396 МПа). В связи с этим для реакторов ВВЭР-1000 была разработана сталь композиции Cr-Ni-Mo-V марок 15Х2НМФА (15Х2НМФА-А) с более высокой прокаливаемостью в толщинах до 650мм и более высокими по сравнению со сталью 15Х2МФА (15Х2МФА-А) прочностными свойствами (при 350°С Rp0.2 > 441 МПа, Rm > 539 МПа) и высоким уровнем вязкости разрушения. Однако сталь марки 15Х2НМФА-А из-за большого содержания никеля (1,5%) уступает стали марки 15Х2МФА-А по радиационной стойкости и по чувствительности к тепловому охрупчиванию, хотя и не уступает по этим характеристикам зарубежным корпусным сталям композиций Mn-Ni-Mo (А-533, А-508 кл.З).
Исследованиями было установлено отрицательное влияние никеля на радиационную стойкость. Поэтому для корпусов ВВЭР-1000, изготавливаемых начиная с 2000 года, максимальное содержание никеля в стали марки 15Х2НМФА-А, применяемой для обечаек активной зоны, подвергаемых интенсивному облучению, было снижено с 1,5% до 1,3%.
Характеристики корпусных сталей представлены в таблицах, приведенных ниже.
Химический состав сталей для корпусов реакторов ВВЭР.
При выборе материалов для ремонта и изготовления подогревателей низкого давления (ПНД) требуется подобрать материал удовлетворяющий требованиям и нормативам. Безнапорные трубы ПНД от надежного производителя будут оптимальным выбором.