Разработка и исследование 2-3% хромистых теплостойких вольфрамо-ванадиевых сталей с быстрым спадом наведенной радиоактивности Клепиков Евгений Юрьевич

Введение к работе

Одной из основных задач в атомной энергетике является строительство и безопасная эксплуатация реакторов, охлаждаемых водой под давлением (ВВЭР). Эксплуатационный срок службы реакторов такого типа составляет 40 лет. В настоящее время срок службы эксплуатируемых реакторов водо-водяного типа первого поколения, построенных в конце 50^х -начале 60^х годов заканчивается. Становится актуальной проблема утилизации корпусов реакторов, отработавших свой срок. Серьезным препятствием на этом пути является высокий уровень наведенной радиоактивности корпусов реакторов и медленный спад ее во времени. Так, для применяемых в настоящее время сталей время спада наведенной радиоактивности до безопасного уровня превышает 1000 лет. В связи с этим в последние годы в России и за рубежом разрабатывается новый класс сталей, характеризующийся быстрым спадом наведенной радиоактивности после нейтронного облучения. В США, Японии и странах Западной Европы большое внимание уделяют изучению 9% хромистых сталей мартенситного класса, которые разрабатывают там применительно к конструкциям опытного термоядерного реактора синтеза.

В России впервые в мире начата разработка сталей бейннтного класса для корпусов атомных реакторов деления, обладающих быстрым спадом наведенной радиоактивности. В качестве прототипа выбрана сталь 15Х2МФА, хорошо зарекомендовавшая себя в многолетней практике производства и эксплуатации корпусов реакторов ВВЭР-440, обладающая высокой технологичностью, свариваемостью, радиационной и коррозионной стойкостью. Для создания на базе этой стали материала, обладающего быстрым спадом наведенной радиоактивности, необходимо радикально уменьшить содержание примесей, образующих под нейтронным облучением долгоживущне (потопы (никель, кобальт, ниооии и т. д.]. Кроме того, надо заменить основной легирующий элемент- молибден вольфрамом, поскольку

последний, являясь металлургическим аналогом молибдена, не образует долгоживущих изотопов при воздействии на него нейтронного облучения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать и исследовать радиационностойкую сталь,
обладающую быстрым спадом наведенной радиоактивности и
предназначенную для использования в качестве конструкционного материала
реакторов деления водо-водяного типа. Провести сравнительный анализ
кинетики фазовых превращений, структуры, механических свойств после
различных термических обработок, а также влияния облучения на
радиационное охрупчивание и упрочнение разработанной стали 15Х2В2ФА
и стали-прототипа 15Х2МФА. ,

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Сформулировать требования к химическому составу стали, обладающей быстрым спадом наведенной радиоактивности:

2. Изучить влияние замещения молибдена вольфрамом на структуру, . фазовый состав, кинетику превращений, а также на механические свойства стали после различных термических обработок.

3. Выяснить, как подобное изменение легирования скажется на радиационном упрочнении и охрупчивании стали при облучении нейтронами в температурном интервале, соответствующем условиям эксплуатации.

4. Сформулированы и обоснованы требования к химическому составу стали бейнитного класса, обладающей быстрым спадом наведенной . радиоактивности и разработанной на базе широко применяемой, радиационностойкой, технологичной стали 15Х2МФА.

5. Проведено комплексное исследование кинетики фазовых превращений, металлографической и тонкой структуры и механических свойств разработанной стали бейнитного класса 15Х2В2ФА в широком интервале скоростей охлаждения от 6500 до 1,5"С/мин (от 108,3 до 0,025С/с)

и при различных температурах аустенизации 1000 и 1050 С, а также исследовано влияния различных режимов отпуска на структуру и механические свойства стали 15Х2В2ФА.

3. Показано, что замещение в эквиатомном соотношении молибдена вольфрамом приводит к изменениям кинетики фазовых превращений аустенита, количественного соотношения структурных составляющих при заданных скоростях охлаждения, радиационной стойкое і и.

4. Впервые проведено нейтронное облучение и установлено его влияние на механические свойства новой стали 15Х2В2ФА.

5. Впервые установлено увеличение сопротивления радиационному охрупчиванию после флюенса 0,4x10^мн/м² при температуре облучения 270"С при замещении молибдена вольфрамом в конструкционной стали 15Х2МФА.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Сталь бейнитного класса типа І5Х2В2ФА разрабатывается в качестве конструкционного материала для атомных энергетических установок нового поколения. Применение этого материала позволит резко повысить экологическую безопасность после выработки корпусом срока эксплуатации, так как резко сократится время спада наведенной радиоактивности. Это позволит снизить затраты на утилизацию снятых с эксплуатации атомных энергетических установок

Кроме того в работе показано, что замещение молибдена вольфрамом в сталях бейнитного класса слабо сказывается на структуре и механических свойствах, но существенно проявляется в усилении радиационной стойкости при облучении нейтронами при температуре 270"С. Это может быть использовано при разработке вольфрамсодержащих сталей, обладающих помимо очевидных экологических преимуществ, еще и большим ресурсом работоспособности, в качестве конструкционного материала для корпусов атомных энергетических установок будущего.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались и обсуждались на следующих научно-

технических конференциях: Международная конференция "Радиоактивные отходы. Храпение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду", 14-18 октября 1996 г., г. Санкт-Петербург; Международная конференция "Материаповедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС", 19-26 нюня 1998 г., г. Санкт-Петербург, XV Уральская Школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", 14-18 февраля 2000 г., г. Екатеринбург.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы отражено в 5 научных публикациях. По результатам работы подана заявка на выдачу патента.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, постановки задачи, шести глав, выводов и приложений. Работа изложена на 185 стр., включая 26 рисунков и 8 таблиц. Список использованной литературы содержит 119 наименований. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, показана практическая ценность исследований.