Способ восстановления физико-механических свойств внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора ввэр-1000



Способ восстановления физико-механических свойств внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора ввэр-1000
Способ восстановления физико-механических свойств внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора ввэр-1000

 

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2557386:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)

Изобретение относится к восстановительной термической обработке узлов водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР) и направлено на повышение ресурса и обеспечение безопасной эксплуатации реакторов ВВЭР-1000. Указанный результат достигается тем, что способ восстановления физико-механических свойств материала внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора после воздействия эксплуатационных факторов включает извлечение внутрикорпусных устройств из корпуса реактора и их последующую термообработку, предусматривающую нагрев, выдержку и охлаждение, при этом нагрев ведут до температуры 975-1025°C, выдержку осуществляют при этой температуре в течение 120-130 ч, а охлаждение ведут на воздухе. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к восстановительной термической обработке узлов водо-водяных энергетических реакторов ВВЭР-1000 и направлено на повышение ресурса и обеспечение безопасной эксплуатации реакторов ВВЭР-1000.

К особенностям эксплуатации материалов внутрикорпусных устройств (ВКУ) реакторов ВВЭР-1000, в первую очередь, выгородки реактора относятся высокие повреждающие дозы до ~120 сна (смещений на атом) и обусловленный поглощением γ-квантов и нейтронов высокий уровень температур в массиве выгородки до ~400°C. Поскольку температуры и повреждающие дозы в сечениях выгородки реактора имеют большие градиенты, возможно возникновение больших внутренних напряжений, обусловленных радиационным распуханием (за счет образования пористости) внутренних объемов материала ВКУ в местах, где реализуются наиболее благоприятные для распухания условия. Деформации материала ВКУ на участках, прилегающих к указанным объемам распухающего материала, будут растягивающими и могут достигать нескольких процентов. Поскольку внешняя поверхность ВКУ контактирует с водным теплоносителем высоких параметров, указанные деформации могут приводить к растрескиванию и значительным разрушениям ВКУ вследствие межкристаллитного коррозионного растрескивания под напряжением. Такие эффекты могут вызывать необходимость преждевременного вывода из эксплуатации соответствующих ядерных реакторов. В этой связи для продления срока службы ядерных энергетических реакторов, например реакторов типа ВВЭР-1000 необходимо проведение восстановительного отжига, приводящего к возможно более полному возврату распухания и других характеристик структурного состояния, а также к возврату физико-механических свойств материала ВКУ и к частичному или полному исчезновению напряжений и деформаций, обусловленных особенностями радиационно-индуцированных изменений локальных объемов материала.

При облучении в указанных условиях в сталях аустенитного класса и, в частности, в стали внутрикорпусных устройств - Х18Н10Т происходит образование дислокационных петель, пор, размеры и плотность которых зависят от дозы и температуры облучения, и выделение вторичных фаз (G-фазы, α-феррита). Кроме того, воздействие облучения обуславливает перераспределение содержания химических элементов по границам зерен, что проявляется в уменьшении концентрации хрома и увеличении концентрации никеля на границах зерен и в прилегающей к границе области матрицы. Подобные изменения структуры приводят не только к изменениям механических свойств (предела текучести, трещиностойкости и т.д.), но и к повышению склонности стали к межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением (МК КР) при контакте с водным теплоносителем.

Известен способ восстановления физико-механических свойств металла корпусов энергетических реакторов ВВЭР-1000 после воздействия эксплуатационных факторов (RU 2396361 [2]). Способ включает теплоизоляцию наружной стенки корпуса, размещение нагревателей внутри корпуса, нагрев стенки корпуса со стороны внутренней поверхности, выдержку и охлаждение, при этом нагрев ведут до температуры 400-580°C со скоростью не более 20 град/ч, выдержку осуществляют в течение 100-150 часов при градиенте температур между наружной и внутренней поверхностями корпуса не более 15-20°C, охлаждение ведут со скоростью не более 20 град/ч до температуры 300°C и со скоростью не более 30 град/ч до температуры 100°C и далее с выключенными нагревателями. Однако, как показали эксперименты по применению этого способа для восстановления физико-механических свойств металла внутрикорпусных устройств (ВКУ), он не позволил обеспечить возврат структуры и механических свойств до уровня, близкого к исходному состоянию.

Известен способ восстановления технологических трубопроводов из аустенитных сталей, направленный на повышение ресурса технологических трубопроводов из аустенитных сталей (RU 2364485 [3]). Известный способ включает термическую обработку путем нагрева до заданной температуры, выдержку при этой температуре и охлаждение. При этом сначала осуществляют резку трубопровода на секции, затем проводят термическую обработку каждой секции в печи, причем нагрев каждой секции осуществляют до температуры аустенизации. Недостатком известного способа является то, что он не применим к термообработке ВКУ, поскольку нарушает целостность изделий, а также вследствие различий в условиях эксплуатации. Соответственно, известный способ не позволил обеспечить возврат структуры и механических свойств ВКУ до уровня, близкого к исходному состоянию.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является известный способ восстановления физико-механических свойств металлов, которые используются в ядерных реакторах, учитывающий особенности условий эксплуатации ВКУ - высокие температуры и повреждающие дозы, приводящие к возникновению больших внутренних напряжений, обусловленных радиационным распуханием внутренних объемов материала ВКУ - оболочки твэлов, воздуховодов, а также других частей, таких как тяги управления и оболочки поглотителей ядерных реакторов (US 4421572 [4]). Способ предусматривает термическую обработку, включающую отжиг. В частности, температура отжига находится в интервале между 1010°C и 1038°C, а время отжига находится в интервале между 90 и 60 секундами. Однако данный способ применяется для обработки ВКУ перед началом ввода их в эксплуатацию и обеспечивает повышение устойчивости ВКУ к распуханию, вызванному воздействием эксплуатационных факторов, и не применим для восстановления физико-механических свойств металлов, уже подвергшихся такому воздействию.

Заявляемый способ восстановления физико-механических свойств внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-1000 направлен на продление ресурса работы узлов водо-водяных энергетических реакторов.

Указанный результат достигается тем, что способ восстановления структуры и физико-механических свойств внутрикорпусных устройств энергетического реактора ВВЭР-1000 после воздействия эксплуатационных факторов включает извлечение внутрикорпусных устройств из корпуса реактора и их последующую термообработку, предусматривающую нагрев, выдержку и охлаждение, при этом нагрев ведут до температуры 975-1025°C, выдержку осуществляют при этой температуре в течение 120-130 ч, а охлаждение ведут на воздухе.

В основе указанного способа лежат следующие обстоятельства. Показано, что облучение стали ВКУ - Х18Н10Т в условиях, близких к условиям облучения материала ВКУ реакторов ВВЭР-1000 (в тех локальных объемов материала выгородки ВКУ, где реализуются наиболее благоприятные условия для радиационного распухания) может сопровождаться значительным распуханием ~8-10%, появлением новых фаз, например, G-фазы, γ→α-превращением. Это, в свою очередь, сопровождается повышением в несколько раз предела текучести и сильным снижением пластичности и трещиностойкости. Кроме того, происходит заметное повышение склонности материала к межкристаллитному коррозионному растрескиванию (МК КР) при контакте с водным теплоносителем. По мере облучения материала выгородки ВКУ, зоны распухания материала растут и распространяются как в направлении центра активной зоны, так и в тангенциальном и аксиальном направлениях. Этот процесс сопровождается ростом деформаций и напряжений у соответствующих участков вблизи внутренней поверхности выгородки, что может при неблагоприятном стечении обстоятельств приводить к ее значительным разрушениям. Главный фактор, являющийся движущей силой возможных разрушений, - это распухание локальных объемов материала в местах, где реализуются наиболее благоприятные условия для распухания, что в конечном итоге приводит к появлению деформаций и растягивающих напряжений. Поэтому в качестве компенсирующего мероприятия предлагается восстановительный отжиг. Эксперименты показали, что при температурах отжига ~700-800°C наблюдается восстановление физико-механических свойств - предела текучести, пластичности, трещиностойкости. Однако значимый возврат распухания наблюдается при более высоких температурах отжига ~1000°C. При этом полный возврат распухания не происходит даже при температурах отжига 1100°C (см. табл. 1).

Дозовые зависимости распухания аустенитных нержавеющих сталей, в том числе и стали Х18Н10Т, имеют характерный вид, показанный на фиг. 1. Для них характерны 3 стадии: инкубационный период - когда распухание отсутствует; стадия начального - неустановившегося распухания; стадия установившегося распухания, при которой величина распухания линейно зависит от дозы и распухание происходит с наибольшей скоростью. При этом для аустенитной стали Х18Н10Т, как и для многих других, установившаяся стадия распухания начинается при достижении значений распухания более ~1,5-2%. Поэтому с практической точки зрения представляет интерес такой режим восстановительного отжига, который обеспечивает снижение распухания примерно до ~0,01-0,005% и при размере пор, сопоставимом с размерами пор, наблюдавшимися после первичного до отжига облучения. В этом случае при повторном после отжига облучении распухание, равное 8-10%, будет наблюдаться при достижении дозы ~30-60 сна, что соответствует ~15-30 годам эксплуатации после отжига и сопоставимо с ожидаемым ресурсом реакторов ВВЭР-1000 - 60 лет. В случае если после используемых режимов восстановительного отжига остаточное распухание составляет величины ~1,%-2%, то достижение критических значений распухания (~8-10%), при которых наблюдается резкое снижение эксплуатационных свойств, при повторном после отжига облучении будет происходить значительно быстрее - за ~5-8 лет эксплуатации и не обеспечит продление суммарного срока службы до 60 лет. Указанные соображения наглядно показывают, почему отжиг при температуре 700-800°C, обеспечивающей практически полный возврат физико-механических свойств, не представляет большого интереса с экономической точки зрения.

В таблице 1 показано изменение распухания после отжига при различных режимах.

Видно, что по мере повышения температуры отжига процент распухания снижается и при температуре ~1000°C и выдержке 120-130 ч достигает минимальных значений, характерных для начальной стадии распухания. Следует отметить, что при данной температуре отжига, кроме существенного уменьшения пористости, также наблюдается практически полный возврат структурного состояния: растворение избыточных радиационно-индуцированных фаз, исчезновение радиационных дефектов - дислокационных петель. Возврат структурного состояния приводит и к восстановлению механических свойств материала.

Таким образом, показано, что оптимальным режимом восстановительного отжига является 1000±25°C в течение 120-130 ч. При более низкой температуре невозможно добиться полного восстановления физико-механических свойств материала, а следовательно, нельзя рассчитывать на значительное увеличение ресурса ВКУ.

Более высокая температура восстановительного отжига нежелательна из-за осложнений технологического и экономического характеров.

Способ реализуется следующим образом.

Отработавшее свой ресурс ВКУ водо-водяного энергетического реактора после воздействия эксплуатационных факторов извлекается из корпуса реактора и подвергается нагреву до температуры 975-1025°C. При этой температуре осуществляют выдержку в течение 120-130 ч, а затем ведут охлаждение на воздухе.

Способ восстановления физико-механических свойств материала внутрикорпусных устройств водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-1000 после воздействия эксплуатационных факторов, включающий извлечение внутрикорпусных устройств из корпуса реактора и их последующую термообработку путем нагрева, выдержки и охлаждения, при этом нагрев ведут до температуры 975-1025°C, выдержку осуществляют при этой температуре в течение 120-130 ч, а охлаждение ведут на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу термообработки металлического полосового материала для получения полосового материала, имеющего механические свойства, которые различаются по ширине полосы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам поверхностного упрочнения с получением закалочных структур. Для повышения износостойкости деталей машин из закаливаемых металлов, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, и создания на поверхности детали полностью или частично закаленного поверхностного слоя с однородными свойствами по его толщине инструментом в виде резца, имеющим режущую и деформирующую кромки послойно подрезают поверхностный слой детали с сохранением его механической связи с деталью по своей узкой стороне, при этом пластически деформируют подрезанные слои рабочими поверхностями инструмента, после чего подрезанные слои укладывают на деталь деформирующей кромкой инструмента.

Изобретение относится к способам установления возможности термического совмещения различных конструкционных сталей в плакированных изделиях и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, в проектных и научно-исследовательских организациях при проектировании и изготовлении энергетического оборудования.

Изобретение относится к способам термообработки рабочей поверхности головки рельса для упрочнения рабочих поверхностей путем поверхностной электроконтактной термообработки.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения резьбовых преимущественно длинномерных изделий, и может быть использовано для упрочнения метрической резьбы в изделиях, работающих при повышенных нагрузках.

Изобретение относится к области термомеханической обработки сортового горячекатаного калиброванного проката. Для достижения высоких прочностных и пластических характеристик по всему сечению и длине проката осуществляют отжиг калиброванного проката при 770-790°С в течение 3-4 часов, охлаждение с печью до 660-680°С, выдержку 3-4 часа, охлаждение с печью до температуры 140-150°С с выдержкой 1-2 часа, дальнейшее охлаждение на воздухе, первичное волочение со степенью обжатия 17-19%, нагрев в печи с контролируемой атмосферой, патентирование при 440-460°С, вторичное волочение со степенью обжатия 4-5%.

Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов из низкоуглеродистой стали.

Изобретение относится к производству текстурированных листов из электротехнической стали, в частности к сепаратору отжига. Сепаратор отжига имеет следующий состав, мас.%: порошок Al2O3 - 77-98, порошок оксида щелочноземельного металла - 1-8, хлорид щелочного металла и/или хлорид щелочноземельного металла - 1-15.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения поверхностной твердости деталей без нарушения качества поверхности деталь подвергают ультразвуковому воздействию в емкости с жидкой средой с помещенным в ней источником акустического излучения с частотой акустических колебаний fрц 20-30 кГц в течение τ=30-45 минут с амплитудой колебательных смещений ξ=7-40 мкм.
Изобретение относится к области термической обработки и может найти применение в машиностроении. Для повышения качества поверхности деталей благодаря повышению эффективности действия титана по раскислению расплава, особенно качества поверхности острых кромок инструмента с сохранением их высокой твердости, осуществляют погружение инструмента в расплав соли, нагревают его до температуры термообработки и затем охлаждают, при этом расплав соли в ванне раскисляют титаном.

Изобретение может быть использовано при восстановительном ремонте лопаток газотурбинных двигателей, а также других подобных деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов.

Изобретение может быть использовано для нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность деталей почвообрабатывающих машин, имеющую форму косого клина с использованием сварки плавлением.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении трущихся сопряжений двигателя внутреннего сгорания дизель-генераторной установки (ДВС ДГУ) локомотива.
Способ заключается в снятии с буксового проема рамы тележки из низкоуглеродистой стали изношенного буксового наличника и в закреплении приваркой в буксовом проеме рамы тележки нового замещающего буксового наличника с рабочей поверхностью из высокоуглеродистой стали.
Изобретение относится к области ремонта деталей машин и может быть использовано на ремонтно-технических предприятиях, машинно-технологических станциях, в мастерских хозяйства для восстановления постелей коренных опор блоков двигателей внутреннего сгорания.

Устройство для восстановления центровых отверстий осей предназначено для колесных пар подвижного состава. На корпусе устройства смонтированы приводы вращения, подачи и кулачковый патрон, в котором подвижно установлен шпиндель с закрепленным на нем режущим инструментом.

Изобретение касается способа изготовления металлической детали усиления (30) передней или задней кромки лопатки (10) турбомашины. Способ включает последовательно выполняемые этап изготовления нескольких элементов (30a, 30b, 30c, 30d) с сечением V-образной формы, образующих различные секторы детали усиления (30), распределенные между ее ножкой (32) и вершиной (34), этап позиционирования упомянутых секторов на приспособлении (40), воспроизводящем форму передней или задней кромки лопатки турбомашины, этап соединения секторов для образования полного профиля металлической детали усиления (30) с рекомбинацией различных секторов.

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы на предприятиях при ремонте и восстановлении поршневой группы ДВС автомобилей, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин.

Изобретение относится к спорту, в частности к мастерским клюшкам для игры в хоккей с шайбой, и может быть использовано при ремонте полых клюшек. Способ включает подготовку ремонтируемых частей черенка в области ремонта вставки, выполненной с использованием ткани на основе углеродных волокон, совмещение торцов ремонтируемых частей упомянутого черенка и размещение подготовленного черенка в зажимном устройстве.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при ремонте деталей горячего тракта газовой турбины авиационных, корабельных и энергетических газотурбинных двигателей, например сопловых лопаток, изготовленных из никелевых и кобальтовых сплавов в виде многоблочной конструкции.

При ремонте фланца картера турбомашины, содержащего отверстие для болта крепления оборудования и выполненного из материала, не поддающегося сварке, выполняют зенкованное углубление во фланце вокруг отверстия для прохождения болта. Затем анодируют дно зенкованного углубления, размещают шайбу в зенкованном углублении и закрепляют шайбу на фланце при помощи клея. Другое изобретение группы относится к картеру турбомашины, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель самолета, выполненному из алюминия, стали или композитного материала и содержащему кольцевой фланец с отверстием для болта. Кольцевой фланец отремонтирован по указанному выше способу, а отверстие для прохождения болта выходит в зенкованное углубление, в котором приклеена шайба. Группа изобретений позволяет упростить ремонт фланца турбомашины, выполненного из материала, не поддающегося сварке. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх