"Разработка режимов термодеформационной и термической обработки для формирования структуры и свойств заготовки выгородки атомного реактора из аустенитной стали 10Х16Н25М2Т" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Цветков Антон Сергеевич

• Цветков Антон Сергеевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Цветков Антон Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ХРОМО-НИКЕЛЕВЫЕ АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ, ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛУ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗАГОТОВОК

1.1. Конструкция выгородки ВВЭР, условия ее эксплуатации и влияние облучения на хромоникелевые аустенитные стали

1.1.1. Условия эксплуатации внутрикорпусной выгородки

1.1.2. Влияние облучения на хромоникелевые аустенитные стали

1.2. Требования к материалу заготовок колец выгородки

1.3. Основные аспекты, влияющие на однородность свойств и качество металла промышленных крупногабаритных заготовок из аустенитных сталей для BKУ

1.3.1. Ликвационная неоднородность в крупном слитке

1.3.2. Зеренная структура поковки из аустенитной стали и ее формирование при ковке

1.3.3. Термическая обработка заготовок из аустенитной стали

1.4. Применение математического моделирования при разработке

технологических процессов изготовлении крупногабаритных заготовок

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ И ССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Материал для исследований

2.2. Программа и методы экспериментальных исследований

2.2.1. Исследование дендритной и ликвационной неоднородности литого металла

опытной стали

2.2.1.1. Исследование дендритной неоднородности слитка массой 500 кг

из опытной стали

2.2.1.2 Исследование ликвационной неоднородности литого металла опытной стали методом РСМА

2.2.1.3 Исследование ликвационной неоднородности методом измерения микротвердости

2.2.2. Исследование условий протекания ДР и анализ полученных результатов

2.2.3. Исследование влияния параметров термической обработки на структуру и свойства опытной и применяемой стали

2.2.4. Определение среднего номера зерна с использованием системы анализа изображений

2.3. Построение карт структурообразующих процессов при ковке

2.4. Теоретическая база системного моделирования диффузионных процессов

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕНДРИТНОЙ И ЛИКВАЦИОННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ЛИТОЙ СТРУКТУРЫ ОПЫТНОЙ СТАЛИ И ЕЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

3.1. Исследование дендритной неоднородности слитка массой 500 кг

3.2. Исследование влияния продолжительности гомогенизирующего отжига на ликвационную неоднородность литой структуры опытной стали

3.2.1. Исследование микроструктуры литого металла после различных режимов гомогенизирующего отжига

3.2.2. Исследование ликвационной неоднородности литой структуры опытной стали после различных режимов гомогенизирующего отжига методом РСМА

3.2.3. Исследование ликвационной неоднородности литой структуры опытной

стали после различных режимов гомогенизирующего отжига методом измерения

микротвердости

3.3. Системное моделирование формирования локальной дендритной и ликвационной неоднородности в литом металле опытной стали

3.3.1. Макромасштабное моделирование затвердевания слитка

3.3.2. Мезомасштабное моделирование формирования дендритной неоднородности в слитках массой 500 кг и 63,7 т

3.3.3. Микромасштабное моделирование ликвационной неоднородности

3.3.4. Определение продолжительности гомогенизирующего отжига слитка

массой 63,7 т из опытной стали на этапе его нагрева под ковку

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ КОВКИ НА ПРОЦЕССЫ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЮ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРЫ

4.1. Влияние температуры и скорости деформирования опытной стали на степень пороговой деформации и изменение среднего размера зерна

4.2. Построение карт структурного состояния опытной стали

4.3. Сопоставление условий протекания ДР в опытной и применяемой стали при термодеформационных параметрах, характерных для ковки

на гидравличе ском прессе

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАКАЛКИ ЗАГОТОВКИ ИЗ ОПЫТНОЙ СТАЛИ

5.1. Исследование механических свойств и определение среднего размера зерна после различных режимов закалки опытной стали

5.2. Сравнительный анализ влияния температуры и продолжительности выдержки при закалке на размер зерна и механические свойства опытной

и применяемой марок стали

5.3. Математическое моделирование нагрева заготовки под закалку и определение

времени полного прогрева заготовки

Выводы по главе

ГЛАВА 6. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВОЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК И ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО И ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТОВ ОТ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

149

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «"Разработка режимов термодеформационной и термической обработки для формирования структуры и свойств заготовки выгородки атомного реактора из аустенитной стали 10Х16Н25М2Т"»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Развитие атомной энергетики в России, базирующейся на водо-водяных энepгeтичecкиx реакторах (BBЭP), в настоящее время идет по пути создания реакторных установок ^У) с более высокой мощностью по сравнению с существующими (ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200). Последней разработкой в этом направлении является РУ ВВЭР-ТОИ (ВВЭР-1300) с мощностью энергоблока 1255 МВт и сроком службы 60 лет. Неизбежным следствием этого является усиление эффекта радиационного и теплового охрупчивания материалов внутрикорпусных устройств (BKУ) и корпуса реактора

Для изготовления ^ ВВЭР-ТОИ применяется улучшенная радиационно-стойкая сталь марки 15Х2МФА-А мод. А, разработанная в ЦНИИ КМ «Прометей» [1]. Данная легирующая композиция имеет более высокий уровень сопротивления к радиационному и тепловому охрупчиванию среди корпусных сталей для заготовок атомных реакторов [2]. Высокая радиационная стойкость стали, а также уникальное сочетание прочности и сопротивления хрупкому разрушению металла крупногабаритных заготовок из этой стали [3, 4], обеспечиваемые помимо химического состава, благодаря разработанным металлургическим технологиям изготовления [5-8], гарантируют безопасную эксплуатацию ^ новых проектов в течение всего назначенного срока службы и за его пределами.

Условия эксплуатации элементов BKУ существенно отличаются от условий эксплуатац ии BKУ служат для размещения и обеспечения движения органов системы защиты и управления, разделения потоков теплоносителя, снижения потока нейтронов на корпус реактора и т.п. [9, 10].

BKУ реактора, также как и являются незаменяемыми элементами реакторной установки. В процессе эксплуатации ВКУ испытывают механические

и гидродинамические (от потока теплоносителя) нагрузки, температурное и радиационное воздействие. Срок службы ВКУ должен быть не меньше, чем КР.

При обосновании срока службы ВКУ установлено, что с точки зрения срока эксплуатации выгородка представляет собой критический элемент, так как имеет большую температуру из-за у-разогрева в результате облучения и испытывает наибольшие радиационные нагрузки [10, 11].

Элементы выгородки подвергаются неоднородному нейтронному облучению по высоте и толщине стенки. Неоднородность дозы и у-разогрев внутренних слоев выгородки приводит к возникновению распределения распухания и температуры по ее объему, что, в свою очередь, инициирует внутренние напряжения. Эти факторы в итоге приводят к формоизменению выгородки, а в предельном случае, к контакту с тепловыделяющими сборками (ТВС) и нарушению движения теплоносителя [11].

Для производства внутрикорпусной выгородки ВВЭР в настоящее время применяются кованые заготовки из стали марки 08Х18Н10Т, изготавливаемые из слитков массой 63,7 т. Учитывая высокое сопротивление хрупкому разрушению аустенитной стали в исходном необлученном состоянии, а также низкие действующие механические напряжения, долгое время считалось, что элементы ВКУ, изготовленные из стали марки 08Х18Н10Т, весьма долговечны и с точки зрения материала гарантированно обеспечивают работоспособность изделий в течение всего срока службы. Однако исследования физико-механических свойств и служебных характеристик облученных аустенитных сталей, проведенные за последние несколько десятилетий Карзовым Г.П., Марголиным Б.З., Пиминовым В.А., Гарнером Ф.А., Неустроевым В.С. и многими другими [10-18], а также случаи повреждения ВКУ зарубежных атомных энергетических станций, показали, что под влиянием нейтронного облучения используемые стали композиции 18-10 сильно деградируют (происходит снижение пластичности и трещиностойкости [17-20], возникновение и рост радиационного распухания [21 -25]), что может привести к значительному снижению их работоспособности и ресурса.

Одними из основных причин возможного нарушения работоспособности внутрикорпусной выгородки являются достижение критического формоизменения и резкое снижение пластичности и трещиностойкости материала вследствие протекания у^-а превращения в областях матрицы, обедненных никелем.

При реалистичном прогнозе ресурс выгородки ВВЭР-ТОИ, как и корпуса реактора, составляет 60 лет, а при консервативном прогнозе (по критерию радиационного распухания и охрупчивания) ее ресурс может быть обеспечен только с проведением компенсирующих мероприятий. В связи с вышесказанным, госкорпорацией «Росатом» было решено начать работу по созданию новой радиационно-стойкой аустенитной марки стали для ВКУ новых реакторов увеличенной мощности и срока службы (Решение совместного заседания НТС №1 «Ядерные энергетические установки и атомные станции» Госкорпорации «Росатом» и НТС ОАО «Концерн Росэнергоатом» от 29 октября 2014 г.). В соответствии с этим решением НИЦ «Курчатовский институт» -ЦНИИ КМ «Прометей» провел разработку новой марки стали для BKУ (Патент на изобретение RU 2703318 С1 [26]). Базовая химическая композиция новой стали содержит 16 % хрома, 20 ^ 25 % никеля, молибден и титан. Увеличение содержания никеля в новой марке стали (по сравнению с применяемой сталью марки 08X18H10T) обусловлено потребностью устранения обеднения матрицы материала никелем вследствие облучения, результатом чего и является протекание частичного у^-а- превращения, и охрупчивание материала [26-28].

Комплекс материаловедческих изысканий включал в себя задачу создания промышленной технологии изготовления заготовок с использованием гидравлического пресса из новой радиационно-стойкой аустенитной стали, обеспечивающую однородность металла по химическому составу, требуемые свойства и зеренную структуру (средний размер зерна по ГОСТ 5639 [29] не должен превышать G3).

Получение заготовок требуемого качества осложняется недостаточным уровнем управляемости структурой и свойствами при производстве крупногабаритных поковок из аустенитной стали, изготавливаемых методом

свободной ковки. Повышенное содержание никеля в стали увеличивает сопротивление деформированию, что изменяет температурно-деформационные условия, при которых достигается измельчение зерна при ковке и обеспечивается получение требуемой бездефектной конфигурации поковки.

Одной из важных задач по формированию однородного по химическому составу металла является снижение ликвационной неоднородности в слитке, возникающей в процессе его неравновесной кристаллизации. Подробные исследования в этом направлении были выполнены Голиковым И.Н., Флемингсом M. и другими [30-33]. Для снижения ликвационной неоднородности в слитке применяется диффузионный отжиг (гомогенизация). При следующих операциях ковки металл крупногабаритной заготовки подвергается многократным высокотемпературным нагревам с деформациями, что также способствует повышению химической и структурной однородности металла. Данная задача обусловлена тем, что при эксплуатации под воздействием нейтронного облучения ликвационная неоднородность сохраняется в готовом металле и после ковки. Это может привести к появлению участков, в которых вероятно протекание частичного у^-а превращения, вызывающего охрупчивание материала и снижение прочностных характеристик. Кроме ликвационной неоднородности к снижению физико-механических характеристик может привести разнозернистость структуры и крупный размер зерна.

Размер зерна заготовки из аустенитной стали формируется при термодеформационной обработке (в данном случае - ковке) в результате протекания рекристаллизации. Первые работы по рекристаллизации среди отечественных ученых были сделаны Гореликом C.C., Бочваром A.A., Савицким E.M. [34, 35]. Законы, описывающие поведение материалов в процессе рекристаллизации, также были описаны Хесснером Ф., Берком E., Тернболом Д. и другими авторами [36-38]. В настоящее время такие исследования выполняются многими зарубежными и отечественными учеными [39-42] и широко применяются при разработке технологий, например горячей прокатки. Однако, исследования рекристаллизации посредством термодеформационных испытаний не нашли

достаточного распространения при разработке технологии свободной ковки толстостенных заготовок на гидравлическом прессе ввиду значительной неоднородности скоростей деформирования и температуры по сечению заготовки при ковке (в отличие от той же горячей прокатки).

Завершающим этапом изготовления заготовок является термическая обработка, при которой происходит формирование однородного аустенита и растворение вторичных фаз, а также окончательное формирование структуры и свойств металла. При термической обработке поковки из новой аустенитной стали важно не допустить роста зерна, сформированного ковкой.

В связи с вышесказанным возникла проблема промышленного изготовления заготовок для ВКУ ВВЭР, в частности заготовки кольца выгородки ВВЭР-ТОИ, из новой стали с требуемой зеренной структурой и свойствами. При этом определение возможностей управления структурой и свойствами металла в процессе изготовления крупногабаритной поковки на основных металлургических переделах представляется актуальным и важным с научно-практической точки зрения.

Актуальность темы диссертационного исследования заключается в определении научно-обоснованных параметров технологических процессов, обеспечивающих разработку режимов ковки и термической обработки для получения заготовки выгородки атомного реактора из новой аустенитной стали высокого качества с требуемыми структурой и свойствами.

Степень разработанности темы диссертации на настоящий момент является недостаточной и есть необходимость в проведении исследований в этом направлении.

В процессе разработки новой марки стали было выплавлено несколько опытных составов. Диссертационная работа выполнена на одном из опытных составов новой стали - стали марки 10X16H25M2T (далее - опытная сталь), по химической композиции наиболее близкой к запатентованной стали марки 10Х16Н25МТ [26].

Проведение работ в части создания промышленной технологии из готовле ния заготовок из новой стали на одном из опытных составов (содержащих 16 % хрома, 25 % никеля) обосновано преимущественным влиянием этих элементов на сопротивление деформированию при ковке и механические характеристики стали. Кроме того, в работе представлено сопоставление результатов исследования опытной марки стали с результатами аналогичных исследований, выполненных на стали марки 08Х18Н10Т (далее -применяемая сталь).

Работа проводилась в рамках выполнения Решения совместного заседания НТС №1 Госкорпорации «Росатом» и НТС «Росэнергоатом» по теме «Разработка проектов ядерных установок типа ВВЭР. Создание новой радиационно-стойкой стали для ВКУ новых реакторов типа ВВЭР» в части работ по созданию металлургической технологии изготовления опытно -промышленной крупногабаритной заготовки кольца выгородки внутри корпусной для реакторной установки ББЭР-ТОИ из новой аустенитной стали, а также разработке заводской технологической документации на ковку и термическую обработку заготовки в условиях действующего производства ООО «ОМЗ-Спецсталь» (г. Санкт-Петербург).

Целью диссертационной работы является обеспечение требуемых размера зерна и механических свойств металла заготовки кольца выгородки из стали марки 10Х16Н25М2Т за счет применения технологии с научно-обоснованными температурно-временными параметрами гомогенизации, ковки и термической обработки.

Для достижения цели были поставлены задачи: 1. Провести информационно-аналитический обзор современного состояния вопроса в части технологий ковки и термической обработки крупногабаритных поковок для ВВЭР из аустенитных сталей, а также аспектов, влияющих на механические свойства и размер зерна.

2.1. Оценить эволюцию ликвационной неоднородности литого металла по основным легирующим элементам стали марки 10X16H25M2T в зависимости от продолжительности диффузионного отжига.

2.2. Определить минимально необходимое время диффузионного отжига слитка массой 63,7 т при температуре нагрева под ковку 1200 °С на основе экспериментально-расчетного подхода.

3.1. Определить закономерность изменения зеренной структуры стали марки 10X16H25M2T в зависимости от скорости и температуры деформирования.

3.2. Установить температурный интервал деформирования при раскатке заготовки, обеспечивающий измельчение зерна за счет динамической рекристаллизации, на основе результатов физического моделирования технологического процесса ковки.

4.1. Выявить закономерность изменения среднего номера зерна и свойств стали марки 10X16H25M2T от продолжительности нагрева под закалку и температуры.

4.2. Определить режим изотермической выдержки заготовки кольца выгородки при нагреве под закалку, обеспечивающий отсутствие роста зерна, сформированного ковкой и требуемые механические свойства.

5. Использовать определенные температурно-временные параметры гомогенизации, ковки и термической обработки при разработке и опробовании промышленной технологии производства кольцевой заготовки с целью подтверждения обеспечения требуемых размера зерна и механических свойств.

Объект исследования: опытная аустенитная сталь марки 10X16H25M2T.

Предмет исследования: эволюция ликвационной неоднородности при гомогенизации слитка, изменение среднего номера зерна и свойств при термодеформационной и термической обработке стали.

Научная новизна

1. Впервые реализовано системное моделирование формирования локальной неоднородности (дендритной и ликвационной) в слитках из стали марки 10Х16Н25М2Т, которое позволило определить количественные закономерности снижения ликвационной неоднородности при температуре нагрева под ковку (1200 °С). На основании проведенного экспериментально-расчетного подхода обоснован критерий для определения эффективной продолжительности диффузионного отжига слитка из опытной стали.

2. Установлено, что в стали марки 10Х16Н25М2Т при неизменной скорости деформирования сопротивление деформации уменьшается с ростом температуры испытания, а увеличение скорости деформирования при постоянной температуре приводит к росту напряжения деформирования. Определены значения пороговой степени деформации, параметры сопротивления деформации и закономерность изменения зеренной структуры для опытной стали при скоростях деформирования 10-1 - 10-3 с-1 в температурном интервале 900 - 1200 °С.

3. Выявлена закономерность изменения среднего номера зерна и свойств от продолжительности и температуры нагрева под закалку стали марки 10Х16Н25М2Т. Исследование зеренной структуры металла стали опытного состава показало, что интенсивный рост зерна зафиксирован только после нагрева до 1150°С и выдержке свыше 2 ч.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Эффективное время (минимально необходимая продолжительность) гомогенизации при температуре нагрева промышленного слитка стали опытного состава 10Х16Н25М2Т под первый вынос ковки при температуре (1200±20) °С должно составлять не менее 40 ч. Разработанный режим диффузионного отжига использован в технологических указаниях на нагрев и ковку (ТУк № 1-03-2019) опытно-промышленной заготовки кольца выгородки.

2. В технологических указаниях на нагрев и ковку (ТУк № 1-03-2019) регламентированы следующие параметры: температура нагрева заготовки на

этапах после осадки - не выше 1100 °С и температурный интервал деформирования на этапе раскатки - 1100 - 950 °С, в котором обеспечивается измельчение зеренной структуры, как в поверхностных, так и в центральных слоях поковки.

3. Для стали опытного состава 10X16H25M2T построены карты структурного состояния металла при деформировании, которые применяются при назначении режимов ковки заготовок.

4. Параметры основной термической обработки, обеспечивающие требуемые механические свойства и размер зерна металла опытно-промышленной заготовки кольца выгородки, а именно температура (1050±10) °С и выдержка 10 ч (с учетом продолжительности прогрева заготовки), использованы в технологических указаниях на термическую обработку (ТУк № 73-2018) при назначении температуры и продолжительности выдержки при нагреве под закалку.

5. Результаты исследования качества металла опытно-промышленной заготовки кольца выгородки подтвердили, что разработанные режимы термодеформационной и термической обработки обеспечивают получение требуемых свойств и зеренной структуры металла.

Методология и методы исследования

В работе применялось современное испытательное оборудование и методы исследования структуры и свойств металлов: оптическая микроскопия (Tеchnо Mеiji Ш 7200), рентгеноспектральный микроанализ (Tеscаn Vеgа II), методы определения механических свойств ^ш^оп 3367) и микротвердости (Айн DM8). Для компьютерного моделирования отдельных этапов технологических процессов применялись специализированные программы «POLYTHERM» и «POLYCAST». Математическая и статистическая обработка данных проводилась при помощи программы «MS Ехсе!».

Положения и результаты, выносимые на защиту

1. Результаты оценки эволюции ликвационной неоднородности по основным легирующим элементам стали марки 10Х16Н25М2Т в зависимости от продолжительности диффузионного отжига. Минимально необходимая продолжительность выдержки при температуре нагрева 1200 °С для слитка массой 63,7 т - не менее 40 ч.

2. Результаты определения значений пороговой степени деформации и закономерности изменения среднего номера зерна стали марки 10Х16Н25М2Т при деформировании в температурном и скоростном интервале ковки. Температурный интервал деформирования заготовки из опытной стали на гидравлическом прессе на этапе раскатки - 1100 - 950 °С.

3. Результаты исследования изменения среднего номера зерна и механических характеристик стали марки 10Х16Н25М2Т в зависимости от продолжительности и температуры нагрева под закалку. Температурно-временные параметры изотермической выдержки заготовки из опытной стали: температура (1050±10) °С, выдержка не менее 10 ч.

4. Результаты исследования качества металла опытно-промышленной заготовки кольца выгородки внутрикорпусной для ББЭР-ТОИ, изготовленной по разработанной и внедренной на ООО «ОМЗ-Спецсталь» технологии ковки и термической обработки.

Реализация результатов

Результаты данной работы применены при разработке технологической документации ООО «ОМЗ-Спецсталь» для изготовления опытно-промышленной заготовки кольца выгородки: технологические указания на нагрев и ковку (ТУк № 1-03-2019) и технологические указания на термическую обработку (ТУк № 73-2018). Адекватность предложенных инженерных решений подтверждена положительными результатами исследования опытно-промышленной заготовки кольца выгородки внутрикорпусной для ББЭР-ТОИ (Приложение А - Акт о внедрении результатов диссертационной работы).

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов обеспечивается применением современных методов исследования, большим объемом проведенных экспериментов, а также подтверждена промышленной апробацией основных научно-практических положений, выводов и рекомендаций.

Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены в рамках: Международной конференции молодых специалистов по ЯЭУ, ОКБ «Гидропресс», Подольск (2019 г.); Международной школы «Физическое материаловедение», ФГБОУ ВО «ТГУ», Тольятти (2019 г.); Международной научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра», Ленинградская ассоциация литейщиков, Санкт-Петербург (2018, 2020 г.г.); Научной конференции «Неделя науки СПбПУ», ФГАОУ ВО «СПбПУ», Санкт-Петербург (2018 г.).

Результаты научной работы автора отражены:

- в сборниках трудов международных и отраслевых конференций (всего 28 тезисов докладов, из которых 8 по теме диссертации);

- в журналах, которые входят в перечень рецензируемых научных изданий ВАК (всего 16 статей, из которых 5 по теме диссертации, в том числе 2 из них опубликованы в журналах, которые входят и в перечень ВАК и в международные реферативные базы данных);

- в изданиях, которые входят в международные реферативные базы данных и системы цитирования Scopus и Wеb оf Sciеnсе (всего 10 статей, из которых 3 по теме диссертации, в том числе 2 из них опубликованы в журналах, которые входят и в перечень ВАК и в международные реферативные базы данных).

Личный вклад автора

Автор непосредственно занимался формулированием цели и задач работы, а также участвовал в проведении экспериментальных исследований, а также в подготовке выводов и публикации полученных результатов. Подготовил информационно-аналитический обзор и выполнил обработку полученных данных. Все представленные результаты получены либо самим автором, либо при его

активном участии. Основные положения диссертационной работы сформулированы автором лично.

Содержание диссертации соответствует формуле и пунктам 2, 3, 4 и 6

паспорта специальности 2.6.1 - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов».

Структура и объем диссертации

Диссертация имеет объем 150 страниц печатного текста. Структура работы состоит из введения, 6 глав, заключения и перечня использованных литературных источников. Список литературы содержит 132 наименования. Работа включает 42 рисунка и 18 таблиц.

Благодарность

Автор выражает благодарность научному консультанту, кандидату технических наук, доценту Голоду Валерию Михайловичу и научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Теплухиной Ирине Владимировне за научную и методическую помощь при планировании и проведении исследований, внимание к работе и всестороннюю поддержку.

Кроме того, автор благодарит коллектив НИЦ «Курчатовский институт» -ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, ООО «ОМЗ -Спецсталь», а также НИЦ «ТК «ОМЗ-Ижора» за плодотворное сотрудничество при изготовлении и исследовании опытно-промышленной заготовки кольца выгородки внутрикорпусной для ББЭР-ТОИ.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ХРОМО-НИКЕЛЕВЫЕ АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ, ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛУ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗАГОТОВОК

Развитие стационарных ВВЭР в России идет по пути повышения их мощности и срока эксплуатации при условии обеспечения высокого уровня безопасности [43]. Ответственными элементами конструкции BBЭP являются внутрикорпусные устройства.

Гарантия конструктивной целостности ВКУ нужна для безопасной эксплуатации АЭС во всех ее режимах работы. Повреждение внутрикорпусных устройств приводит к нарушению работы органов системы регулирования, а также к изменению теплового баланса и пр. [28]. Для обеспечения безопасной эксплуатации BBЭP новых проектов необходима разработка новой радиационно-стойкой марки стали для ВКУ. Одновременно с разработкой и исследованием новой марки стали были начаты работы по созданию технологии изготовления заготовок из нее на основных металлургических переделах. Эти работы включали математическое и физическое моделирование технологических процессов изготовления крупногабаритных заготовок, а также исследование влияния основных параметров технологических процессов изготовления на структуру и свойства.

Одним из требований к металлу заготовок для выгородки ВВЭР является средний размер зерна. Имеющийся опыт изготовления поковок для колец выгородки из стали марки 08X18H10T показывает, что получение требуемого размера зерна в крупных поковках часто является проблемой и требует научного подхода при создании технологии их изготовления.

Следует отметить, что для аустенитной стали нет возможности измельчения зерна при проведении основной термической обработки вследствие отсутствия полиморфных превращений. Требуемый размер зерна формируется при ковке в

результате протекания рекристаллизации при определенных термодеформационных условиях. Завершающей технологической операцией, при которой происходит окончательное формирование структуры и свойств металла, является термическая обработка, в качестве которой для кольцевых заготовок внутрикорпусной выгор од ки используется нагрев с последующей закалкой в воде (быстрое переохлаждение применяется для фиксации высокотемпературного состояния - закалка без полиморфного превращения). Основными параметрами такой закалки, являются температура нагрева и время выдержки, обеспечивающие растворение вторичных фаз, химическую однородность аустенита и отсутствие роста среднего размера зерна, сформированного ковкой.

Технологии термодеформационной и термической обработки крупногабаритных заготовок из новой аустенитной марки стали должны обеспечивать основные аспекты, влияющие на однородность свойств и качество металла, в частности:

- минимизацию химической неоднородности в крупном слитке;

- измельчение зеренной структуры металла при ковке до требуемого среднего номера;

- отсутствие роста зерна и снижения свойств при термической обработке.

1.1. Конструкция выгородки ВВЭР, условия ее эксплуатации и влияние облучения на хромоникелевые аустенитные стали

1.1.1. Условия эксплуатации внутрикорпусной выгородки

В состав ВКУ входят следующие элементы: выгородка внутрикорпусная, блок защитных труб (Б3Т) и шахта (рисунок 1). Внутрикорпусная выгородка является «слабым звеном» и с точки зрения обеспечения требуемого срока эксплуатации имеет наименьший ресурс из всех элементов ВКУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Цветков Антон Сергеевич, 2021 год

« // »

2020 г.