Применяемые конструкционные материалы

Аустенитные нержавеющие стали широко используются в атомной энергетике при изготовлении трубопроводов, корпусов, внутри корпусных устройств и других элементов конструкции АЭС. Эти стали применяются в виде литых заготовок, поковок, листового проката и труб различного диаметра и толщины стенок.

Основной структурной составляющей полуфабрикатов из этих сталей является аустенит. Литые заготовки из аустенитной нержавеющей стали, используемые для корпусов арматуры и насосов АЭС, имеют, как правило, аустенитно-ферритную микроструктуру. Композиция литого материала выбрана таким образом, чтобы в микроструктуре, содержащей в основном аустенит, было такое минимальное количество δ-феррита, которое позволило бы улучшить литейные свойства материала, свариваемость и прочностные свойства. Общее содержание δ-феррита в нестабилизированной литой нержавеющей стали обычно меньше чем 20%, а для стабилизированной литой нержавеющей стали - меньше чем 10%.

Аустенитные нержавеющие стали для элементов оборудования АЭС с реакторами РБМК-1000 применяются в следующем сортаменте: поковки, прокат и трубы. Наиболее широкое применение нашли стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т. Требования по механическим свойствам этих сталей представлены в приложении 1 к нормам ПНАЭ Г-7-002-86 (cм.табл.1).

Таблица 1. Требования к механическим свойствам аустенитных сталей согласно «Нормам»

	Свойство
08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т
Сортовой прокат и поковки из него толщиной до 200мм	σв МПа
σ0.2 МПа
А %
Z %
Плиты, поковки из слитка Листовые заготовки и штамповки диаметром 40-200 мм	σв МПа
σ0.2 МПа
А %
Z%
Трубы	σв МПа
σ0.2 МПа
А %
Z %

Эти материалы широко применяются в составе атомных энергетических установок также и в виде отливок для корпусов насосов и арматуры. Естественно в зависимости от степени пластического воздействия на материал свойства полуфабрикатов будут заметно отличаться друг от друга, что отражено в сертификатах. Наибольшее применение нашли стали стабилизированные титаном марок 12Х18Н9Т и 08Х18Н10Т. В табл. 2 представлено сопоставление свойств нержавеющей стали из различных полуфабрикатов.

Таблица 2. Механические свойства полуфабрикатов из нержавеющей стали

Марка стали	Вид полуфабриката	sв, МПа	s0.2, МПа	А, %	Z, %
12Х18Н9Т	Литье 20°С 350°С
Поковка 20°С 350°С
Прокат 20°С 350°С
Труба (г.к) 20°С 350°С

Из рассмотрения представленных данных в таблицах 1 и 2 видно, что механические свойства существенно зависят от типа полуфабриката. Эти стали обладают хорошими пластическими свойствами (А и Z). Предел прочности заметно отличается от предела текучести (почти в два раза при комнатной, так и при повышенных температурах), что свидетельствует о значительном упрочнении материала при статическом деформировании

Материалы, применяемые для оборудования первого контура, должны обладать высокой коррозионной стойкостью, поскольку продукты коррозии могут привести к снижению теплопередачи тепловыделяющих элементов, к уменьшению расхода теплоносителя из-за засорения каналов и ухудшения условий работы пар трения вплоть до заклинивания движущихся частей, вызывать осложнение радиационной обстановки во всем контуре. Поэтому для изготовления деталей и узлов, работающих в контакте с водой первого контура, используют коррозионно-стойкие стали и сплавы. Аустенитные стали применяются как для установок с теплоносителем вода (ВВЭР и РБМК), работающих при Т≤350°С, так и для установок типа БН, работающих при более высоких температурах до 600°С.

Главные циркуляционные трубопроводы Ду-500 в ВВЭР-440

изготавливается из стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т (рис. 1).

Рис.1. Функциональная схема реактора ВВЭР-440

Возникающее в активной зоне реактора тепло переходит в находящуюся под давлением воду, которая прокачивается главными циркуляционными насосами через расположенные вне реактора парогенераторы обратно в реактор. Эта система называется первым контуром станции.

Корпус реактора с 6-ью парогенераторами ПГВ-440 соединены между собой шестью петлями главного циркуляционного трубопровода. От реактора по главному трубопроводу Ду-500 (Ø 560х32 мм) на горячий коллектор парогенератора ПГВ-400 поступает теплоноситель (вода) с температурой 295⁰С. Горячий и холодный коллекторы соединены между собой трубками из нержавеющей стали, которые погружены в воду второго контура. Через эти трубки передается тепло воде второго контура и температура первого контура понижается с 295⁰С до 265⁰С. Условия эксплуатации главного циркуляционного трубопровода РУ ВВЭР-440, изготовленного из стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т приведены в табл.3.

Таблица 3. Условия эксплуатации ГЦТ РУ ВВЭР-440

Наименование характеристик	Ед. измерения	Величина
Рабочее давление Давление гидравлического испытания Рабочая температура в горячей нитке Рабочая температура в холодной нитке Подогрев воды в реакторе	МПа МПа ^0С ^0С -	12,5 17,5 до 31

Общий вид одной петли главного циркуляционного тракта трубопроводов, изготовленных из стали 08Х18Н10Т, представлен на рис.2. В составе каждой петли, кроме главного циркуляционного насоса и главных запорных задвижек, имеются 15 кольцевых швов. Сварка этих швов производилась ручной электродуговой сваркой электродами марки ЭА-400/10У или ЭА-400/10Т.

Рис.2. Общий вид одной петли главного циркуляционного тракта АЭС с реактором ВВЭР – 440

Главный циркуляционный трубопровод Ду-3 00 в РБМК-1000 также изготавливается из аустенитной нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т. В одноконтурной схеме реактора РБМК раздаточные групповые коллектора (РГК) функционируют в составе контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). Материал опускных трубопроводов и донышек РГК – сталь 08Х18Н10Т. Каналы РГК в процессе эксплуатации нагружены внутренним давлением, весом, реакциями опор, а также нагрузками от динамического воздействия теплоносителя.

IGSCC in a downcomer welded joint after 20 years operation

Weld macrostructure (horizontal weld: weld root – TIG, the rest – MAW, EA-400/10T electrode)

Дата добавления: 2014-01-05