Исследование взаимодействия сталей с жидкометаллическими теплоносителями в условиях эксплуатации теплообменного оборудования реакторов на быстрых нейтронах

• Автор: Кудрявцев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Введение.
1. Глава I. Условия эксплуатации конструкционных материалов в контакте с жидкометаллическими теплоносителями. Длительные механические свойства сталей

1.1. Условия эксплуатации конструкционных материалов

теплообменного оборудования ядерных установок на быстрых нейтронах.

1.2. Повреждающие факторы конструкционных материалов

теплообменного оборудования ядерных установок на быстрых нейтронах.

1.3. Конструкционные материалы для теплообменного оборудования РУ на быстрых нейтронах с жидкометаллическими теплоносителями.

Натриевый теплоноситель

Свинцовый теплоноситель

1.4. Длительные механические свойства. Методы прогнозирования

длительной прочности

1.5. Заключение по главе
2. Глава II. Оценка воздействия жидкометаллических теплоносителей на конструкционные материалы.
2.1. Натриевый теплоноситель
2.2. Свинцовый теплоноситель
2.3. Заключение по главе II, определение задач исследования.
3. Глава III. Расчетная оценка распространения трещины, постулируемой в науглероженной поверхности стали марки ХН9.
3.1. Расчет скорости роста трещины
3.2. Выводы по главе И
4. Глава IV. Исследование конструкционных материалов, прошедших длительную эксплуатацию в составе РУ БН0.
4.1. Исследование структуры материалов промпароперегревателя РУ
БН0 после эксплуатации в течение 0 тысяч часов.
Изучение науглероживания теплообменных труб.
Исследование микроструктуры материала корпуса промпароперегревателя.
4.2. Исследование механических свойств материалов
промпароперегревателя РУ БН0 после эксплуатации в течение 0 тысяч часов.
Стандартные механические свойства.
Длительная прочность
4.3. Анализ полученных результатов.
4.4. Выводы по главе IV
5. Глава V. Влияние свинцового теплоносителя на длительные свойства стали.
5.1. Материалы и методика испытаний
5.2. Результаты испытаний
5.3. Анализ полученных результатов.
5.4. Выводы по главе V
6. Глава VI. Учет воздействия жидкометаллических теплоносителей на длительные свойства конструкционных материалов.
6.1. Длительные свойства материалов, работающих в контакте с
натриевым теплоносителем.
6.2. Длительные свойства материалов, работающих в контакте с
жидким свинцом.
6.3. Выводы по главе VI.
Выводы и рекомендации
Библиографический список.
Приложения.
Введение


Вследствие того, что вода, используемая в качестве теплоносителя в ядерных энергетических установках ЯЭУ на тепловых нейтронах, является замедлителем нейтронов, в ЯЭУ на быстрых нейтронах в качестве теплоносителей используются жидкие металлы. В качестве жидкометаллических теплоносителей могут использоваться натрий, свинец и сплавы на основе свинца 8 помимо жидкометаллических теплоносителей рассматривается возможность использования газового теплоносителя на основе гелия. Применение такого рода теплоносителей ставит ряд металловедческих проблем, которые в обобщенной форме сводятся к выбору конструкционных материалов, имеющих достаточную работоспособность в контакте с жидкими металлами при высоких температурах. Основная трудность при выборе таких материалов заключается в отсутствии экспериментальных данных по влиянию жидкометаллических теплоносителей на длительные свойства, исключением является лишь контакт конструкционных материалов с жидким натрием. А ведь именно повреждение материалов вследствие процессов ползучести может являться причиной разрушения элементов конструкций ЯЭУ на быстрых нейтронах с жидкометаллическими теплоносителями 9. И если возможность длительной эксплуатации ЯЭУ с натриевым теплоносителем подтверждена действующими реакторами в различных странах, то возможность использования в качестве теплоносителя жидкого свинца только рассматривается в рамках концепции создания реактора с естественной безопасностью . Оценка долговечности элементов теплообменного оборудования с учетом инициации трещины в науглероженном слое. Получение данных по структуре и свойствам конструкционных материалов, проработавших в течение длительного времени в контакте с натриевым теплоносителем, и их анализ с позиции известных литературных данных по влиянию жидкого натрия на длительные свойства сталей. Оценка возможности продления ресурса теплообменного оборудования РУ БН0, Для этого было проведено исследование материалов промпароперегревателя 5ППБ4 парогенератора ПГН0М РУ БН0, прошедших эксплуатацию в течение 0 тыс. Оценка процессов окисления сталей марок ХН9СЗБ и Х9НСМФБ, принятых в техническом проекте в качестве конструкционных материалов для РУ типа БРЕСТ, в процессе длительной выдержки в контакте с жидким свинцом. Оценка влияния напряжений на формирование оксидных пленок на поверхности образцов из сталей марок ХН9СЗБ и Х9НСМФБ. Оценка влияния свинцового теплоносителя на длительные свойства сталей марок ХН9СЗБ и Х9НСМФБ при проведении одновременных испытаний в жидком свинце и на воздухе. Методы исследования. На основании современного параметра механики разрушения С проведена расчетная оценка скорости роста трещины, образование которой может иметь место в науглероженной поверхности элементов, изготовленных из стали марки XН9. Произведена вырезка образцов из фрагментов корпуса и труб промпароперегревателя, металлографический анализ методами оптической и электронной микроскопии, кратковременные и длительные механические испытания вырезанных образцов. Проведены коррозионные и длительные механические испытания в потоке жидкого свинца, а также длительные механические испытания на воздухе. Для испытаний в потоке жидкого свинца использовался стенд с принудительной циркуляцией свинцового теплоносителя, имитирующий условия эксплуатации теплообменного оборудования РУ БРЕСТ ОДЗОО см. Оценка структуры образцов после испытаний проводилась методами оптической и электронной микроскопии. Анализ микроструктуры материалов проводился с помощью металлографического инвертированного микроскопа фирмы i, а также растрового электронного микроскопа с приставкой для микрорентгеноспектрального анализа производства фирмы X I. Кратковременные механические испытания проводились на разрывной машине Р5. Длительные механические испытания при постоянной нагрузке на воздухе проводились на стандартной машине АИМА. Длительные механические испытания при постоянной нагрузке в потоке жидкого свинца проводились на стандартной . АИМА. Испытания проводились на тестированном и аттестованном оборудовании.