Прогнозирование радиационного охрупчивания материала сварных швов корпусов реакторов ВВЭР-1000 при продлении ресурса до 60 лет и более

Выполнена проверка корректности модельного предположения об аддитивности вкладов упрочняющего (образование дислокационных петель и радиационно-индуцированных преципитатов) и неупрочняющего (образование и накопление зернограничных сегрегаций) механизмов в итоговое радиационное охрупчивание материалов сварных швов корпусов реакторов ВВЭР-1000.

Представлены результаты эксперимента по получению прогнозных значений критической температуры хрупкости металла сварных швов с содержанием никеля 1,59–1,88% с использованием ускоренного облучения в исследовательском реакторе ИР-8 из состояний, характеризующихся до проведения облучения разным стартовым уровнем зернограничной сегрегации.

Предложена процедура учета эффекта флакса для полученных с использованием ускоренного облучения значений критической температуры хрупкости и выполнена проверка консервативности зависимости радиационного охрупчивания металла сварных швов, основанной на модельном предположении об аддитивности вкладов упрочняющего и неупрочняющего механизмов до значений флюенса быстрых нейтронов ~75·1022 нейтр./м².

1. Stoller R. E. The effect of neutron flux on radiation-induced embrittlement in reactor pressure vessel steels // Journal of ASTM international. – 2004. – V. 1, № 4.

2. Flux effect on neutron irradiation embrittlement of reactor pressure vessel steels irradiated to high fluences / N. Soneda, K. Dohi, K. Nishida, A. Nomoto et. al. // International Symposium FONTEVRAUD 7, Avignon, France, 26–30 September, 2010, № O07-A080-T01.

3. Chernobaeva A. A., Kryukov A. M., Amaev A. D., Erak D. Yu., Platonov P. A., Shtrombakh Y. I. The Role of Flax Effect on Radiation Embrittlement of WWER-440 Reactor Pressure Vessel Materials. In Proc. Of the IAEA Technical Meeting. – M.: RRC “Kurchatov institute”, Gus khrustalny, Russia, 2008. – P. 38–53.

4. Margolin B. Z., Yurchenko Е. V. “Prediction of Radiation Embrittlement of WWER-1000 Reactor Vessel Materials Considering the Influence of Alloying Elements and High Content of Copper”, Inorganic Materials: Applied Research. – 2017. – V. 8, N. 6. – P. 936–943.

5. Margolin B. Z., Yurchenko E. V., Morozov A. M., Pirogova N. E., Brumovsky M. Analysis of a link of embrittlement mechanisms and neutron flux effect as applied to reactor pressure vessel materials of WWER // J. Nucl. Mater. – 2013. – V. 434. – P. 347–356.

6. Pechenkin V. A. Stepanov I. A., Konobeev Yu. V. Modeling of phosphorus accumulation on grain boundaries in iron alloys under irradiation // Effects of Radiation on Materials, 20th Int. Symp., ASTM STP 1405, 2001. – P. 174–187.

7. Margolin B. Z., Yurchenko E. V., Morozov A. M., Chistyakov D. A. Prediction of the effects of thermal ageing on the embrittlement of reactor pressure vessel steels // J. Nucl. Mater. – 2014. – V. 447, Is. 1–3. – P. 107–114.

8. Карк Г. С. О роли радиационно стимулированной диффузии примесей в охрупчивании перлитной стали при нейтронном облучении // Труды ЦНИИТМАШ «Металловедение и термическая обработка сталей для оборудования энергоустановок». – 1983. – № 177.

9. Шалаев А. М. Радиационно-стимулированная диффузия в металлах. – М.: Атомиздат, 1972. – С. 148.

10. Kuleshova E. A., Gurovich B. A, Lavrukhina Z. V., Maltsev D. A., Fedotova S. V, Frolov A. S., Zhuchkov G. M. Study of the flux effect nature for VVER-1000 RPV welds with high nickel content // Journal of Nuclear Materials. – 2017. – V. 483. – P. 1–12.

11. Kuleshova E. A., Zhuchkov G. M., Fedotova S. V., Maltsev D. A., Frolov A. S., Fedotov I. V. Precipitation kinetics of radiation-induced Ni–Mn–Si phases in VVER-1000 reactor pressure vessel steels under the low and high flux irradiation // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – V. 553. – Art. 153091.

12. Марголин Б. З., Николаев В. А., Юрченко Е. В., Николаев Ю. А., Ерак Д. Ю., Николаева А. В. Анализ охрупчивания материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 в процессе эксплуатации // Вопросы материаловедения. – 2009. – № 4 (60). – C. 108–123.

13. Gurovich B. A., Chernobaeva A. A., Erak D. Yu, Kuleshova E. A., Zhurko D. A., Papina V. B., Skundin M. A., Maltsev D. A. Chemical composition effect on VVER-1000 RPV weld metal thermal aging // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – V. 465. – P. 540–549.

14. Chernobaeva A. A., Erak D. Yu., Papina V. B. Thermal aging effects of VVER-1000 RPV weld metal // Training Workshop on the Assessment of Degradation Mechanisms of Primary Components in Water Cooled Nuclear Reactors: Current Issues and Future Challenges, CIEMAT, Madrid, Spain, 29 Sep. – 2 Oct., 2014.

15. Ерак Д., Журко Д., Кулешова Е., Папина В., Чернобаева А., Штромбах Я. Прогнозирование радиационного охрупчивания сварных швов корпусов реакторов ВВЭР-1000 // 9-я международная конференция «Структура материалов и микромеханика разрушения» (СММР9), Брно, Чешская Республика, 25–28 июня 2019 г.

16. Ерак Д. Ю., Папина В. Б., Журко Д. А. Сравнительный анализ результатов исследования радиационного охрупчивания материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000, облученных с различной плотностью потока нейтронов // Международная конференция «Вклад исследований материалов и опыта эксплуатации легководных реакторов (Безопасность, Эффективность и Надежность)», Франция, Авиньон, 15–18 сентября 2014 г.

17. Shtrombakh Y. I., Gurovich B. A., Kuleshova E. A., Maltsev D. A., Fedotova S. V., Chernobaeva A. A. Thermal ageing mechanisms of VVER-1000 reactor pressure vessel steel // Journal of Nuclear Materials. – 2014. – V. 452. – P. 348–358.

18. Gurovich B. A., Kuleshova E. A., Shtrombakh Ya. I., Erak D. Yu., Chernobaeva A. A., Zabusov O. O. Fine structure behaviour of VVER-1000 RPV materials under irradiation // Journal of Nuclear Materials. – 2009. – V. 389. – P. 490–496.

19. Miller M. K., Russell K. F., Nanstad R. K., Chernobaeva A. A., Zabusov O., Shtrombakh Y., Erak D. Atom probe tomography of VVER-1000 forging and weld metal irradiated to high fluence, degradation 2007 // Proceedings of 13th International Conference on Environmental Degradation in Nuclear Power Systems, Whistler, British Columbia, August 2007.

20. Кулешова Е. А., Гурович Б. А., Федотова С. В., Фролов А. С., Мальцев Д. А. Радиационно-индуцированная деградация структуры конструкционных материалов водо-водяных реакторов. – М.: НИЦ «Курчатовский институт», 2022. – 460 с.

21. Бокштейн Б. С., Ходан А. Н., Забусов О. О., Мальцев Д. А., Гурович, Б. А. Кинетика сегрегации фосфора на границах зерен в низколегированной малоуглеродистой стали // Физика металлов и металловедение. – 2014. – V. 115, № 2. – C. 156–166.

22. Алексеев Н. И., Гомин Е. А., Марин С. В., Насонов В. А., Шкаровский Д. А., Юдкевич М. С. Программа MCU-PTR для прецизионных расчётов исследовательских реакторов бассейнового и бакового типов // Атомная энергия. – 2010. – Т. 109, вып. 3. – С. 123–129.

23. Насонов В. А., Песня Ю. Е. Разработка расчетных моделей и расчетное обеспечение облучения конструкционных материалов в ампульных устройствах реактора ИР-8 с использованием программы MCU-PTR // Препринт ИАЭ-6721/4, 2012.

24. ГОСТ Р 59115.14–2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению корпуса водо-водяного энергетического реактора.

25. Чернобаева А. А. Обоснование моделей радиационного охрупчивания материалов корпусов реакторов и процедуры их применения для оценки состояния эксплуатирующихся корпусов реакторов // Дис. … канд. техн. наук: 05.14.03. – М., 2009. – 228 с.

26. Shtrombakh Ya. I., Gurovich B. A., Kuleshova E. A. Maltsev D. A., Fedotova S. V., Chernobaeva A. A. Thermal ageing mechanisms of VVER-1000 reactor pressure vessel steels // J. Nucl. Mater. – 2014. – V. 452. – P. 348–358.

27. Kuleshova E. A., Zhuchkov G. M., Fedotova S. V., Maltsev D. A., Frolov A. S., Fedotov I. V. Precipitation kinetics of radiation-induced Ni–Mn–Si phases in VVER-1000 reactor pressure 9 vessel steels under the low and high flux irradiation // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – V. 553. – Art. 153091.

28. Жучков Г. М. Особенности фазообразования в сталях корпусов реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 после первичного и повторного облучений // Дис. ... канд. техн. наук: 05.14.03. – М., 2021. – 117 с.