Komisia pre jadrovú techniku Slovanskej vědeckotechnickéj spoločnosti

Transkript

1 Kmise pr jadernu techniku české vědecktechnické splečnsti Kmisia pre jadrvú techniku Slvanskej vědecktechnickéj splčnsti Českslvenská kmise pr atmvu energii 5. CELSTÁTNÍ KNFERENCE 0 JADERNÉ ENERGETICE Piešíany, prsince 1970 VÍSLEDKY STUDIA RADIAČNÍ 3TA3ILIK CELÍ PR TLAKVÉ NáDBY JADERNÍCH REAKTR^ V ÚJV Autr: Mirslav Vacek ÚSTAV JADIRNJŠR VÍZKUMU ČSAV fiež u Prahy

2 Pr studium radiaíní stability byly vybrány různé typy nízklegvaných celí : uhlik-iaanganvá, mangan-nikl-nlybdenvá.. mangan-nikl-chrm-mlybden-ni'bvá. U všech celí byl v každém případě studván základní materiál. Svarvé spje, získané různu techniku svařvání, byly studvány u celi uhlík-manganvé a mangan-nikl-^lybdenvé. dlnst vůči radiačnímu pškzení se psuzvala hlavně na základě výsledku zkušek statickým tahem a zkušek vrubvé huževnatsti při; dynamickém hybu- Sučástí studií, byl i věření vlivu některých metalurgických faktru^ jak legujících přísad, způsbu uklidnění tavby, tepelnéh zpracvání a vakuvání před dléváním, na výsledné radiační pškzení pužitých celí. Rvněž se studval účinek některých metalurgických i prvzních faktrů na stupeň zatavení z radiačníh pškzení při žíhání zářených vzrků. Dsažené výsledky js*u kriticky hdnceny a aplikvány na prvzní pdmínky skutečné tlakvé nádby jadernéh reaktru. Ú vd Neutrnvé páření J způsbuje výrazné změny mechanických vlastnstí kvvých knstrukčních materiálů. Znalst závislsti těcht změn na neutrnvém záření má zásadní význam pr bezpečný prvz jadérnýcji zařízení. Účinky-neútrnjívéh záření se u knstrukčních materiálů.jaderných reaktrů - včetně celí pr tlakvé nádby - i prjevují hlavně v jejich zpevnění a zkřehnutí. Velikst ra- ^diačníhd zpevnění a zkřehnutí je vlivňr áná hlavně prvzními,. ale také metaljurgickými faktry. bjasnění účinků ' '( y jedntlivých faktrů na výsledné radiační pškzeni celí pr reaktrvi tlákóvéwédj^f může. vést k mezení nepříznivéh půsbení técht taktr^^k výrbě celi s vôtôí radiační stabilitu, a tím j. k prdluženi živtnsti nákladné tlakvé nádby. Předlžená*práce ae zabývá analýzu výsledků studia na půspbení prvzních a některých metalurgických

3 faktrů ni radiační zpevnění a zkřehnuti něklika druhu nízklegvaňých celí, studvaných v ÚJV za psledních pét radiačníh 1 zpevnění a zkřehnutí nízklezpevnění je v tét práci vyjadřván zvý meze kluzu y tiiiu (prti nezářenému stavu), cž je vyvlán neutrnvým zářením. Radiační zkřehnutí je vztahván 1c psunutí transitní teplty A 0,4 na křivce vrubvé huževnatsti, kde treňeitní teplta TT Q. dpvídá pdle Pr-vijuka a s splupracvníků 0,4násbku maximální sptrebvané energie /!/:. Nejvíce experimentálních údajů byl získán pr -- uhlík-manganvu ^cel, která byla pužita na výrbu 1.1 českslvenské jaderné elektrárny. Je jí che iické«slžfcní -je fíiveden v tabulce I pd značením 133(A1+Ti+Ni>. Radiační zkřehnutí základníh materiŕlu tét celi se p různém záření při těpliíě nižší než 15C G phybval aiezi bma mezní>ni hdntami, ls-,teré jsu vyjádřeny přímkami-na br. 1 /2/. zkřehnutí svarvých spjů stejné celi /3/ je zde značen* S j elektrstrúskvý svarvý spj, H je ruční blukvý, svarvý 3pj a C je plautmatický svarvý < spj v atmsféře C0-. SK značuje svarvý kv a TZ teplem vlivněnu, zónu. P ručním blukvém a plautmatickém svaru v X2 xiésledvál zhruba padesátihddinvé žíhání při tepltě 62;p tí. Slektrstruskvé svarvé spje, byly dvustupňvé nrmalizvány při tepltě 94 a 89C C, ppuštěny při te^lí. tě j550 G;p dbu 15 hdin f ptm žíhány jak ba předchzí * svarvé v spje. Dalěl údaje y tmt brázku ae týkají níxkcti celí 3 Vyšší pevnsti než má cel pr AI, znafeku *(659 platí pr cel mangan-nikl-chrm-mlybden-nibvu 74/ a ^e jí svajvé kvy /5/, kde zékladn^, materiál je < M a svarvé spjq máji shdné znační é celí

4 - 3 - značení EXP přísluší experimentálním tavbám mangan-nikialybdenvých celí /5/. Chemické slžení všech celí je v' tabulce. I. Z br. 1 je zřejmé, že zjištěné rzdíly v nadiačním zkřehnutí mezi základním materiálem a svarvými spji nejsu systematické. Zjištěný rzptyl hdnt rddisřníh zkřehnutí, které je vyjádřen psunutím tr^nsitní.teplty TT n Ai je připisván hlavně nepřesnsti v urření časvéh integrálu hustty neutrnvéh tku 0t a rzdílům v chemickém (nečistty) a mikrstruktuře studvaných celí. i Ani u mingan-nibl-ckrm-tulybden-nibvé celi s pevnstí nebyly zjištěny pdstatné rzdíly v radiačním '- zkřehnutí základníh materiálu a svarvých kvů (br.l). U tét celi následval p plautmatickém sváru v C0 2 pětinásbné žíktání pri teplte ói'c p'í hdin. Elektrstruskvý svar byl tepelně zpracván stejné jak u celi. 13Q3(A1+Ti+Ni.) až na" žíhání, které v tmt případě byl sejninásbné, při teplta 62 C p 10 hdin s pmalým chlazváním v peci.. = ' U experimentálních taveb (EXP)^byi studván vliv mikrlegpvéní hliníkem, titaaeni, nibem, zirkniem a vanadem v různé kmbinaci, vliv vyššíh bsahu niklu při zjmen-, šeném bsahů uhlíku a manganu a y s jednm případě i vliv vakuvání před dléváním (tavba EXP F) na výsledné radiační zkřehnutí. Z dsažených výsledků nelie jednznačně rzhdnju*--""*" lepši účinnsti i přednsti pužitých -kmbinaíu --iiďřrlegur z hlediska radiačníh pškzení. U všech-ťáveb nebyla ttiž ddržensi úplně stejná výrpbníhréchnplgie. Experimentální, yýfíiedky'-.(br. lj<*é Ě 'naznačffjí příznivý vliv néjvysšíh bsahu nittltu" tavby.exp H (3? 7*Ni) a EXP E (2,12%iíi) i příznivý vliy vakuvání.před dléváním (EXP F),na výsledné Tadiačnl zkřehnutí (C TÍ PH y - I a, - u

5 - 4 - Při stuhu radiačníh zkřehnutí (A TT A.) mangan-'-niklmlybdenvé celi zářené ^2,1x10n/cm~ 7 (E> 1 MeV) nebyl zjištěn v A TTQ. u vzrku typu Cherpy s strým vrubem ve tvaru V a vr-lcvými mi kr rázvými vzrky s bvdvým vrubem délce 30 mm větší rzdíl než 10 G p sta jném ' záření /6/, Tent rzdíl je v mezích pŕesnti pužité metdiky pr stanvení radiačníh zkřehnutí. "Uvlené výsledky ptvrzuji mžnsti studia radiačníh zkřehnutí celí pmcí mikrrr'zvých vzrku a jsu v suladu se závěry jiných autrů /7,8/. Velké úsilí byl věnván i stadiu žíhání na ztavení z rači?.čníh pškzení. Na br. 2 je znázrněn prftbéh ztave-^ ní z radiačníh zpevnění u uhlík-manganvé celi typu (Al+Ti+Ni), u celi mangan-nikl-chrm-mlybden-nibvé "řísl tavby M 8659 s u nerezavějící chrmvé celi dle ČSN. I když za'vací teplta (T ) nebyla u všech celi přesně stijná, nelze předpkládat výrazný vliv tét teplty v rzmezí 40 až 1508 na v/sledně radiační zpevnění. Z. br. 2 jé *řejmé, že k téměř úplnému ztavení dchází u všech pužitých celí při zhruba stejné tepltě (kl&m 35 C) nezávisle na pužitém typu celi a pdmínkách zařvání* Naprti tmu teplta pr padesátiprcentní ztavení z radiačníh zpevnění (TCQX) závisí ifějen na typti pužité celi, ale i na veliksti neutrnvéh záření. Výsledky jsu shrnuty v tabulce IIí Tabulka II. Výsledky 50%níh ztavení z radiačníh zpevnění ých eceíí značení celi Typ ( celi ;: ; i) Í m /n/cm 2 / A/' li i fi -. ČSN C-Cr 40 4xl? M 8659 ít-ni-cr-m-nb, 7ažl5 3»5xl " M 8659>?ln-Ni-Cr-:,í-Nb 7pažÍ5, 8X CA1+Ti+Ni) Q-$5n.., ", 63ŽÍ lxi x? 256 ( : '. ; -. " " '

6 - 5 - Stejné ziřená nerezavějící chrmvé cel CSN jak na br. 2 a v tabulce II se pdle měřené tvrdsti dle Yickerse (H\n 0 ) téměř úplné ztavila při tepltě klem 425 C. K padesátiprcnthímu ztavení ze zvýšené tvrdsti způsbené neutrnvým zářením dšl při tepltě 25 C. Bůzné vlastnti celi se tedy nemusí vždy ztavvat ve st.ejném tepltním rzmezí. Na pdbné tepltní rpzčtíly ó veliksti klem 40 C mezi ztavením z radiačníh zkřehnutí (á TT) a z radiačníh zpevnění (A^xt 1 n * 3kle vané- celi pukazval Berggren a splupracvníci /?/. U všech pužitých celí /ôbr. 2/ dchází p žíhání mezi 75 až 125 k dalšímu zpevnění, které' je vyvlán další interakcí mřížkvých pruch. Nichls a Harriea /10/ vysvětlují tt ddatečné zpevnění shlukváním vakancí. Dispersnst vakancí dsáhne v uvedeném teplptním rzmezí kritické hdnty, při které se, zvyšuje dpr prti phybu dislkací, a tedy i defrmační napětí. Různu žíhací tepltu jsu vlivňvány u zářených vzrků i děje ná mezi kluzu, jmenvitě výrazná a iievýrjíšsná mez kluzu celi (br\ 3j. výrazná mez klužu zářených vzrků přechází v d^sle:!*ku žíhrnl v nevýraznu ínez kluzu v tepltním rzmezí klem 250 až 325 C. Nezářené vzrky stejné celi vykazvaly -výraznu mez kluzu při všech žíhacích; tepltách. Nevýrazná mez kluzu je v suladu s prací Hahna 711/ á Ct-fcrell; /12/ vysvětlvána nedstatečným'pčtem dislkací zaktvených atmy uhlíku a dusíku. Nedstatek ctěcht atmů uhlíku a dusíku je pravd ipdcbbě způsben jejich ' -*.' zmíněnu interakcí s isřížkvýnii pruchami vyvlanými aářeňím (pravděpdbně vakancemi) v uvedeném tepltním rzjnezí, takž* ptm n,edchází k áčihnámu zaktvení kácí. Pdle Smiďťa A3/ skutečná dchází při tepltě 227 af"2al t k rzpadu, kmplexu, trřených vafcancí, a atmem uhlíka. h PrecipitaČním prcesem aě vytvářet aú&nikrakeictsrf Částiee Fe^C. Vakaxwe A ps tpně putvania \ v n - v/

7 - 6 - železem zanikají.» ; ' '- '. bdbný prběh diagramů nepětí-prdlužení v závislsti na žíhací tepltě pzrval -Vrtěl /14/ u celi pibnéh slžení p defrmačním T(Í pruchy ;hrají důležitu úlhu i při ' -rrr kiluzu,,..-, ::L rychlsti defrmace u celí, tfrně'ci a splupracvníci /15/ 4 uvádějí v přetíledu dsavadních pznatků ; účincích neutrnvéh záření na kvy s kubicku prstrvá centrvanu mřížku, že záření zmenšuje závislst dlní meze kluzu na rychlsti defrmace. T se vysvětluje zvyšváním účinnéh aktivačníh bjemu pr skluz. li Při hledání krelac'e mezi radiačním zpevněním a zkřehnu-. I! ' tím byl v UJV taká studyán.vliv neutrnvéh.záření u závislsti dlní meze kluzb na rychlsti defrmace /16/ pr celi 13030(AI-!-Ti+Ni) a ifisn 12C13. Chemické slžení jt v tc- 1! bulce I.. Výslelky tht'; studia jsu znázr.nšny_n2 br. 4. Závislst ctlní meze klussu na rychlsti defrmace se neutr0- nvým'záíénim zvyšuje u celi. 133Q(A1+Ti+Ni),- ale u celi ČSN 12Í3 s? zmenšuje. Ylav neutrnvéh záření na tut závislst se bude patrně řídit slžitu.if.sterakcí &2si dislkacemi a mřížkvými pruchami (včetně bsaíiu - nečistt), kxeré již dříve v celi existyvaly neb v ní. nvě vznikly -zářením, Tt studium., tedy neptvrdil závěr, Wrnskih a splupracvníků /15/ -:zmenšení závislsti dlní meze kluzu na rychlsti defrmace vlivem neutrnvéh záření. i Z á v ě r. Prynání dsažených výsledků studia radiačníh zkřehnutí čs. nízklegvanýc.h celí pr tlakvé nádby jaderných reaktrů š' výsledky zahraničních autrů ukazuje^ Že dlnst čs, celí pŕ^i:radiačnímu zkřehnutí je srvnatěiríá s dlnstí pdbných óčelí světské a americrké. výrby. " # 1

8 . 7 - Výsledky studia vlivu nékterýcji metalurgických faktrů nu radiační zkřehnuti pužitých fs. celí naznačují, že pmcí těcht faktrů (bsah niklu, vakuvání před dléváním, mikrstruktura) lze zvýšit dlnst ceíívůči radiačnímu zkřehnutí, a tím zvýšit i živtnst nákladné tlakvé nádby. Vliv těcht faktrů se však musí věřit při zařvací tepltě dpvídající prvzní tepltě tlakvé nádby vzhledem k citlivsti. radiačníh zkřehnutí i zpevnění vůči, zařvací.tepltě. J,

9 V 4 6 Pužitá I i ťér.^'t u-r a,- ' - ~" " T~ ~1 " ' '; - (l) 1. N.F.Pravájuk/i A.D.Am^PV, P.A. Platónv, B.M.Kuznecv, :;r- : - ' B. M : ; { J l j a n ^ 1 ' ' ' ' '., \ ' ; I ; " ' (2). ří.;,vacek ". -, '... Vliv 3 neutrnvéh záření na mechanické vlastnsti ' typu 133U1+TÍ+NÍ), celi Dejstvié jaderných izlučenii na materiály ) ' Mskva, 1962, str (3). M, Vacek Vliv neutrnvéh záření na mechanické vlastnpáti svarvých spjů reaktrvé tldkvé nádby z nízkuhlíkvé celi, tíjv 16 30/67, (1967) (q ). U. Vacek ' Vliv neutrnvéh záření na mechanické vlastnsti nízklegvané celi typu 13030<:-MnNiMlíb ÚJV 1^73/65, (1965)- (5)'. M. Vacek... - ' Vliv neutrnvéh záření ria mechanické vlastnsti kvů pr A 2 a některých Mn-Ni-Jí celí ÚJV 2055-M., (1968). svarvých (6). J. Červášek, V. Juřička Vliv některých metalurgiekých.faktrů na radiační citlivst Mn-Ni-M celi pr tlakvu nádbu A 2 > ÚJV,2314-M, (19.69); ' : " '. - A.D.Amaev, P.A.Platónv, N.P.Pravdjuk IzuíTenié eklnnsti k chrupindäti ferrit-perlitnýeh stajel, Bíja krpusv reaktrv pri nejtrnnm b'lučenií, referát na III. Ženevské krďeŕwci v r. 196<, ref.a/ "- :=CNF'..2 /P/339' ' ",;' l; : \ " )) :- '. Ô, -

10 *" 9 - (8). M. Grunes, H.P.Myers and N.E.Hannerž irradiatin Effects at ^0 in Smé : ' 0 SwedÍ3h > Pressure Vesssl Steels,,,AE -298, (1967) ' (9). R.G.Berg&Jcen, W.J.SteLzman arid T>N.Jnes ' Radiatin.Effects 5 n Pressures-Vessel Steels, " u U3A.EC-Reprt RIÍÍL , (1966)'" 1 (10). R..7.Kichls;,and D.R.Harries,^ ^ ^. Brittle Fracture aní Irradiatin Effects in Ferritic Pressure Vessel Steels, ASTM - STP r str í,; " ill). G,T.Hahn :.. /V A Mdel Yielding with Special Reference t» J the Yield"- pint Phenmena f,* Irn and 1 Related BCC -Metals \\ Acta ;,Met., Vlľ-l?, August 1962, (12). A.H.Cttrell, '..'."" ' ;, Discntinuus Yielding, Prceedings f the cnference held at the Natinal Physical Labratry, Teddingtn 1963, ' ' s. ^ : J (13). F.A.Smidt, A.L.Bement, Disl'catin Dynamics,, t New Yrk 1968, str < ' J $ (14). J. V - Výzkumná i. Z ^-). A.S^T/t'rnski, G.A.Sargent, A.&.Jhnsn -. ' r,/ ',, 0, J Irradiatin Hardening arid Embrittlement in Bbdy-centr,ed Cubic' Transitin Metals/ ASTM-STP-3811 (1965),69-85.", (16),V.JuHčka 0 _\,^ľ^ " c^"'.:...,ľ" l ' : "'«; '{, % ^ ^ ^ ; s Vliv různé ; defprma2nl.rychlsti na pracvní diagrama; " 0 * 1,^ '- ne.zářené á""zářené Vceli ČSN a rf 13Ô3(AÍ+Ti+Ni). ', : p^ráce ÔVUT,\1968 f ^\ - ^[\. >. "',.V'-^,0 '"'.

11 s s n 0,018 0,016 0, u* rh, m 110, *0,016 0T0 0, ,023 0, ,033 0,018 j SC s s g i 5 'K s V* ys H rh3 H 8 r- < "B ti 6 H D)! +» H K) 1 > i ,30 0,15 0,70 0,34 0,39 0,17 H I en H i <n 1,09 1,16 í ,05 l*13,16 H 1!0,64 1 0,41 0,47 0,51 0,05 < A. í I 1,50 \ >,15 Ä n. ä I 1,52 u> 0,24 0,28 1,18 rt. š í S Sť( A. ä I -< (M M US 0,37 í» 53 i,16 pa í V I í 0,63 0,14 H l,20 0,39 & k & r"» CM t- 0,08,11 (-> 3 v v f 1n 0,70 0,02 f-t F027 0 wcm; 003 * 3 q c» í~ 1 ci; r* m í "» V "T ^~

12 ,3. tllvataí * U. klusá T tahu séŕati/eh vsrka

13 NEZÁÍEN 13030(M*7i*Ni) NEZÁŘEH 20,4. vlivněni sátlalsti dlť MM klasa v tana i ďra e*ll n*a,trnvi

14 f,, 8650 T m *i50*c li IS PrttMh *9Utwmí s MiUf s4vl«lmu Uaaua sp a tibmí t«pl«t< \

15 140 1 ' E-SK 120. m R-SK wc-sk me-tz W *R-TZ vc-tz + E-SK 100 mc-sk M EXP 90 B SVARVÉ / SPJE / EXfLA EXP % D EXP*C /EXP* B m *EXP*F / EXP»E / t / / : ^ <150rc 10 0 i. i m 6 m m is tar.l. Wdlmůai ikmnti pužitých «c«lí v savíslmtl IM ft.