Pbčku CSVTS Závdu energetickéh strjírenství k. p. Škda Plzeň Vědecké klegium nauky materiálu ČSAV ke 125. výrčí zalžení pdniku MATERIÁLOVÉ A TECHNICKÉ OTÁZKY JADERNÝCH REAKTORŮ VVER Mariánské Lázně 9. - 12. utt&m 1984
ř A TECHNOLOGICKÉ OTÁZKY JADERNÝCH REAKTORE) VVER 1. s. Štěpánek - J. Králvec - J. Bečvář - J. Sibra Základní aspekty výbárw materiázň VVER looo 2. r. fícnes Kiicence chemickéh slžení celí r tlakvé nádby a jakstní charakteristiky 16 3. V. černý - ]. Brynda Prvnání 7ákladních, fyzikálně metalun ických charakteristik celí tlakvých nádb VVER 44C a looo 25 4. M. Kenka - ]. ]irsa - ]. Skála Metařwrnie celí pr tlakvé nádby jaderných reaktrů.. 4I 5. ). Skála Výrba vysce jakstních celí určených pr hlavní díly cnt:rnetickéh strjírenství 7. hlediska vsá7kv<ch survin c\ <K 7. čf>efe - I. Úlha a mžnsti anály tické chemie v prcesu vvrby jaderných reaktrů VVCR 57 7. }. í utírá V\vj a svjení vvrby dílů tlakvé nádby reaktru VVKK looo 66 S. ]. 1'luíař - V. Zuna - K. Macek - V. Beneš - V. Pspíšil Vliv vybraných technlgicky c'- parametrů na vlastnst i ce I i na t lakvč nádby 7S. ]. Chvjka V\ sladký dsažené vři vývji celi IOGN2A/FA nr VVER Wu ve Vítkvicíc); 10. V. Pilus Výrbní splehlivst svařvaných knstrukcí v jaderném encr"ct i ckónt strj írenství 11. ;. Vrbensk\ - K. Kálna Psudyvanie zvarv<>ch svjv 7 hfadiska sr>fa'livsti..lló li. V. Matula V"/vi- sfrv "a -i'ariu vraskavst reaki rvýc' celí.... I26 /.<. /. Hrčka - J. Reaant - E. Kwtsfev _ /. Smaha V) 711am tepelný ch, vříknv v Prcesu '-avařvání auste^i - tickóh návaru z phledu eliminace vdnávarvc'- tr'iir Ijj I4. V. čem v - /. Klíweň - E. Mužíkva struktura a creevvé charakteristiky reálných pdnávarvyc' blastí ve V7tahu ke vzí-tíbu relaxačních (ííhanich) trhlin 148 8g Z ZOO
-.- 11J li..,. - :. ; - j v s - v c, c v y j j M l r cvú--\cr*. c e l í a s l i t i n "'- i- kcv^í<-i re.aktry tyv«wzr 44O a looo, I62 :,,,, ÍC.ZAK - S. Kfiiečnv v. r: 'c 'ri : i -' r ri i ariervu f e re tiku. 'SO ;. štduer V-.rha a v las t -s t i vh>ě kvaných v\kvků z austeniiich:c'> ccnli nr j E,,,... \gt,\z le r : álvě rr b lemy v\rby v\kvků 7 austenit ických I j í prcra-ru... 2O4 2á?->v.^ t «vé vvfevfey ~ Cr-Ni aus teni t ických celí pr -Ái.e :>- DU e^crnetiku 2I6 vc. -.,fl5n - L. / >':'';?T7i!?ri-í tlik r»rn í?ritidri'í rtriíbí JE VVER IOOO.. 225.'... '. ~.T- a - i>. N i t ka '/ rc : í? vra.- ' ' ú : >-lec' i 7 ce?' C8C ISNlOT >ir vnitf'-i '. c". : K C V C J Ú ; L' VViS..,..237 - J. i-. :' ;sv - i. jelen y ] v cžhěru ikvichni tyče >a v\ sledky při zkušení v; :z- ' <' >. r r ' E 248.. -..''..i-:;: - V. '..ukaš í'"z''-cví,ipi.' r.y faktru intenrity napěti a velikst " ": r*ts : Y. VC' Áeieklv- v celi l$ch2nmfa 258 '4..<. Ohr: lie - J. Plák r ->'v \ -. cká "lai-tici ta a únavvá živtnst celi I5CI-12NMFA. 168 JS. '. >::rwbj - K. ivlác^al - ]. Kutský "CÍ- íitvé a radiační zkřehnutí nízklepvan^ch celí v ňr fakirnv A tlakvé nádby,... 278 ~jc>.,.., vccnk - íi. stces - P.!\vsad - M. 3rwmvSÍ!v,",. r i - /' es :<c:- ' c. ~r.'-' >?:'.k7cní celi 1 s-'''-2n\'ta a jeh vlivnění ' i i a f asf rrem 28 J *7- ). ';ru.')\ - ř'. Ntvsari \'rrj.:'.\ač*\' tevelné zpracvání celí nr reaktrvé t '.kjv:': nárlhy ' /". V.!.'.- 'rt - B. Auředník - L. Cajdš C' ' li zné defrmační chvání a živtnst materiálů ťiahvé nádby s návarem 3I3 10. V. licrfik - Z, čížek 3O3 Příklady některých, prjevů vvrchvé krze sučástí 7 c'<rmv\ ch a c'r-nniklvyc'- celí 326
- i - Základní aspekty výběru materiálů VVER - 1000 Stanislav Štěpánek, Dsef Králvec, Jsef Bečvář, Oan šibra V sučasné dbě je v k. p. Škda v pkrčilém stádiu technická příprava výrby a svjvaci práce pr reaktr VVER - 1000 a prbíhají Již i vlastní výrbní perace na dílech tlakvé nádby. Reaktr VVER - 1000 náleží k nvé generaci tlakvdnich reaktrů, charakterizvaných velkým výknem, tevřenu aktivní zónu, malým pčten chladicích smyček velké světlsti a zvýdeným stupněm splehlivsti a bezpečnsti. Instalvaný výkn reaktrů typu VVER v zemích RVHP d r. 1990 dsáhne 55 200 MWe v celkem 80 blcích. V statních zemích bude k r. 1990 v bdbných tlakvdnich reaktrech typu PWR instalván 215 000 MWe v celkem 240 blcích. Celsvětvý trend vývje t!h<vdnich reaktrů vykazuje následující charakteristické rysy; - zvyšváni Jedntkvéh výknu na 1000-1300 MWe, - zvyšváni repltechnických parametrů primárníh chladivá na tlak 16 MPa a výstupní tepltu 320-325 C, - enaha dsaženi maximální bezpečnsti a splehlivsti prvzu, - zdknalváni a rzšiřváni systémů prvzní diagnstiky, - vytvářeni pdmínek pr peridické kntrly tlakvých nádb reaktrů, - zdknalváni technlgičnsti výrby zařízeni reaktrů, - zkracváni dby pr peridické výměny paliva a revize zařízeni reaktrů. Z údajů v tabulce 1 je zřejmé, že technick eknmické parametry reaktrů VVER a PWR 1000 MW jsu srvnatelné, větši rzdíly lze pzrvat puze u vnitřních průěrů nádb, hmtnsti vsázky paliva a Jeh bhaceni a u měrné hustty výknu.
Tebulks c.l : Srvnáni parssstrfi VVFR n PY-'R Paraaetr Rzafir. WER jedn. 440 VVER-1000 Indian Pint 3 USA 1. Elektrický výkn jednh blku MW 2. Hrubé účinnst blku % 3. Pčet chladicích kruhů 4. Čerpací výkn hl. běh. čerpadla m /\ 5. Tlak vdy v prinárnín kruhu MPa 6. Teplta vdy na vstupu d reaktru C 7. Teplta vdy na výstupu z reaktru C 8. Vnitřní průměr reaktr, nádby mm 9. Tluštka stěny mm 10. Vsázka paliva (U0 2 ) t 11. Měrná hustta výknu kw/1 12. Střední vyhřeni MWd/t 13. Obhacení paliva při stač. % prvzu 1005 20OO0 33,3 4 15,7 284 316 4390 216 89,6 94 33000 3.2
- 3 - Srvnáni brázků reaktrů VVER - 1000 a PWR 1000 (viz br.2 a 3) ptvrzuje rzdíly ve veliksti průměrů tlakvých nádb a navíc je patrný rzdíl v prvedení hrdlvé části nádby. Zatímc reaktry PWR jsu stavěny se všami hrdly v Jedné rvině, reaktry VVEK si důsledně zachvávají uspřádáni vstupních a výstupních hrdel ve dvu rvinách nad sebu. Tímt uspřádáním se za cenu určitéh prdluženi nádby reaktru zachvává mžnst přepravy tht rzměrnéh dílu p železnici, cž je základním pžadavkem u věech reaktrů VVER. Uvedený pžadavek se vztahuje též na statni kmpnenty reaktru a elektrárny a významně vlivňuje technické řešení reaktru i celé elektrárny. Přístup p železnici dává mnhem širěi mžnsti výběru staveništi elektráren a nenezuje ani lkalitu výrbce. Průměr reaktru Je věa.k hraničen průjezdním prfilem železnice a tt mezení nádchy reaktru pan limituje rzměry vnitřních části reaktru, stínící vrstvu vdy a průměr aktivní zóny. Výsledkem je vyská hustta výknu (viz tab. 1} a vyské integrální dávky neutrnů na stěnu tlakvé nádby (která má aeněí tluštku, než statni reaktry stejnéh výknu), cž vše má za následek vyské pžadavky na vlastnsti materiálu z hlediska mechanických hdnt za zvýšené teplty, únavvých vlastnstí a radiační stability. U reaktrů PWR, které se přepravují p vdě, takvá rzměrvé mezeni nejsu. Vnitřní průměry nádb se phybují v rzmezí 4 370-4 4O0 mm, tluětky stěny přes 200 mm, vstupní a výstupní hrdla Jsu v jedné rvině. Hustta výknu je v suladu se západními bezpečnstními předpisy udržvána pd 100 kw/l. Oalči knstrukční rzdíly VVER a PWR lze spatřvat ve vyvedeni vnitrreaktrvých měřeni a ve způsbu kntrly tlakvých nádb za prvzu. Vnitrreaktrvá měřeni Jsu u reaktrů PWR vyvedena spdem - průchdkami ve dně nádby, u reaktrů VVER jsu vývdy skupinvé pmci nátrubků na periférii vlka nádby. Tt řešeni Je příznivější z hlediska bezpečnsti, neb.pt dpadají tvry pd aktivní zónu, a rvněž Je usnadněn přístup, al* periferními tvry se slabuje vík a zvyšuje se Jeh namáháni.
r-vczni peridické prhlídky tiskvých nádb PWK Jsu pr:vyfc>' s vnitřníh pvrchu, tlakvé nádby VVER ee prhližey.. rj ri strany, Přit«eučasné tendence u bu variant B*);r.. k prhlídkám z bu pvrchu. --'izkč 1 JÍJOU rvněž patrné rzdíly v pčtu dilů, z «.:. -;..; ij nádby svařeny. Výrbci PWR se snaži minimalizaci pr.iu svs.-fi na nádbě, cž se příznivě prjeví ve zvýšení žlvv-.:.- n.i*.. J. --"lakvé nádby, určvané hlavně změnu dluhdbých tó»-rí, i:.:ýcň vlastnstí svarvých spjů a ve zkráceni dby p> _ :.c'<.--''zh kntrl tlakvých nádb, která Je rvnéž v převáž j.í- :.. iúr.a dbu kntrly svarů,.: _ ; ~-s -néj uí integrální knstrukce tlakvých nádb vel- (r.. i>.,-,'; JÍDU vytvřeny z puhých tři dilů svařených 1 *:.- ;!/v.?avýa.i svary. Díly nádby jeu vykvány z velkých ir-^c >. : >;.Titn»ti až d 5OOt. Optimalizační studie fy Westinghi. J ',.. 'céla k závěru, že při pečlivém zpracváni knstrukftn:.''.--: :íilů Izs snížit váhu ingtu pr integrální prstenec.;;..:-:i,c:. přírubvý a hrdlvý prstenec) na méně než 350t e <- s-,,i;.ifc mžnsti dalšíh zmenšváni ingtů. Dva bvdvá r v, - ' lasu ídíbi blast aktivní zóny a jsu dbře přístupné pr :;:>-.trlu. Hrdla Jsu k hrdlvému prstenci přivařena bv- Cit ^v. :'. evdt-y zevně, nikliv vevařena, jak t»mu byl u dřivej- St\. -. - ;"!?, t r'.ikci. 'Í:.ÍÍ«O tlakvé nádby VVER 1OOO js vytvřen ze 7 dilů a> ". ;ch 6 bvdvými svary. Vík je svařen z eliptickéh v -;-;_ :.; ř. válcvéh přírubvéh kružku. :' -:; '>: rbu dílů jei. pužity ingty různých veliksti,! # ;VÍ.':ší ingty mají hmtnst 2O5t. V blasti aktivní zóny se r:;% sejí 2 bvdvé svary. Na základní materiál i na n\ : "'. 's>~í materiály pr tut část nádby jsu předepsány * J^.. "".. _ *i8né pžadavky na chemick slžení a lsvu hužev- CÍ::;:SV. Uvedené pžadavky mtivvaly sestaveni nádby z pmě *;./sikóh pčtu dílů, nebf byl předpklad, ž«u Menších in;/ - Iza dsáhnut lepěi čistty celi a při následném kvá-., e tepelném zpracváni i vyšších mechanických vlastnsti.
- 5 - Hrdla Os 850 na bu hrdlvých prstencích jsu zhtvena kvářekým vyhrdlvánlm z prstenců za tepla. Přechd z reaktru VVER 440 na VVER 1000 neznamená puhé zvýšeni výknu, ale Je prvázen řadu zněn v prvedení primárníh kruhu, aktivní zóny, v parametrech paliva a chladivá a také v knstrukci, technlgii a materiálech reaktru. Srvnáni technick-eknmických charakteristik VVER 440 a VVER 1000 Je uveden v tabulce č. 2. Za nejzávažnější změny, které zaznamenal VVER 1000, lze pvažvat; - zmenšeni pčtu smyček primárníh kruhu a zvětiení Jejich světlsti, - vytvřeni "tevřené" aktivní zóny pužitím bezbálkvéh palivvéh článku, - zvětšeni pčtu palivvých prutků v kazetě a zmenšeni celkvéh pčtu palivvých kazet, - změna regulačních rgánů z tandemvých na klástrve (svazkvé) a zvětěení jejich pčtu, - pužitím lineárních krkvých mtrů pr phn regulačních rgánů, - dimenzváni reaktru pr seismické zatíženi d intenzity 9 MSK-64 - vyěěi manévrvací mžnsti reaktru.dvlujicí každtýdennl sníženi výknu na úrveň vlastni sptřeby. Na brázcích Je prveden srvnáni reaktrů VVER 440 a VVER 1000 (br. 1) a jejich dilů - tlakvých nádb (br.3) a nsnéh systému aktivní zóny (br. 4).
- 6 - : Hlavni parametry tlakvých nádb VVER VVER 440 VVER 1000 TěIss nádby: rpcínaí / t / -áíka / mm / 215 11 800 11 320 000 ves/hi průměr / mm/ - v bleeti AZ - y blasti hrdel tluětks etěny / mm / - v blaeti AZ - v blasti hrdel 3 840 4 3 980 4 140 190 535 660 192,5 285 Drsc&vr.i tlak / MPa / ýpčtvý tlak / MPa/ zk«i.«bní tlak / MPa / výpčtvé teplta stěny / C/ 12,26 13,7 19,15 325 15,7 17,65 24,6 350 ži.--'-;tr.st nádby /rky/ 40 40 integrální dévka 2 neutrnů re stěnu / l / n / 3,23.10 24 1.10 24 Víkcs: hníní'' / t / pšrí nátrubků 50 37+18 90 61+ 30
- 7 - Uvedené změny včetně řady dalších představuji výrazné kvalitativní zlepšeni reaktru a prakticky všechny se v knečných důsledcích prmítají d zvýšených pžadavků na materiál jedntlivých dílů, zejména na materiál tlakvé nádby, ale i na mata rial vnitřních části reaktru a phnů řídících tyči. Tlakvá nádba reaktru sestává z télesa nádby, vlka a dílů hlavníh přírubvéh spje. Srvnáni nádb je na brázku č. 3, hlavni parametry nádb jsu uvedeny v tabulce č. 2. Nádby VVER-440 i VVER 1OOO jsu knstrukci bdbné, nádba VVER 1000 je relativně zkrácena zásluhu změny regulačních rgánů a přírubvý spj je zjednduěen změnu vlné příruby na pevnu, cž se sučasně příznivě prjevuje v tuhsti celéh spj. Pr nádbu VVER 1000 (těles i vik) byly zavedeny ingty větěich hmtnsti a byly minimalizvány technlgické přídavky ke knečným tvarům. Zatímc u VVER 440 se vystačil s ingtem 135t, pr nádbu VVEK 1000 jsu pužity dva ingty 170t a 3 ingty 205t (viz br.3) Přírubvý prstenec je vcelku standardní výkvek, krmě kntrly mechanických hdnt na straně svaru ee debírají vzrky z vývrtů děr pr hlavni šruby. Hrdlvé prstence jsu silnstěnné výkvky, hrdla Os 850 Jsu zhtvena vyhrdlvánlm za tepla. Oprti VVER 440 tím byly z hrdel dstraněny dva svary z mlet vyskéh namáháni a btížnéh přístupu pr kntrly. Technlgie vyhrdlvání je velmi příznivé z pevnstníh hlediska a eknmicky výhdná, nebt nesptřebvává žádný materiál navíc. Metda však ztěžuje mžnsti strjníh bráběni a autmatvéh navařváni. Opěrný prstenec a 2 hladké prstence zasahují d blasti aktivní zóny a vyrábějí se z nceli se zvýšeným pžadavkem na chemické slžení na kriticku tepltu křehksti a na její psun vlivem zářeni. On a vrchlik víka mají eliptický tvar a vyrábějí se z kvaných kruhvek lisváním v zápustkách. Lisvaná tluštka dna je 247 mm, víka 325 mm. Prstenec víka rá největší tluštku ze všech dílů nádby - při tepelném zpracváni 615 mu.
rélae i vík tlakvé nádby VVER 1OOO jsu svařeny úzkívými svary e meněí sptřebu přídavných svařvacích ma- L" a meněím tepelným vlivněním základníh materiálu v :i cveru. Ochranný nevař je dvuvrstvý tlušťce 7 mm. j«snížení teplt hřevu při svařvání a navařváni, prti v'ver 440. Mz svařvací materiály jsu kladeny stejné pžadavky, jak na L. r tí«j.adni materiál, 2 svarvé spje v blasti aktivní zóny i;ui;.:.'. n.it stejnu čisttu jak základní materiál, cučinitel psuvu ".,,-, vlivem záření Je ještě nižší, než u základníh materie."lu :. svaru - 20. A F zákl. materiál * 23 [ C/( V«2 ) 1/3 J. >a vnitřních částech reaktru VVER 1000 byly rvněž prvida.iy knstrukční změny prti VVER 440 (viz br. 4). šachta reaktru VVER 1000 je integrální knstrukce e přivar#nýifl ÚÍÍOÍP éachty, které byl u VVER 440 samstatným ddávkvým u?.!<;m. Zcela dpadl kě aktivní zóny, jehž stínící a hraničuj,;,-.:. finkci převzal bční plaší a nsnu funkci převzala sustava pě~ zabudvaných d dna šachty. Blk chranných trub zůstal kncepčně nazměněn. Dvě nsné desky blku jsu spjeny chrannými trubkami regulačních tyči a prti VVER 440 navíc pláětěm e vyvrtanu sustavu děr pr skrčeni a usměrnění prudu chladivá,-rc výstup z reaktru (viz br. 5). Vlastních chranných trub je u VVER 1000 61 ks prti 37 zéeluhcj zvýšenéh pčtu regulačních tyči. Vzhledem k svazkvé kncepci těcht tyčí Jsu chranné trubky VVER 1000 dplněny slžiiýs; systémem pr vedeni jedntlivých svazků. Slk chranných trub VVER 1000 déle nese 64 čidel měřeni nwutrncvéb rku prti 36 čidlům u VVER 440 a 96 Jímek pr xáření teplty prti 216 u VVER 440. Svazky trubek měřeni jsu upevněny na třetí (hrní) desce blku a jsu vyvedeny průchdkami. v nátrubcích víka ven z reaktru.,vvé kncepce palivvé kazety vyvlala změny v ulženi blku ech ranných trub. Blk se spdní desku pírá dpružené hlavice palivvých kazet a shra je přitlačván víkem
- 9 - tlakvé nádby. Spdní deska je vrtána velkým pčtem tvrů pr průtk chladivá. Rzměry de9ek 83 prti VVER 440 zvětšily (tluštky 250 a 200 mm prti 200 u 80 mm). Blk chranných trub je jednim z nejslžitějších a technlgicky nejnárčnějších dílů reaktru. Dimenzváni všech vnitřních části VVER 1000 byl při srvnání e VVER 440 vlivněn tvrdšími pdmínkami při maximální prjektvé havárii a vyšším stupněm prjektvé intenzity zemětřesení. Maximální prjektvá havárie u bu reaktrů sice uvažuje přetrženi hlavníh cirkulačníh ptrubí, tle pměry u VVER 1000, kde může nastat výtk průřezem světlsti 2x 850 mm a vyřazení 1/4 chladicí kapacity, způsbuji mnhem větší namáhání vnitřních částí. Obdbné je tmu u prjektvé intenzity zemit řešeni, která je u VVER 1000 9 a u VVER 440 V"' resp. 5 (Mchvce) MSK- 64. Prt, i když jsu u bu reaktrů vnitřní části vyráběny ze stejnéh materiálu značky OBChlSNlOTjje pr VVER 1000 zvýšena mez kluzu při 350 C na Q> Q 2 167 MPa, cž dpvídá hdntě meze kluzu, předepsané u VVER 440 pr tepltu 325 C. Ostatní pžadvané mechanické hdnty zůstávají stejné. Pr desky blku chranných trub a šachty VVER 1000 byl nutn vyvinut ingty z celi 08Chl8N10T hmtnsti 64t, statní díly vnitřních části jsu zhtveny z ingtů 50t pužívaných již u VVER 440. Svařvací materiály vnitřních části jsu pr ba reaktry stejné. Nvé pžadavky na materiály přinesla nvá knstrukce phnu regulačních rgánů, t.zv. lineárníh krkvéh mtru. U tht mtru byly dstraněny rtační mechanické převdy. Hnací jedntku je sustava tři elektrmagnetických cívek, klem nichž se v předepsaném přadí budí elektrmagnetické ple. Magnetické sily se přes tlakvu trubku přenáší na mechanismus mtru, který vyvzuje lineární phyb regulačních rgánů.
- 10 - Krkvý mtr prt kfmě běžných austenitických materiálů bsahuje 1 krzivzdrné materiály 86 zaručenými a táiýtni sac;n«tickýni vlastnstmi. Tmut pžadavku vyhvuje cel 08C.1177, u niž je věak nevýhdná vyská přechdvá teplta kř»hv.én lsnu svarvéh spje (T K ) > 100 C). Otázka je dsud řešeni a variantně je uvažván krzivzdrný natěbdbnéh typu, ale s nižěi T K0 a magnetická cel uhlíkvá s chranným pkrytím chrmém za tepla. Vice než dvjnásbné zvýšeni výknu reaktru VVER 1000 prti WcR 440 je realizván zařízením,.lehž celkvá hmtnst *a eics vyšší - 798 t prti 536 t, ale měrná hwtnst na kw výknu je pdstatně nižši, a t 0,8 kg/w* ^rcci 1,2 kg/kw. Výsledkem je značná úspra kvů a energie pří výrbě zařízeni. Lltsreťjre? 1. F.ú. Cvčinikv a klektiv: Cpyt ezdanija, ekapluataciji i puti evěrěenstvvanija AES s VVERi reřsrét na knferenci MAAE, Vídeň, záři 1982. S<G Oruce, B.C. Edwarda: Devflipnent f PWR pressure vessels. Nuclsar Energy N. 5, 1980. i. The utline f PWR cmpnents fr 1000 MWe class nuclear atesra supply systems. CSA' technical reprt, February 1978. 4. Zrav N..N. Setcjanlje i perspektivy razvitija technlgii prizvdstva brudvanija AES s VVER - 1000. Aí;rnaja eněrgija, aprel, 1977.
Obrázek č. 1: Reaktry VVER 440 a VVER 1000 VVER 440 VVER 1000 4IM L-...-_. -< «" J 1/ inlaa tlakvé nédby 2/ vík tlakvé nédby 3/ vlné příruba 5/ dn tahty / kl aktivní lůny i blk hrannyh trub 1/ iialtvvé kataty palivvé **uula n! fcaiaty 1/ těl.jo tlakvé nédby 2 vík tlakvé nédby 3 ěachta 4/ blk chranných trub 6/ bcnl pléit aktivní tóny 6/ palivvé kaiaty 7. palivvé kaiaty
brázsk č. 2 Tlakvé nádby reaktrft - Standardní prvedeni Integrální ( Vestinghuse 1OOO MW) {KWU, I30C MW)
- 2.5 - Ctsázek č. S: Tlakvé nádby VVER 440 a VVER 1000 I I VVI W T ""I YHI HUK.', 185 V(Kf\ r" VOV.NR PR\BVJB«'"1 I 4SS t «- PR%1LNUC MRDlOvy PRSTCNtC HORNÍ MHDV-OM1 PHSTCNCC IJOV Ni' HIROKV I v.):. l'r'.lt NU V (I DNft' UNO i i f I
.^rji 3 x č «4 \^aný systém aktlvni ^ zár.y VVE.R 10C0 ' i!,vlev) s VVER 440 vp rv) I. 1 1 - éachte, 2 - bftní plást aktivni r* ziny. 3 - Šachta, 4 - ici aktivni! f. i*r»y. 5 - tín each ty
Obrázek č. 5: Blk chranných trub VVER ÍOOO
.# - Zfl - K0.\ : CivPC2 CHEMICKÉHO JLOŽENÍ Á JAKOSTNÍ CHARAKTERISTIKY OCELÍ?H0 TLAKOVÉ NÁDOBY REAKTOR^. Ing.František" Beneš, BrSc Hutní prjekt Praha - závd Praha J.iemické slvení celí pr tlakvé nádby a jakstní charakteristiky. Nečistty a jejich závažnst ve vztahu k fyzikálr.é-metaiurgickým charakteristikám celí. Vývj názrů na rrcňanizmue půsbení nečistt. Účinnst jedntlivých nečistt na kř-ehklmvé" vlastnsti a mžnsti kmpenzace půsbení nejistt. Chemické slžení celí pr tlakvé nádby reaktrů představuje p knstituční stránce nárčný prblém, vyplývající z vynkých pžadavků na zpracvatelnst, pevnstní vlastnsti a dlnst prti křehkému prušení za specifických prvzních pťj.iír.ek. Základním předpkladem pr rvnměrné pevnstní vlastnsti je hmgenní struktura ppuštěnéh martenzitu neb bainitu, zajistitelné nejen splehlivu prkalitelnstí celi, ale i přiměřenu intenzitu chlazvacíh media při kalení. D're prkalitelnst, funkce bsahu C a slitinvých prvků, je v zásadním rzpru s pžadavky na dbru svařitelnst. T ved«k atypickým celím pr zušlechťvání se sníženým bsahem C v rzmezí 0,13 až 0,25. Za těcht pdmínek je i nižší účinnst jedntlivých slitinvých prvků na prkalitelnst, ve srvnání s klasickými celemi pr zušlechťvání s 0,j0 až 0,40 G. Objektivní hdncení prkalitelnsti jedntlivých základních typů savtdených MnNiM, CrMV a CrNiMV celí nám dávají hdnty Dj-, resp.d^ pr H = 0,4, pr stř in.' inter: Li kalící
- l 7 -.účinnsti leje (Tab.lKV prtikladu k pžadavkům prkalitelnati JR svařitelnst hdncených typů celí. Při hdncení svařdtelnsti jsme vycházeli z klasickéh rientačníh vztahu pr ehvivalenttní bsah G^: CE = c + Mg + 6i + Cr±MjV + Ni+Cu /%/ '/j phledu prtichůdných charakteristik prkalitelnsti a svuřiteliisti jedntlivých typů a značek celí nám může dbře pslužit hdnta jakstníh sučinitele, vyjádřená pměrem D,/C r (Tab.l). Vycházíme zde z úvahy, že čím má cel vyšší prkalitelnst D 3 a íím má nižší hdnty Cg, tím lépe splňuje pžadavky pr výrbu nádb velkých hmtnstí. Z tht hlediska zná cel 15Ch2NMFA pměrně příznivé hdnty jakstníh sučinitele. Nejvyšší hdnty tht sučinitele má cel A 543. Dá se tedy předpkládat, že ba vrchlvé typy vytvářejí dbré předpklady pr dsaženi pžadvaných strukturních charakteristik a zpracvatelnsti u tlakvých nádb nejvyááích hmtnstí. U každéh typu celi jsu většinu rezervy pr ptimalizaci chemickéh slžení. Jak příklad je mžn uvést 26NiGrMV cel, která se běžně zpracvává na výkvky velkých hmtnstí energetických zařízení. Vliv bsahu jedntlivých prvků danéh typu celi na přechdvu tepltu a také i na křehnutí celi jsu zřejmé z br^l^g. Přes dsavadní, plárně rzsáhlé údaje vlivu nečistt na křehklmvé vlastnsti, zůstává řada tázek dsud nejasných. Celý prblem škdlivéh půsbení nečistt je spjen s jejich rzlžením a kncentrací na hranicích půvdních austenitických zrn a strukturních fází. Při kmplexním hdncení je mál zanedbatelnu řada dalších činitelů, které je mž-
- is - Í;Ů rzaélit d těcht základních skupin: 1. Druh a mnžství nečistty (P, prvlc neželezných kvů- Cu, 3n, Jb... ) a Ji. Jde tedy převážně rvky ferittvrnéh charakteru 3 uzavřenu blastí V^, s výjimku Gu. 2. Typ celi a bsah jedntlivých slitinvých prvků..1. Velikst půvdníh austenitickéh zrna. 4. Pdmínky tepelnéh zpracvání a tepltní expzice při prvzní explataci.!?. Pevnstní hladina celi. 6. Strukturní charakteristika, typ karbidů, jejich slžení, rzlžení v celi a stabilita. Stanvení, případně psuzení přípustné hladiny nečistt je nutn hdntit v plné šíři s psuzením stupně závažnsti jedntlivých činitelů. Úspěšné zvládnutí celé prblematiky je spjen s dknalým pchpením a znalstí mlchiinizmu půsbení nečistt. Z tht phledu je závažný i vývj názrů na tut prblematiku: 2 ) Nejstarší terie MeLeana a Hndrae ' vycházejí z předpkladu, že rzpustnst nečistt na chráničích zrn je vyšáí net v základní hmtě a je funkcí teplty a dby expzice. Guttmann vychází ze suběžné (synergetické) segregace nečisti a slitinvých prvků na hranice zrn a předpkládá jejich vzájemnu vazbu a tvrbu intermatalických slučenin. V Max Planck Institutu dšli v nedávné dbě k závěru, že interakce nečistt (P) a slitinvých prvků mé zanedbatelný vliv.*>-".rzhdující význam zde mé půsbení interstitických prvků G a N na bsazvání hranic zrn P, případně dalších nečistt a také chemická interakce mezi slitinvými prvky a C a N. Za těcht pdmínek segregace nečistt na hranice nízklegvaných celí je Bpjena a vlivem slitinvých prvků na ^ictivitu 0 a»«.
V tu;jnvt\jůí prrtci pak Guttmann aj. ' upřesňují mdel intrkrystalické se^re^ace a vycházejí z interakcí nečistt a :: 1J t.'nvých prvkfl, včetně 0. Předlženým mdelm dkazují, ž' 1 (fiih'tika Ki'^rcfucr je; vlivněna pměrem intc?rakčnícb energií slitinvých prvků n nečistt na hranicích zrn AMT a v z.-ik) iuir. í hmtě (i^j- Za těcht pdmínek byl mžn dkázat kmpunzačni účinek néktrých slitinvých prvků půsbících prti r.jter.a.ei nu hranice zrn (Obr.3). Prkázal se také, žemn n Ni nemají žridný kmpenzační účinek, zatímc již malé přísady W, V a Ti mhu být vysce efektivní. Na druhé straně vyrkíi íiciriitn tčchl prvku k G a N neguje jejich pzitivní lich; n.';ti. Untinvácikv aj. dkazují, že karbidtvrné prvky v tutn'm rztku zvyšují rzpustnst nečistt. Snížením jejich, vyvlandh tvrbu kerbidů a jejich precipitacl na e zrn s rzpustnst nefistt snižuje a t vede k jejich rlij'uzi na hranice zvn a fází. U Gi-Ni celi se udává přadí účinnsti a stupně zévažn;;ti na křhnutí v prnru: wh : ;;n : P = 2J : 18 : 4 Naprti lmu u GrM celi je účinnst jedntlivých prvků 9) dnnc pmérem: V :.ib ; Sn - 10 : b : 4 Tyt údeje jednznačně ptvrzují závažnst chemickéh ;ilžení, respektive typu celi na účinnst nečistt. Znamená t tdy, že u každóh typu a slžení celi je nezbytné, pdle /.íivužnnti prvzních pdmínek a pžadvané prvzní splehl i- víiti, předem experimentálně stanvit účinnst jedntlivých nejistt na křehnutí. Jen tak je mžné zabezpečit efektivní výrbu celí a suběžně zajistit vysku prvzní splehlivst
- 20 - jjeunctlivých kmpnent. '*. praktickému řeéení tét tázky ne*".- i 1 :;užit výpčet přechdvé teplty FATT(P,G,H), neb jeh mdifikace \ 0 (?, G,H). Funkce P vyjadřuje stupen bhacení hranic zrn ne- 5Í3"cta.nii ř G velikst půvdníh austenitickéh zrna pdle A-T;Vi a K tvrdst celi. Za těcht pdmínek je mžné experimentálně věřit nejen přípustnu hranici bsahu nečistt a jejich závažnst, ale také i přípustnu velikst zrna pr dar.cu iirven pevnsti. V suvislsti s půsbením nečistt neželezných kvů si zasluhuje pzrnst i Cu. Předepsané nízké úrveň jejíh bsahu pd OjlOCu, může být zdrjem btíží především při aabezpečvrtní vhdnéh vsázkvéh mazfceriélu. Závažnst Cu je nutn hledat především v mžném vývji pvrchvých trhlin při %vá:-ep.í za tepla. ' Na druhé straně mažeme předpkládat mezený vliv předepsané úrvně- bsahu Cu na základní pevnstní vlastnsti a hdntu nárazvé práce. Napak v blasti teplt prvzní expzice tlakvých nádb při 300 až 350 C přechází Cu částečně jak substituční prvek d tuhéh rztku, Může tak vést puze k zanedbatelnému zvýšení pevnstních vlastnstí. Na druhé straně nejsu zde pminmtelné ani práce, pdlí; kterých :Ju vyvlává křehnutí hranic zrn. ' i<^ Zdá se však, že jeh účinek při dané úrvni bsahu a předepsané pevnsti bude na vývj křehksti zanedbatelný. Závěr. Vhdné knstituce chemickéh slžení celí pr výkvky velkých hmtnstí je jednu ze základních pdmínek vlivňujících nejen zpracvatelnst, ale především také užitné vlastnsti a prvzní splehlivst. Z hlediska zpracvatelnsti je t dsažitelnat ptimálních struktur J. nhpiu. ^i-atik,
- 2l - vlivrňiých prkalitlnatí a pdmínkami kalení a v nepslední r/ul< i ;:pl ehl i vň svařitcln.mt. Otevřeným prblémem zustávrt ix-jit) firilfinixiiř úrveň bsahu nečistt a jejich skutečná iír-v.'ň, vlivňující eknmii Yýrby těcht celí. Na druhé :;tr:in<- I j. i úmimut nečistt na křehnutí celí, vlivnňné nejeti pfjmínkami tepelnéh zpracvání, velikstí pňvdníh ulcitcn i I irkóh zrna, skutečnými strukturními charakteristikami, pvn:;tní úrvní a samzřejmě také pdmínkami urvzní f!xpli:tuce. ij tím je nesprně řinjena i tázka.stability karbitli'i, k I'Tt' ve spjní 3 knstitucí celí jsu zřejmě k l í č - v./!ii prblémem pr bjektivní FOtf'izvanX účinnsti nečistt. Li traturii: 1/ I'i«hl K.H.: Stáhl u.eisen 95(1975), č.18, str.837 až M/,(. - ;'/ OleTjnl I.: Intern.Metals Kew.231,1978,č.4,str.l49 «/ It J - i/ GLitt.ma.nn M.:urr.Sci 5J(1975) č.3,str.213 až 227-4/ Krhnrt li. a j..-archiv Eisenhiittw. 52(1981),&. 11, str. 451 až A'n> - '>/ lirtinft H. aj.-flfletal Sci 15(1981),č.9,str.401 až 408 - (>/ tiuttmunri M.aj.: Met.Trans.13A(1982), č.10,3tr.1693 až 1711-7/ ll.:!ínov.v'ikv.lu.i.nj..-ťizika Met.i Metallv.54(1982), č.6, iitr.uvj»?. MuO - fv líriant O.L.aj.: Intern.Mt.Rew. 232,1978, ř. 4,.'it r. 164 aň 199-9/ Tafcamtau T.aj..-Trans.JJ1J 22(1982), č.i.,:it I-.434 ní. 441-10/ Takayama S.aj. :Met.Trans.11A(.1980, f,9,:it r. I 5J J nž. l'pjo - 11/ I-teneš F,.-Oceli-výrbní prgrsun, I.'/kuši-bní nitd.y a jakstní charakteristiky, TGVUH Praha,1979, ;' :iv. - IV ^chnewlf G.a j. : Neue Hiitte 24(1979), č. 12,str. 462 n:-. 4<ib - 13/.Jackíin W.J.aj.; Metals Technlgy 5(1978),č.11, str.jhl a-?. 390-14/ Hasegaw M.aj.: Tetsu t Hag.60(1974), c.m.í-.w-.io 1 ) ní- 110 -
Jakstní charakteristiky_eeljc_gr_tlakvé_nádbj Tab. I i?ř«. ' 8. typ celi1 stét ' značka celi ' pužití' - ca max- /mm/ i 1 i. - i i 2 r - lánnim USA A 533 ~ ' Francie ' třída 1 1 USA 'A 508 1 Francie třída 3 1 NSR Jap, Ndfi Jap plech 1 afi R vývalky ' 88 ' 5 ' 96,7 55,0 i 0,60 161,3 -.!_..!- i i i i i i (Výkvky, 54,0, 107,2 58,0, 0,65, 164,9, r -, - - - - i - - - ' 22NiMCr37 'výkvky ' 75,0 i i i jvýkvky 132,5 J 108,0 J 59,0 j 0,64,' 168,7 113,0 60,0 ' 0,65 174,3 ' i i i i KS I 15Gh2MFA (výkvky ( 18,0, 203,0 ( 145,0 ( 1,04! l 9 5 ' 2! \ 1 1 r. i < : 7 f 0 LO CrííV GrNiMV i SSSR i i i i _, USA r i i 1 i - r t 18Gh2MFA 25GhMFA 15Ch2NMFA 15Gh2NMFAA A 543 x/ Mn max./s jnax. ~ i~ ~ ~ ~ i výkvky 'výkvky i,výkvky_ ivýkvky (výkvky 1 i j i i i i i 18 18, - - i _, _22 A 5 45,0 40, x/ 226 _ il 304,1,0 260,6 i 260,6, 453,4 i~ i i i i t i 165 245,0 205 205 340,0,0»9, i~ i i i 1. i i i i 0 0,06,18,93,93 0,97 ~i ~ i _ _ i i u i 213,3 257,7 280,2 280,2 467,4 - j 1 i i i
* «1 * n _ * s S0 0» {~ i \ - T -- i 1 T i MAiNír \ m \V \ m ^^ - - s s, s * - / f / ; 1 J 1 i MAM* I v> V tm% 41 i t n j 4* VI jv,'r,ni,m a r.truktury na přechdvu tepltu FATT u CrNiMV celi s j,í>ni - 0,?5 až O,3C3i - 0,015P - 0,007;Jn^^Hp 0,? - 700 MPa. KATT - f/w/ při 3,4Ni - FATT = f/ni/ ři l,80r H'AT'1' - f/m/ při l,85cr a 3,ó5Ní..; 9 t U 4/ # 4f 4* u *š4air i Ola-.,' - Vliv Gr,Ni,M na ppuátěci křehkst CrNiMV celi A FATT = FATT(stup.chlaz.) - FATT (6OO C/vda).
ó 32 E * 26 > MÍT blast kmpenzace Í f ie -J12 bez kmpenzace 0 2 i* 6 e 10 12 Obsah N viikladní bmtř x^ (at%) Obr.j - Vztah mezi kritickými hdntami interakční energie v základní hmtě ^>^p a rzpuátěnéhc M bsahu X?" s kmpenzačním účinkem Mna P. Křivka dpvídá rzpustnsti O,O1P při 500 G.
s'oliovtlíiní z/ikladních FYZIK/ILNÍ ÍI^T^LURGICKÍCH CHARAKTERISTIK OCiiLÍ TI J AKO\T^Cřl NA"D0I3 VVliK 440 Á 1000 ln,.".. VlníJiiuír Černý, CJC. - Ing, Jiří Zt:; k.p. SKOÍM Plzeň Brynda V přífjpíjvku je uveden prvnáni základních vlastnstí ucelí pr trikvé nádby reaktrů WER 440 a 1000. Z výsledků lze iiudit, že cel 15Ch2Nl.Ii^ (VVE1Í 1000) má ve srvnání ÍJ celí 15Chl'i".I''A (WKH 440) vyaaí prkalitelnat a tím i lp.ií M rvninr:rnjdí mechanické vlastnsti, ale zárveň má zhřknu dlnst prti degradaci mechanických vlastnwtí vlivem tepltníh s radiačníh zkřehnutí. Tut skutečnu t ji; nutn kmpenzvat vyskými pžadavky n'i či3ttu celi lt>chí'wmfa především z hlediska pvrchv aktivních nýf.h prvků. l.jjvu TcJinl/^i výrby tlakvých nádb (TN) jaderných reak- Li'ú musí 3 dstatečnu reprdukvatelnstí zaručvat pžailvinc hdnty mechanických vlastnstí ve značnč velkých prřezech p dbu jejich předpkládané živtnsti, tj. p dbu io až 40 let. Pužitá cel 3e prt musí vyznačvat c njvy;'::-.í dlnstí prti radiačnímu a tepltnímu zkřehnutí, ěhij, lze dsáhnut jen při dstatečně nízké kncentraci pvrchvě aktivních nečistt P, b, Sn, As a Cu. Rvnž.Jíry musí být c nejnižší, nebí sirníkvé vměstky - ve vycezeninách - výraznů zvyšují aniztrpii mechanik.vh vlautnatí, snižují huževnatst?cli při prvzních tplt.i'ch ÍJ způsbují vážné prblémy pří svařvání či nevařv«n:c. Uvázíiuc-11, i;c metalurgicku čisttu celi je dnes třel>n tldriíet při hmtnstech ingtů alespň d 200 t jsu vyské n/irlcy n-i kvalitu výrby a lití celi více než zřejmé. Nezbytný pžadavek na rvnměrné mechanické vlastnsti ve velkých průi^zch (n?»př. u TN VViJK 1000 v průřezech pltvri. tlu"rlkúch sťmy 240 aií 680 mm) může splnit jen cel
- 26 - /vznačující se vyuku prkalite.lnstí. Jetenainujícím ťukti-em vyberu vhdnéh typu celi je vsak avaí-itelnst /I/. 'i'uv.'jfak je třebs chápat nejen jak citlivst ke vzniku trhlin během uvarvání bez mimřádných technlgických patrní, ale tu];ó j: :.k citlivst k metalurgickému pškzení, Atré může véut ke vzniku trhlin až při dalších technlgických peracích. Typickým příkladem jsu tzv. žíhací trhliny, které vznikají v tepelně vlivněných blastech svarvých Dyjů a név;.-rů až v pi^ůběhu žíhání na dstranění pnutí. Kízkuhlíkvá bi.initická CrWiMV cel 15Ch2NMPA, určená J: výrb? TN luhkv-lních reaktrů WKlt 1000, byla dvzuy. z CrMV celi l^ch2í»ifa (celi TN VYuK 440) přilegvóuíi.i ziir'uba 1 v. Ni a aniženiin. maximální kncentrace vanadu z 0,J n^i 0,1 %. Pdrbněji je chemické slžení bu celí j x i';ci;.'ikván v Tab. 1. I.íim t je v tabulce specifikván základní tepulné zpracvání (zuálechívání jedntlivých pltvarů) fa auiiíární re2imy dplňkvých tepelných zpracvání, vyplývá jící cli z technlgie výrby TN (svařvání dílů a GOKCÍ a navařvání vnitřníh pvrchu nerezavějící celí). laudme dále, d jaké míry vyhvují zmíněné cele vyrábnú v kncernu SliODA některým základním pžadavkům, kladeným na tyt materiály. Na cel 15>CII2K;.ÍÍ<VL jsu kladeny vyááí pžadavky jak c d úrvní pevnstních vlastnstí a pi'echdve teplty z hul.evnbtčh d křehkéh tavu, tak c d rvnměrnsti vlastnstí v průřezech jedntlivých pltvarů. Pr srvnání : TN W::JK 440 ue vyrábí z kvaných prstenců, jejichž tlušíka at^-riy (před základním tepelným zpracváním) Činí 190 až JtíO an, zatímc při výrbě TN WiiR 1000 budu pužívány prsiuncc tluálkách stěny 240 až 680 mm. Z výsledků uvedených v Tab. 2 je zřejmé, že při pužití uhdných výchzídi inctů (I 135) vykazují tzv. hladké prstence vyrbené z celi 15Ch2NMFA při vutjí tiua'tc«ctěny
(LMO prti 190 mm) zjevně vyásí hdnty H g 2 a R^ při arvnwtclných hdntách A5 n Z, & t zejména při zvýšené tepltě J50 C. Také hdnty vrubvých huževnatstí KCV v intervalu teplt -20 až +20 C jsu v případě celi 1'jCh'tlUiiiFh zřetelně vyá:ií, čemuž dpvídají nižší hdnty přechdvých teplt T,. zku;;enati z výrby TN TVER 440 však ukazují, br. 1, že 3e vzrůstající tluštku stěny se maximální hdnty vrubvé huževnatsti (hrní plat) ve středvých partiích pratenců pněkud snižují a přechdvá teplta T k mírně vzrůstá. Vysvětlení lze nalézt ve struktuře. Zatímc prstence tluáíce stěny 190 mm, br. l(a), měl ve středvé partii strukturu ppuštěnéh bainitu, u hrdlvéh prstence :) tlušťku stny 380 mm se ve středvé partii vedle ppuštěnéh bainitu vyskytval asi 24 bj. % prceutektidníh i'eritu» Pdrbnější atudium ukázal, že při nízkých kncentracích uhlíku může v takvých případech pdíl prautektidníh raritu ve struktuře celi 15Ch2MFA případně i přesahvat 40 % ~ a dpvídajícím negativním prjevem v hdntách vrubvť; huževnatsti. Metalgrafické hdncení charakteru lmu T strulítury v blízksti lmvé plchy p rázvé zkuáce hybem ukázal, 2e příčina spčívá v nízké dlnsti feritu prti křehkému štěpnému prušení, četné transkrystalické mikrtrhliny v zrnech preutektidníh feritu v blízksti lmví; plchy, br. 2 (a,b), a absence pdbných trhlin v biinitu t jednznačně prkazuje. Detailní. 3tudium struktury feritu techniku elektrnvé mikrskpie tenkých flií dále ukázal, že v preutektidním feritu e vyskytuje vyská hustta překvapivé jemných karbidických částic, čast uspřádaných v řádcích neb pásech paralelních se stpami rvin {loo}, br. 2(c,d). Tak např. velikst čá3tic (patrně V.C,) na br. 2(c) činí asi 25 nm při vzdálensti mai řádky 80 až 100 nm, přestže cel byla ppuštěna při 680 C p dbu 31 h a pté žíhána (technlgické režimy) při 665 G s celkvu prdlevu 90 h.
<ie znám /2/4/, že uvedená distribuce jemných karbidick.ých částic ve feritu může být velmi stabilní (zvláště jd-li karbidy Ti, Nb a V) a vzniká mechanizmem precipittíc na ruezifázvém rzhraní austenit - ferit již během růstu preutektidníh feritu při chlazvání z austenitizační teplty. Mžn říci, že rychlst tét fázvé transj.'rmac uvedený nrecipitační prces výrazně zvyšuje, nebí kncentrační gradient uhlíku v austenitu (před transfrmační i'rntcu) se jím snižuje dalek rychleji, než by se snižval difúzí v eu3tenitu na dluhu vzdálenst. Výsledné pásvá distribuce karbidických částic pak vede k vyšsí náchylnsti prnntektidníh feritu ke křehkému štěpnému prušení, cž nuvíuí jednak s vyiásí tendencí k tav. hrubému skluzu a jedn-ik c; sní/.ním efektivní pvrchvé lmvé energie na rvinách typu {loo} /4/. zkušensti c celí 15Ch2NIJFA jsu v tmt pdstatní; lepiíi. V kvaných prstencích a deskách tlulkách steny d 330 mm nebyl preutektidní ferit uve-..ienúh typu dsud nalezen. Byl zjištěn zatím jen ve středvé partii pra tence tluáíce 700 mm (17,5 % ), přičemž d vz'j;llcn3ti 200 min d bu chlazvaných pvrchů pdíl pruutktidníh feritu v základní bainitické struktuře nepřevy:iv'jl 1 '/>. Vy:i. ; ií prkalitelnst a lepší technlgičnt celi J.>0.hi!Nki!'*i vcj srvnání 3 celí l!?ch2lii' 1 A vyplývá i ze srvnání Mul diegrr.mů bu celí, br. 3«Je zíejmé, že všechny tr-.nai/riaační teplu Ly celi lých2nufa jsu psunuty približnc 100 C směrem k nižáím huntám a feritický "ns 11 je výr-"znii psunut nuiěrem k delúím íasům. Prt má cel určená pr TN VViili 1000 vetáí předpklady dsáhnut rvnměrnějších (b'dtiitickych) struktur a vyrvnanějších Mechanických vlastnstí vc> včtších průřezech* Nižší teplta M pak umžňuje výrazně sníiiit tepltu předehřevu px'"i svařvání na 150-25 C (prti 350-50 C u eli 15Ch2MPA), cž výrazně zlepšuje pracvní pumínky a usnadňuje nezbytná technlgická
J'ri pmalém chlazvání z teplt vytích než 600 G acl)c pi-± dluhdbá expzici v intervalu 350 &'Ý, G00 C může u uíaklcgvsných celí djít k výraznému zvýšení přechdvé Icplty T, v suvislsti rzvjem tzv. vratné ppuštecí křehksti. U celí TN jaderných reaktrů mů2e tedy djít ke zkřehnutí tht typu jednak již v prcesu výrby (rychlat chlazvání při knečném žíhání na dstranění pnutí ncmí převyšvat 50 G/h) a jednak při e:a)lataci nádby, k([>. r.'iai*ice imiže (i při nižších tepltách) rzvj vratné l<[)u'ítcí křehksti výrazné" urychlit /I, 5, 6/. Je jednznačný prkázán /7, 8/, že intergranulární /.k rh nutí tht typu vyvlává segregace pvrchvě aktivních ni-iutt - ť, ó'b, n AS (a patrně i Cu /6/) na existujících hranicích zrn (v připadá ppuštěných bainitických a marten- :jitických rrlnjctur na hranicích půvdních austenitických zrn). J'1 1 ti vúalc rvnííž, Ze stupen zkřehnutí, vyjádřený psunem průchdvé teplty A 'Ar 0» J e za O 13-11311 stejných pdmínek (r.!)(.",!cc a kncentrace nečistt) velmi silně závislý as zál:.l'.'iníiu cheiiilckóm ulžení celi. Citlivt ke zkřehnutí celí l^ch2ivifa, lí>ch2nl í lfa e pr Mi-nvnání i :;ilní! prkalitelné anerické celi A 543, jejichž i.:lm:i.iickc lžení s\ aplikvsné tepelné zpracvání je uveden v T-ib..), lze; psudit pdle zmihi tepltních závislstí náraz-vc' práce 1CV v čtyřech základních stavech : - [> chlazení z pslední ppu.tčcí teplty d vdy; - p tzv. a i.uj)ňvitém chlazení (viz. Tab. 3) ^ tét teplty; - p chlazení v peci rychlstí asi 30 C/h; - p chlazení v peci a následující expzici 500 h při 500 C. Oc«li byly vyrben^' jak zkušební průmyslvé tavby apetechnlgií vyvinutu v k.p. SKODA Plzeň pr účely ; nrctiky /9/. Experimentální materiál celí.l'.;c'h;'i..i.''!k n a 54J byl debrán z desek tluiííce 200 mm (inyt 1 <Vj) -i materiál celi 15Ch^NMFxi z deky tluáíce J20 mm (1 70). i'rcutektidni I'erit nbyl ve struktuře žádné z celí
UiJiienó výsledky ukr.zují, br. 4, že mimřádně vysku ui lnuti prti zkřehnutí se vyznačuje cel 15Ch2MFA, která v v.:ch ť věch vykazuje přechdvu tepltu 1V O (47 J\ = - t J0 C«Oc<:l 1'jCHí'NI.lKi. ;JG tni pfi ni23í kncentraci nečistt jíž tai:»vi'ii dlnstí nevysnačuje. Ve stavu stupňvité chlazvaném u l.' t celi dbil k psuvu přechdvé teplty prti stavu tliu ve vdě & T, = 20 C. Ocel A 543, která p vt; vd."- mla přechdvu tepltu nejniž&í (T, /«,-, j> -1OU U»J), lžu hdntit jsk mimi'alnu náchylnu ke zkřehnutí..již ;) chl- iic-ní v peci vykazuje ^T. = 110 C a stejný tu-,'ň :-,!: hnutí vyvlává ddatečná expzice ^00 h při 500 C... Li:,>íivitú hl'izuni vedl ke zvýšení T. prti chlazení i O i.i vd.y djúnce 26^ C (T k = +165 C). V tét suvislsti : Lji z\ ziaínku, : <!,e jestu výraznější zkřehnutí pzrvali ii celi.i b'l.i (j) stupňvitém chlazvání) Jshi, Palmberg..<tuin / / L'M): rzdílné chvání nelac v;,avetlit jen rzdílnu!:uii(:ci] Lrncí nřiatt ani 3 i)!-ihlédnutím k mžnému nebátivuíiiiii vlivu ju'm^nu a kiemijru.r'ausujeme-li tent vliv např. pillc n-'ilc iu,jících ui^ívinych ki'iterii:.n I.' n \i-: a i.!!./11/': J-jVictr - (;.ůn + %^i).-: (ví' + %ón) x 10 4, t.re.i- :.>.iii,: /?..'/: ii-,. O,.:lWCu) ; 0,/ 4l'^J) h KV-ť) + l,0(^as) -i- ('lni r. ÍIK. liuflt; L / ].,; (,. ^n) + i!, 7 ('/ Jb), aji-u-'ii.. 543. -/..-. U>i- : ÍOU 70 li!4 '-I- : L^O'JU 0,038 0,085 J i;rc,)m-f /-> cel n 5-'i.i md 3ice nejvya.;i Icncentraci rii;i-i;: Lt, v nk pr.'id jcjtl v r.-.imi specifikace udávané prc ucf.il Til (J-i: kl,i.r <150). lí-ipruti tmu cel l l^ch2k;.if<i má hi iii-uiiti'-'.ci ncjčijtt aejnii;:ií, a pi-est vykazuje určitu iimch.yiriuijt Jc zki-uhnutí. Vysvětlení je tedy třeba hledat \n cjdv.ííhi v kncntraci ledujících prvků, a t zvlóátč n.li. J.u. v-.n'lflu.
- 3l - J jirjrázún /"I,/, ae nik! dbnu jak i-in a.31) ijti/'ifi-v-iuje ne. hranicích zrn splečně s atmy nečistt (P, 3b, in) v,ýrny.n>i zvyšuje daiiený utupcň zkřehnutí. Přítmnst i:hr-cti.. pmk n'.'vie prces zkřehnutí muchluje & bývá mu prt p. j-iii;ivrtn'> I'le k-.itíiljzátru. Naprti tmu mlybden, zvláái. v l-.i.ibinici a VI, Nb neb V /lj/ rzvj vratné ppuátccí l:rhl,;li inhibuje. Tím lze vysvětlit, žie cel lichzniili'a, kinrá prti cli l'jch2líf*i bsahuje asi 1 S> Ki (při yýrazns iinlii'inc knciilrnci v m.'-idu) vylezuje i při nižuí kncentraci iujii.vlt ji.-;ty.:ln ke zkřehnutí a cel A 543, která bsahuje ji-. :. t(':ia> i- -i;. J-íi a nuní ledván.-- V, Ti ani Nb, je ke :iit.-linutí vclui ^iln^ náchylná, přestže bsahuje *** 0 f 6',í: I.í. Vliv mlybdenu, zvldatě v suvislsti se zkřehnutím vyuým ae/jr/^cí :"i'ru u celí typu 2,'J.'j Cr - 1 U, byla v ijalcánl Ubč věnvána velká pzrnst /13-16/. Byl ukázánu, i'. mlybdn přítmni? v tuhém rztku úinne brání uc.ť.ruť.hcí J'i'ru n- hi'-.i'icich zx^n a tím značně mezuje n.jcflatčjdí pi-íčinu rzvje vratné ppuátěcí křehksti v kmerčních celích. Uvedeny vliv vnak může byt zne.čntí slaben prcci iitmcí mlybdenem bhatých karbidů (zvláátž MgG a lá^c). Tmu lze zabránit sníiicnim pměru I,I:Cr v celi neb přísa- <lcii pi-vkii u vyu.ií l:«rbidtvi*nu schpnatí neií má mlybden, t.i. Ti, Nb.". V /l.j,14/. Byl též prkázán, že pj'isada niklu ilu cli 2)*.: K j Cv 1 i.i a Vjiiíii kncentrace I«in a Ji v celi.ju.jí náchylnst k zkvehnati výrazně zvyííuji /15,ló/ 1 th.j-:'inzntt n( v : vyplývá, Se při shdné kncentraci nčiatt v ucelí UrMV, CrNiUV a NiCrl muaí v uvedeném přadí náchylnnt k zki-qhnutí nutne vzrůstat, jak ptvrzují i námi claaiií/n- vybledlí,/. V./i>lývá z th vííak i jiní? důležitý závěr, ttiž zdúv'.n -ní vy;;;ích pžiniavků nn čisttu celi 150h2íJMí'A ve arvii ui.- celí l'^chtllll'vi. ZCJI.V. analgicky vyplývá 3tejný pža- (!.'ivt.-lt i z prvnání citlivati bu celí k radiačnímu zkřehnut/, nbl j.'-ilc iilcía-ili Niklsjv ^ JJsdauin /i>/, atupeň likj'lmul.i vyvl ný zářením při tepltě 300 až J50 C se s p/í.i.-idu niklu (d l t 6%) k celi 15Ch2MFÁ zvyňuje stejnu libru j'ik ijtupň zkřehnutí p iztr-rmické expzici při
li'.lť' L)OU'C (v bu px'ip'ridech ve spjení se zkřehnutím 1'f.nic zrn). ÍTtiíe v bu případech je příčinu zkřehnutí!)'í Lmn^t ;;íiciri,vch nečistt (P, Jb, '^n, As, Cu), lze sudit />/, VA: «lcwpň u ji:jtú míry je ze zkřehnutí dpvědný :;luj.in,y mcch-mizmu3 veducí k sc^regr-ici nečistt na hranicích v, cn. U celi 15Ch2UI,lFA určené pr výrbu TN VViiR 1000 lze <!<>;;;ihnut ví- 1 srvnání s celí l^ch2mfa vyňí^ích a rvnměrn,i.-'ií0.11 hdnt mechanických vlastnstí, cň suvisí s její vy '; í prk. r :liteln3tí. Nepříznivý vliv výskytu preutektidiiíli^ feritu n". dfj^hvané hdnty vrubvé huževnatsti je n culi l^ch^ílwfa d tlušťky atny 330 mm zcla eliminván t p.'i v ;. tijích tluuiiijcách výřasní mezen. Velmi významnu vjhdu tčt celi je také t, že z hlediska svařvání je l.'.?chn l..^ičt [!c\ druhů.'jtrane 1 je cel VjChZMlFii náchylnější k tepltnímu 1 r«tji n.i':nímu zkřehnutí nez cel 15Ch2i.IFA, z čehíí vyplývají zvýr-cnó pi.mlavlcy na čisttu, zvlustě pkud jde kni.r'ici ~>b,.in, us a Cu u radiačně expnvaných dílů. CK,.i.C. - :;ijjakdj,ll.c. : Mucl. i^nerf^', 19 (iyoo),j4 /,'/ tloilúyco..lú,,u..,.li. - PICICliiiINGjP.a. : Met. Trans. JA (1V72), 1099. / ;/ IJ.'i'Ti'lj.i.j;. - IIONJÍZCULIDUJ!, li.vi.k. : J. Irn teel Inat., :!! (1973), cb4. / / / i : :ihň01w,.,u.\l. : í.let. Trans., U (1973), c'/ál. / ' / lixi.ol. l,//// > V... - ;j.ij}/jjii;, V.I. : Izv. Aj:k«d. Nauk "Lletftll./", H. 2 (1975), 126. / (>/ 11.L.^tl.V., il# li. - KAK^JIMU,!!. - KTJJUNOKIjN. - JUZUKI,K. : 'j.'rnnri. J.nn. Inct. Iviet., ló (1975), 541. / {/..,c.;.i/i[10i:,c..l. : Untcp. Jci. Jin^n., _J_ (1976), I2J.
- 33 - / ;;/ :u;taíít,c.l. - UAlJĽiťJI,J.K. : Inter. iíethls Reviews, N.4 (1978), 164. / 'J/ UOCiiKjJ. - iú'.'i'ka,:.;. - JííiÍLiifJ. - Jlii.iiijJ. : 3b."Oceli a slitiny pr jadernu ener^tiku",plzeň, 1979, tívzij ľjkda, 3.21. /1O/,iuJľll f.i. - PALĽulĽiiíGjŕ.V. - TKINjJJ.i 1 '. : Lietali. Tr'-ns., CjA (1975), 2161. /I.]/ <Va'l'itI. : ii'iw,j. -.illbijjojj. - Í.IUfLa-:AiíI,J. - ADiiGHIjT. - i.jiki,:j, - I,ir/AH,K. : Unpublisned research, J^jjan Jteelv/rks, Aiurrsv/, Japan, 1974. /!; / liiuwih,j.bl. - KING,B. : "tres relief embrittleiaent in Mri-lii-íi prsbure vessel steelc", CnJ.'. n Grain J3undaries, Jersey, April, 1976. /.IV WUjiJ. - i:c.ml)ou t U.J. : Hetall. Trana.,14- (1983), 1101. /14/ YU,J. - fcldiijlon.c.j. : lietali. Trens., 11A (1980), 277. /Vj/ 1b,J. - McimllONjO.J. : Lietrll. Trans., llú (1900), 291. /lij/ McUAHONjC.J. - IiÄJftZ/v,J.C. - GtíNTNiR.H.H.: J. ngn. iiater. and Technl., 104 (1902), 241.
1: Cjií-.i'.-- C C,Ij - L io C, ^0-0,60 0,17-0...7,C c, c _; Cr 2,9 0 - j j -- '^.. I. c 0,5C - :,; C, J; C,lj - C,15 C..SC - 0,17-0, J7 0,02C C,02C 2,3 i,c - C,pC - 0,70 0,10 Základní tepelné spr^ccváni ckí raži-:y iííliání p.-i vý^-cbc. 3: 1000 C/lsj - 680-720 C/vsCuch 6óp ^C/31-90 h/cchl&zvání v psci S'20 C/va + 650 G/vzduch 520 G/2^ h + (1^0 C C/LG h/chlaacvání v nec:
2Íbulks č. 2 -arcvuání z=hanicl^vh vlastnstí celí l?chíl-ľ^ s ibchzlľll?.-. ->z celkvé- ts^řlaé-u. zpracvání (.včetně teshnlc rickych režiaú pcpustšní?c svařcvání Tli). 2O C 35O C Ť., - /upe/ H a /ĽPa/ *5 A/ Z A-/ A5 A/ 2 A/ 15Ch2ĽFÁ - hlsike prstene* s I 135;střední hdnty a str. 521,2-13,3 638,3-13,0 22,4-1,9 74,2^0,8 456-20 532-15,9 17,1-0,8 72,5-1,2 kvadratické dchylky 1) 150h2Ul&Á - hladké prstence z I 135;střední 532,6 698,0 22,3 75,9 522,7 601,3 17,7 70,9 hdnty 2) 1) Statistické vyhdncení výsledků z přejímek 30ti pltvarů pr tiskvé nádby reaktrů WEH 440. 2) Střední hdnty z výsledků přejímek pltvarů pr atestační a svjvací práce k TI, T reaktru WER 1000. Ol 15Ch2MFA 15Ch2NLIFÁ 1) 2) KOV /J.cm" 2 / -20 + 20 122^40 232Í34 253,2 261,1 %O ^ 59 J.cn"^ 50% HL -42-11 -23-15 -71,3-41,3
- 36 - i 15Ch2MFA OBALOVÍ KftlVKY NAMÉŘtNYCH MODNO1 KV V PBÚBřuj TIPIOTNHO STÁHNUTÍ VYC.Hiyi '.TAV n - rxnh.fo 113000 h A ISOTdOOOOn " 1 1 TtPlOTA. i?00 1 ' '1' 'JVi ój n..li:.- 15Ch2MFA OBALOVÍ KMVKY NAMĚŘENÝCH HOONOT KV VPRÚBČHU TEPLOTNÍHO STÁHNUii O VÝCHOZÍ STAV A 3bďCM000h 350*C/3000h A IWC'lOOOOh 2CM I _.. L. 300 TM'IOfA ( "(. J 1----11-1 tlnu..l!:'-: j_; ana (i/;- i 1 ', 4'/.. lu'utki.ii'.nih i'ri tu
- 37 - (b) (d) Obr. 2 Tranflki^stalické štěpné tr!, jreutektidním feritu p rázvé zkuš-.,.. OÚU (a,b) zřejmě suvisí 8 vysku husttu jemných karbidick^ch částic (c,d) - cel 15Ch ; ' ; '.!.PA.
1000 Q_ UJ»-- 300 200 100 OCEL i5ch2nmfa 15Ch2MFA 0 CAS 10 1 i i...i i i i 10- I 10 4 [s] 1 2 A 6 10 20 40 6C 500 ínr.in] J 1 2 A 6 10 fhj i Obr. J Prvnání ura diagramů celí pr TN reaktrů VVEH 440 a 1000.
~hezlz.:é slžení slzccianvch celí. Csel ^ ~- i :_n C,6C 3i P C, Jl^ C,015 Cr 2,50 :ii,:c~ Líc 0,71 0,25 C 0,0073 Gu 0,10 n 0,003 ib 0,001 C,0C5 15-h2IÍI^.?.T. 0,14 0,45 0,25 0,003 C, 007 1,53 _, - _ 0,55 0,003 0,04 0,002 0,C01 -Ó43 0,15 0,40 0,22 0,010 G,020 1,73 3,75 0,53 0.01 0,01 0,10 0,010,:2 C,C12 Tepelné zpracvání: 15Ch2^P* : ljchzlhjfi : 1000 G/lej - 530 C/vzduch - 610 C/30 h + 6ó5 C/45 h/pec 920 C/vis + 650 c C/vzduch + 620 C/25 h + 550 C/20 h/pec i ~543 : 900 C/vda + 640 C/vzaueh + 610 C/30 h + 630 C/45 h/pec Režim stupňvitéh chlazvání : Z pslední ppustěcí teplty se prvádí chlazvání v peci s prdléváni při následujících tepltách : 1 h při y9'j> C, 15 h při 533 C, 24 h při 524 C, 43 h pri ^95 C a 72 h při 468 C. P dsažení teplty nižší jak 315 0 lze vzrky z pece vyjmut.
300 200 I I 1SCH2NMFA 100 ň 701) 100 200 100 i OP, OP*500D500h -100 O -100.200 300 IfPLUTA T [CJ TEPLOTA T CCJ (a) (b) 300 re 201) O -100 '200 >300 TEPLOTA T K] (c) Obr. 4: Prvnání tepltních závislsti nárazvé práce studvaných celí. (Způsb chlazení z pslední ppuštěcí teplty : O.V. - chlazení ve vdě, O.S. - chlazeni stupňvité, O.P. - chlazení v peci).
M3TA1URGIE OCELÍ PRO TLAKOVÉ NÁDOBY JADERNÝCH REAKTORŮ lag.milslav Kepka.CSc, Škda k.p. Plzeň, ÚVZÚ leg.jan Jiraa, li),:.jsef Skála,C3c, Škda k.p* Plzeň, závd Hutě Oceli pužívané pr tlakvé nádby jaderných reaktrů. Pžadavky na baah škdlivých a stpvých prvků. Technlgické pstupy výrby kvářských ingtů velké hmtnsti. Vakuvání celi, zajištění výrby celi ve vhdných pecních agregátech, vývj nejvhdnější technlgie, zajištění vhdnéh tvaru kkil a způsbu dlévání* Metalurgický pstup slévané technlgie pr 200 tunvé ingty určené pr výkvky jadernéh reaktru WER 1000* Hdncení čistty a mechanických hdnt celi u prvých šesti ingtů určených pr svjvací práce tlakvé nádby reaktru WER 1000. 1. ijyd Výrba knstrukčních dílů jadernéh reaktru přináší pr metalurgii pžadavek na zajištění řady nvých, vyšších nárků na materiálvé a technlgické vlastnsti pužívaných celí. Záruka bezpečnéh prvzu jadernéh reaktru je pdmíněna dsažením ptřebných pevnstních vlastnstí celí při prvzních tlacích a tepltách i pr tluštky 600 mm, dstatečnu huževnatstí, tj. dlnstí prti křehkému lmu a nízkcyklvámu prušení, prti růstu vad a trhlin a prti radiačnímu zkřehnutí. K dcílení těcht vyských pžadavků je nutn vytavit cel vjské čisttě, s c nejmenším výskytem metalurgických vad a s velmi nízkými bsahy škdlivých a stpvých prvků. Tyt mhu právě vyvlat sekundární radiaktivitu a tím způsbit radiační pškzení - zkřehnutí, snížení vrubvé huževnatsti, případně dalúí zhršení materiálvých a knstrukčních vlastnstí /1,2/. 2 9 V pčáteční fázi vývje tlakvých nádb (TN) byly pužívány uhlíkvé celi, které však s pstupujícími vyššími nárkv na výkn reaktrů, a tím i na velikst tlakvých nádb, byly nahrazeny nízk- a střednělegvánými celemi /3/. Pr výrbu TN lehkvdních reaktrů se v sučasná dbě pužívá celá řada různých typů celí /I/, při čemž převažují tři skupiny
ealí, které jau uvedeny v tabulce I. Světská metalurgie dává přednst celím CrNiV pr reaktry typu VYtSR 440 a CrNiM pr reaktry WER 1000. Splečným znakem váech uvedených celí je vuak jednznačný pžadavek velmi nízkých bsahů síry a fafru, max. 0,010%. Tent pžadavek je vyvlán nutnstí zabezpečit pžadvané mechanické vlastnsti, především vrubvu huževnatst a dále technlgické vlastnsti - dbru svařitelnst výkvků prstenců TN, resp. navařitelnst nerez výstelky bez nebezpečí vzniku sekundárních pdnávarvých trhlin* K mezení nežáducí sekundární radiaktivity je velmi přísně mezen bsah kbaltu a k zabezpečení radiační stability, tj. k zajištění maximální dlnsti prti radiačnímu pškzení?, a tím i prti zkřehnutí, je dále stanvena mezní hdnta bsahu dalších škdlivých prvků jak je např. měď, arzén, cín a antimn (tabulka II.) Pchpitelně u celí pr TN je pžadván c nejnižší bsah plynů a xidických vměstků. Uvedené pžadavky se lgicky zpřísňují se zvyšváním jaderných reaktrů. 3. Metalurgická gatření ři_vý_rbě kvářských_injjtů velké hmtnsti Prces tuhnutí je nepříznivě vlivnpván rstucí velikstí ingtu. T vede ke vzniku výrazné pásmvé segregace a typických "A" a "V vycezenin. Zdrje segregací lze mezit zvýšením tepltníh spádu v tuhnucích vrstvách a zrychlením prcesu krystalizace. Zásadním řešením tét prblematiky je nepř. výrba ingtú pchdem JSSP neb vakuvým blukvým přetavváním, kde se jedná tuhnutí ve vdu chlazeném krystalizátru s velmi malu vrstvu rztavenéh kvu na předchzí utuhlu vrstvu chráněnu rztavenu strusku neb vakuem. S rstucí hmtnstí ingtů však eknmické (vyské náklady) i technické důvdy nedvlují aplikvat JáSP, i když pr některé typy celí je pužití tét technlgie žáducí a nenahraditelné. Aby se vyhvěl výrbcům velkých energetických elkú, především v blasti jakstních in^r-tů velké hmtnsti, byl nutné zaměřit pzrnst technlgie výrby na blasti, které jakst těcht ingtů především příznivě vlivňují. Jedná se vakuvání celi, výrbu celi ve vhdných pecních agregátech, vývj nej-