НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, Россия:

А. С. Кудрявцев, начальник лаборатории – заместитель начальника НПК по научной работе, канд. техн. наук, эл. почта: kudryavtsev@yandex.ru
Ю. М. Маркова, ведущий инженер, эл. почта: yulia.markova@inbox.ru
Д. А. Артемьева, ведущий инженер, эл. почта: stoma_87@mail.ru

Сталь марки 10Х2М применяют для оборудования, работающего при повышенных температурах в условиях ползучести, заданный срок службы которого обеспечивается стабильностью свойств материала. Наиболее точная оценка влияния эксплуатации на свойства стали достигается в результате изучения металла фрагментов оборудования, прошедшего длительное высокотемпературное воздействие. Представлены результаты исследования механических свойств при растяжении, длительной прочности, ударной вязкости и микроструктуры стали марки 10Х2М после эксплуатации при температурах 315 и 450 °C в течение 120 тыс. ч в составе испарителя парогенератора реакторной установки (РУ) БН-600. Полученные данные сопоставлены со свойствами стали в состоянии поставки и в исходном (перед эксплуатацией) состоянии. Исходное состояние стали получено термической обработкой, соответствующей условиям поставки с дополнительным технологическим отпуском, имитирующим послесварочную термическую обработку. Установлено, что паспортные данные о свойствах стали в исходном состоянии не отражают результата изменения механических характеристик в результате послесварочной термической обработки. Показано снижение механических свойств и сопротивления хрупкому разрушению стали после эксплуатации в результате изменения структурного и фазового состояния материала. Обнаруженные изменения связаны с процессом термического старения стали и обратимы в результате проведения полной термической обработки. Полученные данные свидетельствуют о нецелесообразности применения стали марки 10Х2М в качестве конструкционного материала для парогенератора реакторной установки с натриевым теплоносителем большой мощности (БН-1200М), однако позволяют рассмотреть возможность увеличения заданного срока службы модуля испарителя РУ БН-600.

Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием «Состав, структура и свойства конструкционных и функциональных материалов» НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования – соглашение № 13.ЦКП.21.0014 (075-11-2021-068). Уникальный идентификационный номер — RF----2296.61321X0014.

1. Карзов Г. П., Кудрявцев А. С., Марков В. Г., Гришмановская Р. Н., Трапезников Ю. М., Ананьева М. А. Разработка конструкционных материалов для атомных энергетических установок на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем // Вопросы материаловедения. 2015. № 2. С. 23–33.
2. Chaudhuri S., Ghosh R. N. Creep behavior of 2.25Cr1Mo steel – effects of thermal ageing and pre-strain // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 510-511. P. 136–141.
3. Кудрявцев А. С., Охапкин К. А. Влияние длительного теплового старения в составе теплообменного оборудования реакторной установки на быстрых нейтронах на структуру и свойства аустенитной хромоникелевой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 11. С. 907–913.
4. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
5. ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. — Введ. 01.01.1986.
6. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
7. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002–86). — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 525 с.
8. Ruisi Xing, Dunji Yu, Guofu Xie, Zhihai Yang, Xuxin Wang, Xu Chen. Effect of thermal aging on mechanical properties of a bainitic forging steel for reactor pressure vessel // Materials Science & Engineering: A. 2018. Vol. 720. P. 169–175.
9. Tenneti Sharma, Sunil Kumar Bonagani, Naveen Kumar N., Harish Donthula et al. Effect of thermal aging on embrittlement of Cr–Mo–V pressure vessel steel // Journal of Nuclear Materials. 2019. Vol. 527. P. 136–141.
10. Rui Si Xing, Xu Chen, Dun Ji Yu. Evolution of impact properties of 16MND5 forging for nuclear reactor pressure vessel during thermal aging at 500 °C // Key engineering materials: A. 2019. Vol. 795. P. 54–59.
11. ГОСТ 5639–82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
12. Марголин Б. З., Гуленко А. Г., Бучатский А. А., Нестерова Е. В., Каштанов А. Д. Исследование влияния термического старения на длительную прочность и пластичность стали Х18Н9 // Вопросы материаловедения. 2010. № 4. С. 118–127.
13. Ivanı de Souza Bott, Luıs Felipe Guimaraes de Souza, Jorge Carlos Ferreira Jorge et al. Comparison between real and simulated degradation in a 1.25% Cr–0.5% Mo steel for high temperature service // Materials Characterization. 2005. Vol. 54. P. 206–215.
14. Гурович Б. А., Ерак Д. Ю., Журко Д. А., Кулешова Е. А., Мальцев Д. А., Сандлер В. Ю., Фролов А. С. Восстановительный отжиг для продления срока службы корпусов и ВКУ действующих реакторов ВВЭР-1000 // Международная научно-практическая конференция по атомной энергетике «Безопасность, эффективность, ресурс». Севастополь, 3–6 октября 2017 г. С. 74, 75.
15. Changheui Jang, Hun Jang, Sunghoon Hong, Jae Gon Lee. Evaluation of the recovery of thermal aging embrittlement of CF8M cast stainless steels after reversion heat treatments // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2015. Vol. 131. P. 67–74.
16. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М. : Металлургия, 1985. — 408 с.
17. Senthilkumar T., Ajiboye T. K. Effect of heat treatment processes on the mechanical propereties of Medium Carbon Steel // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2012. Vol. 11. No. 2. P. 143–152.