Введение к работе
Актуальность темы Практика эксплуатации реакторов РБМК показывает реальную возможность развития трещин в трубах как технологических каналов, так и каналов СУЗ. Замена вышедших из строя канвльных труб связана со значительными, постоянно воз растащими затратами.
Повышения работоспособности канальных труб из циркониевых сплавов можно добиваться по двум направлениям:
ослабляя внешние провоцирующие причины растрескивания путем строгой регламентации условий эксплуатации каналов;
повышая трещиностойкость канальных труб путем совершенст вования технологии изготовления или выбора новых материалов.
Для реализации второго направления необходимо четко пред ставлять:
-какие структурные характеристики материала канальных труб в первую очередь важны для трещиностойкости?
-сохраняется ли под облучением достигнутое в исходном сое тоянии улучшение трещиностойкости?
К моменту начала работы было уже известно о значительной анизотропии характеристик трещиностойкости материала канальных труб и о снижении этих характеристик под действием облучения Поскольку работоспособность канала связана только с двумя из четырех возможных ориентации трещины в трубе, задача повышения работоспособности канала была бы решена при повышении характе ристик трещиностойкости именно для втих двух ориентации.
Таким образом возникает вопрос о целенаправленном воздейст вии на анизотропию трещиностойкости канальных труб. Такое воз действие невозможно без четких представлений о природе разруше ния анизотропного материала в вершине трещины, о механизме вли яния кристаллографической текстуры на характеристики разруше ния, о роли ориентации трещины в процессах разрушения.
Методы испытвний, разработанные на базе механики разрушения и обычно используемые для оценки трещиностойкости канальных труб, позволяют оценить трещиностойкость канала как конструкции, однако оставляют в тени роль внутренних ( металлургических ) факторов, обусловленных собственно материалом трубы -Использование в действующих реакторах РБМК канальных труб
изготовленных по различным технологическим схемам, также требовало сопоставительной оценки трещиностойкости материала труб в различных структурных состояниях.
В связи с изложенным представлялось целесообразным провести исследование трещиностойкости материала канальных труб в широком диапазоне реально существующих структур с учетом влияния текстуры как одного из основных металлургических факторов.
Цель работы - повышение работоспособности технологических каналов реакторов РБМК за счет оптимизации исходного структурного состояния канальных труб на базе изучения материаловедчес-ких аспектов исходной трещиностойкости труб из циркониевых сплавов.
Предполагалось решить в ходе исследований следующие задачи:
изучить роль текстуры и структурного состояния циркониевых сплавов в формировании трещиностойкости материала канальных труб;
получить количественные характеристики для оценки вклада текстуры и структурного состояния в трешиностойкость канальных труб;
провести сравнительную оценку исходной трещиностойкости материала канальных труб, изготовленных в различные годы и по различным технологическим схемам;
выявить основные металлургические и технологические факторы, влияющие на трешиностойкость материала канальных труб;
разработать рекомендации, направленные на повышение исходной трещиностойкости канальных труб;
оценить роль исходного структурного состояния циркониевых материалов в изменении характеристик трещиностойкости под действием нейтронного облучения.
Научная новизна
Анализ закономерностей, выявленных при изучении ориентаци-онной зависимости критического раскрытия трещины в материале канальных труб из циркониевых сплавов позволил:
- впервые предложить феноменологическую модель анизотро
пии трещиностойкости текстурированных материалов, связывающую
величину критического раскрытия трещины с жесткостью напря
женного состояния, возникающего в вершине нагружаемой тре
щины;
- впервые ввести понятия структурного и текстурного па
раметров, характеризующих, соответственно, пластичность анизо
тропного материала и жесткость напряженного состояния в верши
не трещины, и позволяющих раздельно оценивать вклад кристалло
графической текстуры и структурного состояния в трещиностой-
кость анизотропного материала.
В предложенной модели текстура проявляет себя через анизотропию пластической деформации, для количественного описания которой получены феноменологические зависимости, позволяющие на основании данных текстурного анализа рассчитывать коэффициенты анизотропии P,G,H в теории Хилла.
Полученные зависимости основаны исключительно на кристаллографических характеристиках и, как показано, справедливы для всех исследованных в работе структурных состояний материала канальных труб.
С позиций предложенной модели, единственно возможными направлениями повышения исходной трещиностойкости канальных труб реакторов РБМК являются :
оптимизация структурного состояния с целью повышения пластичности материала труб;
оптимизация текстуры с целью ослабления жесткости напряженного состояния в вершине трещин, определяющих работоспособность канальной трубы.
Полученные в работе результаты послереакторных испытаний образцов из канальных труб ( циркониевые сплавы 125, Э125, Э125/ТМО-1, Э125/ТМО-2, 3635 ) обосновывают целесообразность повышения исходной трещиностойкости : хотя под действием нейтронного облучения характеристики трещиностойкости снижаются для всех, без исключения, материалов и для всех ориентации трещины, однако величина снижения различна. При втом материалы с большей исходной трещиностойкостью сохраняют свое преимущество и после облучения.
Практическая значимость
На базе разработанной модели оценено влияние целого ряда металлургических и технологических факторов на исходную треши-ностойкость материала канальных труб. Получены сравнительные характеристики трещиностойкости различных модификаций исходно-
го состояния материала канальных труб, эксплуатирующихся в реакторах РШК.
Установлено, что основными причинами нестабильности характеристик трещиноотойкооти отожженных канальных труб из сплава Э125 является неоднородность рекристаллизации материала труб, тогда как в трубах с термомеханической обработкой - неоднородность текстуры, обусловленная различным соотношением остаточной и превращенной альфа - фаз циркония в структуре аакален-ных труб.
Полученные результаты вошли составной частью в обоснование рекомендаций по корректировке технологии изготовления и объема контроля качества канальных труб. Реализация этих рекомендаций в производстве отожженных труб из сплава 3125 на основе многокомпонентной шихты с использованием электролитического циркония позволила повысить исходный уровень трещиностойкости труб, приблизив его к трещиностойкости труб на иодидной основе.
На примере канальных труб из сплава Э125 показано, что использование СВЧ-обработки позволяет значительно повысить исходную трещиностойкость материала труб.
Разработанная методика испытаний на изгиб образцов сечением 4x4 и зхзмм используется в настоящее время при определении характеристик трещиностойкости как исходных, так и облученных материалов канальных труб.
Практическая значимость работы подтверждена тремя актами об использовании результатов.
На защиту автором выносятся :
1.Научные представления о причинах анизотропии трещиностойкости текстурировашшх циркониевых материалов.
2.Способ количественного описания анизотропии трещиностойкости циркониевых материалов на основе структурного и текстурного параметров, характеризующих, соответственно, пластичность материала и жесткость напряженного состояния в вершине трещины.
3.Эмпирические зависимости для расчета параметров анизотропии Хилла в циркониевых материалах по результатам текстурного анализа.
4.Экспериментальные результаты, характеризующие влияние технологических режимов при изготовлении канальных труб на ис-
ходную трепщностойкость циркониевых материалов и показывающие роль структурного состояния в изменении трещиностойкости ПОД действием нейтронного облучения.
Апробация работы и публикации Основные результаты докла-дывались на советско - канадских_семинарах "Опыт вксплуатации канальных труб из циркониевых сплавов в ядерных реакторах" (Москва,1989г.; Торонто,1991г.); на VI Всесоюзной конференции по текстуре и рекристаллизации в металлах и сплавах ( Свердловск, 1991 г. ); на Международной конференции по радиационному материаловедению ( Алушта, 1990г. ); на I Межотраслевой конференции по реакторному материаловедению (Димитровград, 1992г.). По материалам диссертации опубликовано 4 статьи и 27 научно--технических отчетов.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав, вы водов, библиографического списка, включающего 146 наименований и содержит 146 страниц машинописного текста, 54 иллюстрации и го таблиц.
Похожие диссертации на Зависимость трещиностойкости циркониевых канальных труб реактора РБМК от текстуры и структурного состояния материала труб
