Влияние длительного высокотемпературного воздействия на ударную вязкость основного металла и металла шва сварного соединения стали 22К

Одно из применений строительных низкоуглеродистых сталей типа 22К – в качестве материала корпуса устройства локализации расплава (УЛР) для атомных электростанций с водо-водяными энергетическими реакторами. При развитии тяжелой запроектной аварии корпус УЛР будет находиться в условиях длительных высокотемпературных воздействий, что может существенно изменить структурное состояние и привести к деградации механических свойств материала корпуса. Данные о влиянии таких воздействий на механические свойства и сопротивление разрушению сварных швов (свойства которых обычно отличаются от свойств основного металла) из низкоуглеродистых сталей очень ограничены в литературных источниках, что затрудняет гарантирование прогноза надежности и безопасности УЛР. Целью настоящей работы являлось проведение сравнительных испытаний на ударный изгиб образцов основного металла и металла шва сварного соединения стали 22К до и после длительной высокотемпературной термической обработки, имитирующей термическое воздействие в условиях тяжелой аварии на материал корпуса АЭС. Сварные соединения листов из стали 22К между собой получали методом автоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом (применялась сварочная проволока СВ-08Г2С) в соответствии с ПНАЭ Г-7-009–89. По результатам испытаний строились сериальные кривые и проводился анализ изломов образцов. Изучено влияние структурных факторов на ударную вязкость KCV. Показано, что длительное высокотемпературное воздействие приводит к повышению температур начала и конца вязко-хрупкого перехода на 30 – 50 °С и расширению на 15 – 25 °С интервала температур вязко-хрупкого перехода как основного металла, так и металла шва сварного соединения.

1. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. М.: Машиностроение, 1989. 336 с.

2. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. Материаловедение и технология металлов. М.: Оникс, 2009. 624 с.

3. Budynas R.G., Nisbett J.K. Shigley’s Mechanical Engineering Design. New York: McGraw-Hill, 2019. 1120 p.

4. Полетаев Ю.В., Полетаев В.Ю., Хубиев А.Э. Однопроходная электродуговая сварка под тонким слоем шлака толстолистовых конструкций из стали 22К // Сварочное производство. 2017. № 5. С. 3‒8.

5. Rempe J.L., Knudson D.L. High temperature thermal and structural material properties for metals used in LWR vessels // Proceedings of ICAPP ’08 Anaheim, CA USA, 2008. Vol. 4. P. 2127‒2134.

6. Thinnes G.L., Korth G.E., Chavez S.A. High-temperature creep and tensile data for pressure vessel steels SA533B1 and SA508-CL2 // Nuclear Engineering and Design. 1994. Vol. 148. P. 343‒350. http://doi.org/10.1016/0029-5493(94)90119-8

7. Yang C.-C., Liu C.-L. Improvement of the mechanical properties of 1022 carbon steel coil by using the Taguchi method to optimize spheroidized annealing conditions // Materials. 2016. Vol. 9. Article 693. http://doi.org/10.3390/ma9080693

8. Hsu H.-H. Effects of Nbaddition on carburizing treatment for low carbon steel // China Steel Technical Report. 2016. No. 29. P. 30‒36.

9. Козырев Н.А., Игушев В.Ф., Крюков Р.Е., Роор А.В. Исследование влияния введения углеродфторсодержащей добавки во флюс АН-67 на свойства металла сварных швов стали 09Г2С // Известия вузов. Черная металлургия. 2013. Т. 56. № 8. С. 33‒36. http://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-8-33-36

10. Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Роор А.В., Старовацкая С.Н., Игушев В.Ф. Исследование влияния введения углеродфторсодержащей добавки во флюс OK FLUX 10.71 на свойства металла сварных швов стали 10ХСНД // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 2. С. 44‒47. http://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-2-44-47

11. Rempe J.L., Knudson D.L., Condie K.G., Suh K.Y., Cheung F.-B., Kim S.-B. Conceptual design of an in-vessel core catcher // Nuclear Engineering and Design. 2004. Vol. 230. No. 1‒2. P. 311‒325. http://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2003.11.030

12. Fischer M. The severe accident mitigation concept and the design measures for core melt retention of the European Pressurized Reactor (EPR) // Nuclear Engineering and Design. 2004. Vol. 230. No. 1‒3. P. 169‒180. http://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2003.11.034

13. Sultan T., Sapra M.K., Kundu S., Kadam A.V., Kulkarni P.P., Rao A.R. Experimental & analytical study of passive thermal sensing system developed for cooling water injection into AHWR core catcher // Nuclear Engineering and Design. 2017. Vol. 322. P. 81‒91. http://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2017.06.021

14. Odesskii P.D., Egorova A.A. Strength of steel for unique engineering structures // Russian Metallurgy (Metally). 2012. Vol. 2012. No. 10. P. 911‒918. http://doi.org/10.1134/S0036029512100151

15. Никулин С.А., Рогачев С.О., Белов В.А., Турилина В.Ю., Шплис Н.В. Влияние высоких температур на механические свойства шва сварного соединения малоуглеродистой низколегированной стали // Деформация и разрушение материалов. 2021. № 4. С. 33‒38. http://doi.org/10.31044/1814-4632-2021-4-33-38

16. Никулин С.А., Рогачев С.О., Васильев С.Г., Белов В.А., Турилина В.Ю., Николаев Ю.А. Влияние высоких температур на механические свойства стали 22К // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 5. C. 22‒26. http://doi.org/10.31044/1814-4632-2020-5-22-26

17. Loktionov V., Lyubashevskaya I., Sosnin O., Terentyev E. Shortterm strength properties and features of high-temperature deformation of VVER reactor pressure vessel steel 15Kh2NMFA-A within the temperature range 20–1200 °C // Nuclear Engineering and Design. 2019. Vol. 352. Article 110188. http://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2019.110188

18. Локтионов В.Д., Соснин О.В., Любашевская И.В. Прочностные свойства и особенности деформационного поведения стали 15Х2НМФА-А в температурном диапазоне 20–1000 °С // Атомная энергия. 2005. Т. 99. № 3. С. 229‒232.

19. Никулин С.А., Рогачев С.О., Васильев С.Г., Белов В.А., Комиссаров А.А. Влияние длительного отжига на ударную вязкость стали 22К // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 11. С. 36‒40. http://doi.org/10.31044/1814-4632-2020-11-36-40

20. Stepanov G., Mamuzic I., Babutsky A. An increase of impact toughness of low-carbon steel caused by impulse electric current treatment // Metalurgija. 2007. Vol. 46. No. 4. P. 251‒253.