Спосіб підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин

Спосіб підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин, що включає операції дослідження зразка матеріалу оброблюваної конструкції на статичну в'язкість та побудову діаграми "в'язкість руйнування Кс, К1с - температура Т", за якою визначають максимальне значення в'язкості 32318 чення К1 коефіцієнта інтенсивності напружень, який необхідно створити при термомеханічному навантаженні ("тепловій опресовці") корпуса реактора, тобто при збільшенні строку експлуатації, ефективність цього способу знижується. При цьому "теплова опресовка" дозволяє підвищити опір руйнуванню тільки на нижньому шельфі залежності K1сf(T), де Т температура нагрівання конструкції. Вадою описаного рішення є те, що при збільшенні строку експлуатації конструкції ефективність цього способу знижується. При цьому "теплова опресовка" дозволяє підвищити опір крихкому руйнуванню метала тільки на нижньому шельфі залежності K1cf(T). В основу запропонованого винаходу покладена задача створення такого способу підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин, який дозволить підвищити ефективність обробки за рахунок попередньої корекції властивостей матеріалу оброблюваної конструкції перед її термомеханічною обробкою ("тепловою опресовкою"). Запропонований спосіб, як і відомий спосіб підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин, включає операції дослідження зразків матеріалу оброблюваної конструкції на статичну в'язкість та побудову діаграми "в'язкість руйнування (К1с) - температура (Т)", за якою визначають максимальне значення в'язкості руйнування (К1сmax) в інтервалі температур Т100£Т£Тсн, де Т100 - температура в'язко-крихкого переходу Тсн температура, при нагріванні до якої та подальшому охолодженні до вихідної температури границя текучості матеріалу (s0,2 t) не змінюється при подальшій термомеханічній обробці конструкції при температурі T0, яку визначають з виразу Т0= =(0,9...1,0)×Тmax, де Тmax - максимальна температура, відповідна до значення в'язкості руйнування (0,95...1,0) Кc, а згідно з винаходом, попередньо перед дослідженням зразка матеріалу оброблюваної конструкції, проводять операцію "відпалу" конструкції. Запропонований спосіб дозволяє шляхом попереднього "відпалу" конструкції провести кореляцію властивостей матеріалу, тобто для окрихченого у процесі експлуатації матеріалу вказана кореляція його властивостей ("відпал") дозволяє підвищити опір руйнуванню матеріалу на верхньому шельфі температурної залежності Ксf(Т). Запропонований спосіб дозволяє на першій стадії обробки шляхом "відпалу", що вміщує операції нагріву конструкції з реакторної сталі до температури, яка забезпечує відновлення характеристик механічних властивостей та витримку за часом при цій температурі (для кожного матеріалу - своя витримка) з метою підйому верхнього шельфу температурної залежності Kcf(T), за рахунок вказаного підйому значення коефіцієнта К1 при тепловій опресовці і, таким чином, підвищити її ефективність. Крім того, запропонований спосіб дозволяє поєднати "теплову опресовку" та "відпал" в одній операції та дозволяє обидві обробки проводити на різних типах корпусних конструкцій, зокрема, для корпусів атомних реакторів ВВЕР-440 (сталь 15Х2МФА) і ВВЕР.1000 (сталь 15Х2НМФА) або окремо кожну із вказаних вище операцій у залежності від потреби. Суть винаходу пояснюється за допомогою графічних матеріалів і викладена нижче. На фіг. 1 представлені схеми, що описують вичерпання радіаційного ресурсу корпусів ВВЕР та вплив режимів відновлювальної обробки корпусів на збільшення їх радіаційного ресурсу. На фіг. 2 показана схема, що характеризує зниження допустимих значень к1т.o. - в залежності від зменшення величини Кс у діапазоні (0,95...1,0). На фіг. 3 представлена залежність опору крихкому руйнуванню (Кf) (К1с) від величини К1т.о. при тепловій опресовці реакторних сталей. Відомо, що радіаційний ресурс корпусів атомних енергетичних реакторів, що працюють під тиском (наприклад, типу ВВЕР), визначається взаємним розташуванням залежностей Кс, K1сf(T) та К1f(DТ,Р), що поясняється фіг. 1, де Кс, К1cf(Т) температурна залежність критичних значень коефіцієнтів інтенсивності напружень, що характеризує температурну залежність опору руйнуванню матеріалів корпусів реакторів з тріщинами. K1f(DT,P) - залежність величини коефіцієнта інтенсивності напружень від різниці температур Т внутрішньої та зовнішньої стінок корпуса реактора при термошоках, під час аварійних ситуацій або при перехідних процесах нормальної експлуатації та від величини тиску Р всередині корпуса реактора. У процесі експлуатації від нейтронного опромінення матеріал корпуса реактора окрихчується, що виявляється у зміні вигляду залежності Кс, К1сf(Т), зменшується значення Кс - на верхньому та К1с - на нижньому шельфах залежностей Кс, К1сf(Т), що призводить до зміни взаємного розташування залежностей Кс, К1сf(T) та К1f(DТ,Р) і точка їх доторкання визначає вичерпання радіаційного ресурсу корпуса реактора. "Теплова опресовка" (Т.О.) піднімає тільки значення К1с на нижньому шельфі залежності Кс, Kcf(T), а "відпал" піднімає тільки значення Кс на верхньому шельфі залежності Кс, К1cf(Т). Відомо також, що ефективність теплової опресовки залежить від можливості збільшення значення коефіцієнта інтенсивності напружень К1 під час "теплової опресовки" корпуса реактора (фіг. 2), тому що значення К1с=Kf після "теплової опресовки" зв'язане лінійно з величиною К1т.о. (фіг. 3), до якої можна навантажувати корпус реактора Kf= = К1т.о., і, згідно з "М-ПТН-01-94 ("Методика оценки влияния предварительного термомеханического нагружения на сопротивление хрупкому разрушению материалов корпусов атомных энергетических реакторов"). У свою чергу, величина К1, до якої можна навантажувати корпус реактора не може бути більше значення Кс на верхньому шельфі температурної залежності Kc, K1cf(T) сталі корпуса реактора (фіг. 2). Величина Кс сталі корпуса реактора у процесі експлуатації від нейтронного опромінення зменшується (фіг. 2 – K1 , K 2 , K 3 ), що c c c призводить до того, що допустима величина К1т.о при "тепловій опресовці" корпуса у процесі його експлуатації повинна зменшуватися, тобто можливе підвищення опору крихкому руйнуванню корпуса реактора після його "теплової опресовки" буде знижуватись. 2 32318 На основі вище викладеного пропонується поєднати дві відомі операції "відпал" та "теплову опресовку" в одну технологічну операцію. На першій стадії технологічної операції необхідно виконати нагрів конструкції до температури, яка забезпечує відновлення характеристик механічних властивостей, та втримання конструкції при цій температурі протягом часу, який необхідний для обраного класу матеріалу ("відпал"). Після "відпалу" для проведення "Т.О.- теплової опресовки" здійснюють дослідження зразків з матеріалу конструкції, що зазнала "відпалу", на статичну в'язкість руйнування для того, щоб визначити значення Кс матеріалу конструкції, які підвищаться у порівнянні із значеннями Кс метала, що не зазнав "відпалу". Це дозволить підвищити допустиме значення К1 під час "теплової опресовки" і тим самим підвищити опір крихкому руйнуванню. К1с=Kf на нижньому шельфі залежності Кс, К1сf(Т), у порівнянні з величиною Kf після виконання операції "теплової опресовки" корпуса, якщо б перед цим не виконувалась операція "відпал" корпуса реактора. Приклад 1. Зі сталі 15Х2МФА (КП 100) у структурному стані, що імітує опромінений метал корпуса реактора у кінці його експлуатації (s0,2= =1100 МПа), виготовили у відповідності з ГОСТ 257506-85 серію компактних зразків товщиною 50 мм. Приклад 2. З метала зварного шва корпуса 10ХМФТ у структурному стані, що імітує опромінений метал зварного шва корпуса реактора на кінець строку його експлуатації (s0,2=688 МПа), виготовили у відповідності з ГОСТ 257506-85 компактні зразки товщиною 50 мм. У обох випадках на зразках вирощували вихідну тріщину втоми у відповідності з ГОСТ 25.50685, з використанням сервогідравлічної дослідницької машини "Гидропульс 400 кН", фірми Schenk (ФРН). Потім на частині зразків проводили технологічну операцію "відпал", при цьому проводили корекцію властивостей матеріалу, тобто для окрихченого у процесів експлуатації під дією нейтронного опромінення матеріалу за допомогою "відпалу", як встановлено експериментально, в результаті проведення операції "відпалу" вдається підвищити опір матеріалу крихкому руйнуванню на верхньому шельфі температурної залежності Ксf(T). Границя текучості матеріалу цих зразків знижувалась до s0,2=780 МПа 15Х2МФА (КП-60) та до 600 МПа (для 10ХМФТ), відповідно. Після цієї операції половину кількості зразків від кожної з двох вказаних вище частин зразків з різними границями текучості матеріалу піддавали дослідженням на статичну в'язкість руйнуванню в інтервалі температур 293673 К. За результатами досліджень будували залежності (фіг. 1) в'язкість руйнування (К1с) - температура (Т) (крива АБВГ для метала після експлуатації, ДЕЖГ - для метала після "відпалу"), за якими визначали температуру Тmax, що відповідає діапазону зміни в'язкості руйнування (0,9...1,0)К1с. Другу половину зразків, яка залишилась, нагрівали до різних температур в інтервалі 373-573 К та піддавали позацентровому статичному розтягу до величини К1(Т)=0,85 К1c(Т) у відповідності зі стандартизованою методикою "М-ПТН-01-94 Методика оценки влияния предварительного термомеханическо го нагружения на сопротивление хрупкому разрушению материалов корпусов атомных энергетических реакторов", де К1сТ - в'язкість руйнування при температурі, за якої провадиться термомеханічна обробка - "теплова опресовка", що визначається за діаграмами К1сТ (фіг. 1, АБВГ і ДЕЖГ, відповідно). При цьому вимірювали максимальне розкриття тріщин (d) за допомогою тензодатчика типу DSR 15/20 фірми Schenk (ФРН), з точністю вимірювання 0,25 мкм. На основі цих результатів досліджень виявилося, що опір крихкому руйнуванню зразків, які піддавали "відпалу", підвищився до Kf= =172 МПа м (сталь 15Х2МФА) та до Kf= =140 Мпа м (сталь 10ХМФТ), яким відповідна крива ДЕИ (фіг. 1), в той час як на контрольних зразках, що не піддавались "відпалу", в'язкість руйнування підвищилася тільки до Кf=120 Мпа м , якій відповідає крива АВМП (див. фіг. 1). Експериментально встановлено, що при Т0 0