Спосіб підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин

Реферат: Спосіб підвищення стійкості металевих корпусних конструкцій до розповсюдження тріщин, що включає виготовлення серії відпалених зразків з матеріалу корпусної конструкції, випробування серії відпалених зразків на статичну в'язкість руйнування та побудову діаграми "в'язкість руйнування K1C, KJC_ - температура Т", де K1С - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, що відповідає плоскій деформації, KJC критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, відмінному від стану плоскої деформації, за якою визначають максимальне значення в'язкості руйнування KJC у інтервалі температур Т0≤_Т≤ Твідп, де Т0 - критична температура крихкості металу конструкції; Твідп - температура нагрівання конструкції для відпалу, яку вибирають у межах 580-620 °C та виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування, крім того під час випробувань серії відпалених зразків з матеріалу конструкції додатково реєструють збільшення розміру тріщини а і будують діаграму "величина коефіцієнта інтенсивності напружень KJ збільшення розміру тріщини а", за якою визначають величину критичного значення коефіцієнта інтенсивності напружень KJC, конструкцію витримують при вибраній температурі нагріву Т протягом часу t150 годин, а потім виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування шляхом її охолодження з боку внутрішньої стінки корпусу до температури 250-400 С, а швидкість охолодження вибирають з умови створення допустимого для такої корпусної UA 77098 U (12) UA 77098 U конструкції значення градієнта температури по товщині стінки і досягнення значення коефіцієнта інтенсивності напруги KJ, що відповідає виразу KJ≤KJC. UA 77098 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до області термомеханічної обробки металевих корпусних конструкцій з тріщинами, а саме, металевих корпусів ядерних енергетичних реакторів, що працюють під тиском, а більш точно, до способу підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин шляхом попереднього термомеханічного навантаження. Найбільш близьким до пропонованого способу, за кількістю суттєвих ознак є спосіб підвищення стійкості металевих корпусних конструкцій до розповсюдження тріщин, що включає виготовлення серії відпалених зразків з матеріалу корпусної конструкції, їх випробування на статичну в'язкість руйнування та побудову діаграми "в'язкість руйнування K1C, KJC_ температура Т", де K1С - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напруженодеформованому стані, що відповідає плоскій деформації, KJC - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, відмінному від стану плоскої деформації, за якою визначають максимальне значення в'язкості руйнування KJC у інтервалі температур Т0≤_Т≤ Твідп., де Т0 - критична температура крихкості металу конструкції; Твідп - температура нагрівання конструкції для відпалу, яку вибирають у межах 580-620 °C та виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування [Патент України на корисну модель № 45203, МПК (2009) C21D1/78 (2006.01), G01N3/00. Опубл. 26.10.2009, бюл. № 20]. Експериментально встановлено, що згаданий спосіб є ефективним для сталевих корпусних конструкцій із низьким вмістом нікелю в металі зварного шва (≤1,5 %). Для матеріалів, у яких вміст нікелю в металі зварного шва більший за 1,5 %, ефективність згаданого способу різко знижується, оскільки задана температура нагріву для відпалу недостатня для повного відновлення початкової температури крихкості перед експлуатацією металу корпусу реактора з високим вмістом нікелю в металі зварних швів (>1,5 %). Залишкова температура крихкості металу зварних швів корпусу реактора з високим вмістом нікелю після відпалу при температурі 475 С досягає +60 °С, а значення допустимої температури крихкості ТКА для ряду режимів термошоків, розмірів, форм і розташування тріщин може бути меншим за +60 °C - +50 °C. Тому для повного відновлення механічних властивостей металу зварних швів корпусів реакторів ВВЭР-1000 потрібна вища температура нагріву для їх відпалу. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого способу, який би дозволив зменшити об'єм експериментальних досліджень характеристик матеріалу для визначення оптимальних режимів, а також підвищив би ефективність відновлення фізикомеханічних властивостей матеріалу за рахунок попередньої корекції властивостей матеріалу конструкції перед її тепловою обробкою. Поставлена задача вирішується пропонованим способом, що як і відомий включає виготовлення серії відпалених зразків з матеріалу корпусної конструкції, їх випробування на статичну в'язкість руйнування та побудову діаграми "в'язкість руйнування K1С, KJC_ температура Т", де K1С - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напруженодеформованому стані, що відповідає плоскій деформації, KJC - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, відмінному від стану плоскої деформації, за якою визначають максимальне значення в'язкості руйнування KJC у інтервалі температур Т0≤_Т≤ Твідп, де Т0 - критична температура хрупкості металу конструкції; Твідп - температура нагрівання конструкції для відпалу, яку вибирають у межах 580-620 °C та виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування, а відповідно до пропозиції, під час випробувань серії відпалених зразків з матеріалу конструкції додатково реєструють збільшення розміру тріщини а і будують діаграму "величина коефіцієнта інтенсивності напружень KJ - збільшення розміру тріщини а", за якою визначають величину критичного значення коефіцієнта інтенсивності напружень KJC, конструкцію витримують при вибраній температурі нагріву Т протягом часу t150 годин, а потім виконують попереднє термомеханічне навантаження теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування шляхом її охолодження з боку внутрішньої стінки корпусу до температури 250-400 °C, а швидкість охолодження вибирають з умови створення допустимого для такої корпусної конструкції значення градієнта температури по товщині стінки і досягнення значення коефіцієнта інтенсивності напруги KJ, що відповідає виразу KJ≤KJC. Суть пропонованого способу пояснюється за допомогою графічних матеріалів: На фіг. 1, показано результати досліджень, що демонструють вплив кількості нікелю в матеріалі конструкції на залишкову температуру крихкості сталі 15X2НМФАА. Результати досліджень вказують на те, що із збільшенням кількості нікелю залишкова температура крихкості збільшується пропорційно. Це свідчить про те, що ефективність відпалу знижується із збільшенням кількості нікелю в металі корпусів реакторів ВВЕР - 1000, виготовлених iз сталі 1 UA 77098 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 15X2НМФАА, що видно у збільшенні залишкової після відпалу температурі крихкості Т К0. Висока схильність конструкції із сталі 15ХНМФАА і її зварних з'єднань до теплового окрихчування є причиною обмеження значення максимальної температури температурою 350 °C (див. Технічні умови 108-765). Таким, чином, збільшення вмісту нікелю в реакторних сталях для корпусів ВВЕР - 1000 знижує ефективність відпалу і збільшує схильність до відпускної крихкості. На фіг. 2 показано криві відпускної крихкості низьколегованих сталей у визначеному діапазоні температур. Згадані криві вказують на те, що відпускна крихкість проявляється у підвищенні критичної температури крихкості Т 0, а руйнування має межзеренний характер (тріщини розвиваються по межах зерен), що характеризує схильність низьколегованих сталей до відпускної крихкості. На фіг. 3 наведено графічну залежність підвищення температури від кількості домішок і часу старіння, яка вказує на те, що відпускна крихкість має місце в сталях промислової чистоти (пунктирна лінія), тобто для сталей, до складу яких входять Сu>0,1, Р>0,01 і т. п. У високочистих сталях того ж хімічного складу відпускна крихкість не спостерігається (суцільна лінія). Приклад: Виконували відновлення фізико-механічних властивостей металу корпусу водоводяного енергетичного реактору ВВЭР-1000, виготовленого із сталі 15X2МФА. Для цього попередньо виготовили серію відпалених зразків із сталі 15X2МФА. Досліджували серію згаданих зразків на статичну в'язкість руйнування. За отриманими результатами дослідження побудували діаграми "в'язкість руйнування K1C, KJC_ - температура Т", де K1С - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, що відповідає плоскій деформації, KJC - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напруженодеформованому стані, відмінному від стану плоскої деформації. Також проводили реєстрацію розмірів тріщини а і будували діаграму "величина коефіцієнта інтенсивності напружень KJ збільшення розміру тріщини а". Потім за діаграмою "в'язкість руйнування K1C, KJC_ температура Т" визначали максимальне значення в'язкості руйнування KJC у інтервалі температур Т0≤-Т≤Тотж, де Т0 - критична температура крихкості металу конструкції; Тотж температура нагрівання конструкції для відпалу, в даному випадку початковий інтервал температур вибрали у межах 580-620 °C, після цього виконували попереднє термомеханічне навантаження або теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування. Для цього за діаграмою "величина коефіцієнта інтенсивності напружень KJ збільшення розміру тріщини а" визначали величину критичного значення коефіцієнта інтенсивності напружень KJC. Далі корпус реактора витримували при вибраній температурі нагріву Т протягом часу t=150-170 годин, після чого його піддавали попередньому термомеханічному навантаженню - тепловому опресуванні (ПТН) при визначених значеннях в'язкості руйнування, що досягалась шляхом її охолодження з боку внутрішньої стінки корпусу до температури 250-400 °C. При цьому швидкість охолодження вибирали з умови створення допустимого для такої корпусної конструкції значення градієнта температури по товщині стінки і досягнення значення коефіцієнта інтенсивності напруги KJ, що відповідає виразу KJ≤KJC, та надало можливість досягти необхідної величини коефіцієнта інтенсивності напруги K J і забезпечило позитивний ефект ПТН та виключило теплове окрихчування (відпускну крихкість) металу корпусу у діапазоні температур 580-400 °C за рахунок скорочення часу знаходження металу корпусу в зоні температур відпускної крихкості, а саме в інтервалі 400-600 °C, менше однієї години і зберегти позитивний ефект відпалу. Таким чином, використання пропонованого способу підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин надає можливість підвищувати стійкість сталевих корпусних конструкцій, в яких вміст нікелю в металі зварного шва як дорівнює або менший за 1,5 %, так і для матеріалів, у яких вміст нікелю в металі зварного шва більший за 1,5 %. Таке підвищення стійкості конструкцій до розповсюдження тріщин стало можливим за рахунок створення умов для уникнення впливу залишкової температури крихкості металу зварних швів корпусу реактора з високим вмістом нікелю після відпалу. А отже, надає можливість проводити практично повне відновлення механічних властивостей металу зварних швів, зокрема корпусів атомних енергетичних реакторів. Використання пропонованого способу також сприяє зменшенню об'єму експериментальних досліджень для визначення оптимальних режимів ПТН. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб підвищення стійкості металевих корпусних конструкцій до розповсюдження тріщин, що включає виготовлення серії відпалених зразків з матеріалу корпусної конструкції, випробування серії відпалених зразків на статичну в'язкість руйнування та побудову діаграми "в'язкість руйнування K1C, KJC_ - температура Т", де K1С - критичний коефіцієнт інтенсивності напруги 2 UA 77098 U 5 10 15 матеріалу при напружено-деформованому стані, що відповідає плоскій деформації, KJC критичний коефіцієнт інтенсивності напруги матеріалу при напружено-деформованому стані, відмінному від стану плоскої деформації, за якою визначають максимальне значення в'язкості руйнування KJC у інтервалі температур Т0≤_Т≤ Твідп, де Т0 - критична температура крихкості металу конструкції; Твідп - температура нагрівання конструкції для відпалу, яку вибирають у межах 580-620 °C та виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування, який відрізняється тим, що під час випробувань серії відпалених зразків з матеріалу конструкції додатково реєструють збільшення розміру тріщини а і будують діаграму "величина коефіцієнта інтенсивності напружень KJ - збільшення розміру тріщини а", за якою визначають величину критичного значення коефіцієнта інтенсивності напружень KJC, конструкцію витримують при вибраній температурі нагріву Т протягом часу t150 годин, а потім виконують попереднє термомеханічне навантаження - теплове опресування (ПТН) конструкції при визначених значеннях в'язкості руйнування шляхом її охолодження з боку внутрішньої стінки корпусу до температури 250-400 С, а швидкість охолодження вибирають з умови створення допустимого для такої корпусної конструкції значення градієнта температури по товщині стінки і досягнення значення коефіцієнта інтенсивності напруги KJ, що відповідає виразу KJ≤KJC. 3 UA 77098 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4