Радиационное охрупчивание основного металла корпуса реактора энергоблока № 2 Запорожской АЭС
В.М. Ревка1), Л.І. Чирко1), В.В. Стовбун2)
1) Институт ядерных исследований НАН Украины, г. Киев, Украина
2) Научно-технический центр (ОП НТЦ) НАЭК «Энергоатом», г. Киев, Украина
Энергоблок №2 Запорожской АЭС (ЗАЭС-2) введен в эксплуатацию в 1985 г. На сегодняшний день выполнены испытания образцов-свидетелей (ОС) трех сроков освидетельствования металла корпуса реактора (КР), а именно: 1-я выгрузка -1Л и 1М; 2-я выгрузка - 2Л (без 2Л5), 5Л, 2М; 3-я выгрузка - 3Л, 3М. ОС контрольного комплекта и первых двух выгрузок испытаны в НИЦ "Курчатовский институт" (КИ), ОС третьей выгрузки испытаны в Институте ядерных исследований НАН Украины (ИЯИ). Образцы Шарпи второй и третьей выгрузок, а также контрольного комплекта были реконструированы, поэтому в дальнейшем анализе использованы только результаты испытаний реконструированных ОС, как представительные и достоверные данные.
Результаты спектрального анализа химического состава ОС основного металла (ОМ) и металла шва (МШ), проведенного в "КИ" и в ИЯИ, подтвердили чистоту как основного металла (1,19 % вес Ni; 0,05 %Cu; 0,011 %P; 0,5 %Mn; 0,33 %Si; 0,007%S), так и металла сварного шва. В металле швов №3 и №4 содержание никеля составляет 1,12 и 1,11 % вес, марганца 1 и 0,82 % вес соответственно (сварка осуществлялась с использованием сварной проволоки Св-09ХГНМТАА и флюса НФ-18М). Такой химический состав обуславливает высокое сопротивление металла шва радиационному охрупчиванию (АF(95%)=6,7ОС). В то же время ОМ демонстрирует повышенную степень радиационного охрупчивания, которая по результатам первых двух выгрузок составляет AF(95%) = 26,3 С, что заметно превышает нормативное значение для ОМ AF(ПНАЭ) = 23 С. Результаты испытаний ОС третьей выгрузки свидетельствуют о существенном уменьшении скорости радиационного охрупчивания основного металла (рис. 1). Коэффициент радиационного охрупчивания, определенный с 95 % доверительной вероятностью на основании результатов испытаний реконструированных ОС 2-й и 3-й выгрузок уменьшился до 23,4 С, что практически совпадает с нормативным значением.
Рис. 1. Зависимость сдвига критической температуры хрупкости (ТF) ОМ от флюенса быстрых нейтронов по результатам 2-й и 3-й выгрузок
критический температура хрупкость металл
Температурное старение основного металла КР ЗАЭС-2 приводит к значительным сдвигам критической температуры хрупкости ТТ (рис. 2). Результаты рис. 2 свидетельствуют о том, что в основном металле КР ЗАЭС-2 сдвиги критической температуры хрупкости вследствие температурного старения превосходят известные нам аналогичные значения для других КР ВВЭР-1000. Тем не менее, полученная для ОМ КР ЗАЭС-2 тенденция изменения ТТ является характерной для корпусных материалов ВВЭР-1000, для которых эта величина возрастает в течение в первые 40000 - 50000 эфф.час., а затем уменьшается. Это позволяет прогнозировать дальнейшее уменьшение ТТ ОМ КР ЗАЭС-2 с увеличением времени выдержки.
Таким образом, наблюдаемый характер зависимости сдвига критической температуры хрупкости облученного металла обечайки объясняется, по-видимому, существенным вкладом в охрупчивание именно за счет температурного старения.
Рис. 2. Зависимость сдвига критической температуры хрупкости (ТТ) ОМ от продолжительности температурного старения
Версия VERLIFE-2011 содержит процедуру учета термической составляющей в результатах испытаний облученных ОС КР ВВЭР-1000, которая соответствует российскому документу РД ЭО 1.1.2.09.0789-2009. Сдвиг критической температуры хрупкости описывается дозовременной зависимостью:
ТК(F,t)=Tt(t)+TF(F) + (1)
где для основного металла для расчета верхней 95% огибающей ТК(F,t) используется = 38 С.
ТF = AF(F/F0)m, m=0,8 (2)
AF= 1,45 С - для ОМ
(3)
где в случае отсутствия результатов испытаний ОС основного металла используется
Тtinf=2 - сдвиг критической температуры хрупкости при t;
tOT=32700 ч, tT=40700 ч и bТ=26,2 - константы.
Для имеющихся результатов испытаний ОС основного металла КР ЗАЭС-2 минимум относительной погрешности определения АF (2AF/AF) и максимум квадрата коэффициента корреляции (R2) достигаются при ?Ttinf=25 С, которому соответствует AF=1,37 С (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость критической температуры хрупкости основного металла от флюенса быстрых (Е ? 0,5 МэВ) нейтронов с учетом термической составляющей
Как видно из рис. 3, зависимость критической температуры хрупкости от флюенса быстрых нейтронов, рассчитанная по методике VERLIFE-2011 (уравнение (3) при константах (4)), практически совпадает с медианной кривой для результатов испытаний ОС. Верхняя огибающая с 95 % доверительной вероятностью с учетом результатов ОС лежит выше таковой, рассчитанной по требованиям ПНАЭ (с показателем степени 1/3). Тем не менее, при проектном флюенсе нейтронов 571022 нейтр.м-2 она находится ниже нормативной кривой ПНАЭ.
Учитывая удовлетворительные результаты визуального, ультразвукового и вихретокового контроля цилиндрической части корпуса реактора, включая антикоррозионную наплавку (отсутствие несплошностей, подлежащих фиксации), можно прогнозировать, что КР блока №2 Запорожской АЭС сможет находиться в эксплуатации до накопления основным металлом проектного флюенса быстрых нейтронов.