Details

Объектом исследования является металл сварных соединений теплообменного оборудования реактора БН-600 из стали 08Х16Н11М3. Цель исследования - анализ микроструктурных изменений металла сварного шва (соединения) при тепловом старении и их взаимосвязи с механическими свойствами для прогнозирования служебных характеристик оборудования в условиях эксплуатации в течение 480 000 часов. Были проведены исследования образцов исходного и состаренного металла аустенизированных, неаустенизированных и лабораторных сварных соединений следующими методами - металлографический анализ (оптическая металлография) и сканирующая электронная микроскопия с элементным (рентгеновским) микроанализом структурных составляющих, а также анализ ранее полученных результатов в НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» стандартных механических испытаний (испытания на ударный изгиб и на растяжение). Анализ взаимосвязи деградации механических свойств и фазового состава проведен для аустенитных сварных соединений теплообменного оборудования как после длительной эксплуатации, так и после ускоренного достаривания при повышенной температуре. При этом основными механическими испытаниями для оценки фазовых изменений при старении являются наиболее чувствительные к этому испытания на ударный изгиб. Такие испытания при комнатной температуре в комплексе с оценкой характера разрушения на изломе, а также проведенным рентгеноспектральным микроанализом поверхностей разрушения и выделений на приготовленных шлифах (в отдельных случаях в сочетании с анализом фаз по кристаллогеометрическим параметрам по данным исследований методом дифракции обратно рассеянных электронов) были использованы для изучения механизма теплового старения. Установлено, что тепловое старение аустенизированных сварных соединений по механизму процесса существенно отличается от старения неаустенизированных сварных соединений. Установлено наличие инкубационного периода (порядка 5 000 ч) образования хрупких интерметаллидов вследствие отсутствия в исходном состоянии -феррита. При времени ускоренного достаривания более 5 000 ч отсутствует значимая разница ударной вязкости аустенизированных и неаустенизированных сварных соединений, при этом темп ее снижения резко уменьшается. Для металла сварных соединений установлено значительное снижение температуры (до 515 ⁰С) области существования σ- и χ-фаз при временах выдержки порядка 200 000 ч, что требует корректировки существующих ТТР (time-temperature-phase) -диаграмм. Полученные данные позволяют уточнить модели теплового старения, а использование методики ускоренного старения позволяет адекватно прогнозировать срок службы сварных соединений и надёжность оборудования БН-600.

The object of this study is the weld metal of the heat exchange equipment of the BN-600 reactor made of steel 08X16N11M3. The goal of the research is to analyze the microstructural changes in the weld metal during thermal aging in order to predict the service characteristics of the equipment under operational conditions for 480,000 hours. Studies were conducted on samples of the original and aged metal of austenitized, non-austenitized, and laboratory welds using the following methods - metallographic analysis (optical metallography) and scanning electron microscopy with elemental (X-ray) microanalysis of structural components, as well as an analysis of previously obtained results at the National Research Center "Kurchatov Institute" - Central Research Institute of Structural Materials "Prometey" for standard mechanical tests (impact bending and tensile tests). The analysis of the relationship between the degradation of mechanical properties and phase composition was performed for austenitic welds of heat exchange equipment, both after prolonged operation and after accelerated aging at elevated temperatures. The main mechanical tests for evaluating phase changes during aging were the most sensitive to these changes, namely, impact bending tests. Such tests at room temperature, combined with an assessment of the fracture pattern at the fracture, as well as X-ray spectral microanalysis of fracture surfaces and secretions on prepared grinders (in some cases, combined with phase analysis based on crystallogeometric parameters based on Electron Backscatter Diffraction studies), were used to study the mechanism of thermal aging. It has been established that the thermal aging of austenized welded joints differs significantly from the aging of non-austenized welded joints by the mechanism of the process. The presence of an incubation period (about 5,000 hours) of the formation of brittle intermetallides due to the absence of δ -ferrite in the initial state has been established. With an accelerated aging time of more than 5,000 hours, there is no significant difference in the impact strength of austenized and non-austenized welded joints, while the rate of its decrease decreases sharply. For the weld metal, a significant reduction in the temperature (down to 515 °C) of the existence of σ- and χ-phases has been established at holding times of about 200,000 hours, which necessitates adjustments to the existing time-temperature-phase (TTP) diagrams. The obtained data allow for refining models of thermal aging, and the use of accelerated aging methodologies facilitates adequate predictions of the service life of welded joints and the reliability of the BN-600 equipment.