Математичне моделювання мікроструктурних фазових перетворень під час зварювального нагріву на прикладі наплавлення захисного шару корпусу реактора ВВЕР–1000

Олег Володимирович Махненко, Олена Сергіївна Костеневич

Анотація


За допомогою розроблених скінченно-елементних моделей чисельно дослідже­но нестаціонарні температурні поля і кінетику мікроструктурних фазових перетворень в основному матеріалі корпусу реактора ВВЕР-1000 (сталь 15Х2НМФА) за дугового наплавлення під флюсом захисного антикорозійного шару із аустенітного матеріалу. Виконано порівняльний аналіз результатів моделювання мікроструктурних фазових перетворень за двома методами прогнозування розпаду аустеніту під час охолодження Δt8/5. Перший метод заснований на застосуванні регресійних рівнянь і характерного часу охолодження. Другий – на діаграмах ізотермічного розпаду аустеніту і рівняннях Аврамі та Койстінена – Марбургера. В результаті моделювання мікроструктурних перетворень за наплавлення отримано бейнітно-мартенситний склад у зоні термічного впливу основного матеріалу корпусу реактора, що підтверджують результати дилатометричного аналізу та металографії.

Ключові слова


реактор ВВЕР–1000, антикорозійне наплавлення, діаграма АРА, мікроструктурні фазові перетворення, кінетика перетворень, рівняння Аврамі

Посилання


Гривняк И. Свариваемость сталей. Пер. со словац. Л.С.Гончаренко. Под ред. Э.Л.Макарова// М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

Гурович Б.А., Кулешова Е.А., Федотова С.В. Влияние химического состава и структурных параметров сталей корпусов реакторов ВВЭР на склонность к охрупчиванию, обусловленному образованием зернограничных сегрегаций, в том числе, в условиях, характерных для длительной эксплуатации энергетических установок. ИНЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия

Гурович Б.А., Кулешова Е.А., Фролов А.С., Журко Д.А., Ерак Д.Ю., Мальцев Д.А., Комолов В.М. Структурные исследования сталей корпусов реакторов для нового поколения реакторов типа ВВЭР// Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 2. — С. 69-74.

Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов 2-е изд., доп. и испр. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

Карасева Е.В., Мац А.В., Савчук Е.С., Соколенко В.И. Структурная неустойчивость стали 15Х2НМФА в условиях ползучести при 600 К// Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія : Фізика. - 2013. - № 1075, вип. 18. - С. 85-88.

Карзов Г.П., Марголин Б.З., Теплухина И.В., Пиминов В.А. Материаловедческие аспекты повышения безопасности эксплуатации энергетических установок типа ВВЭР на основе совершенствования стали для корпусов реакторов. ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, ОАО «ОКБ-Гидропресс», Подольск, Россия.

Касаткин О.Г., Зайффарт П. Расчетные модели для оценки механических свойств металла ЗТВ при сварке низколегированных сталей. Сборник трудов международной конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах». К.:2002.

Корпус реактора ЗАЭС-1. 1152.02.70.000. Паспорт сосуда, работающего под давлением.

Крикун Е.В. Механизмы радиационного охрупчивания стали 15Х2НМФА класс 1 корпуса реактора ВВЭР-1000 под действием облучения в диапазоне температур (50-400)°С: дис. ... кандидата технических наук // Нац. исслед. центр "Курчатовский институт". - Москва, 2017.

Марков С.И. Металловедческие основы производства заготовок для высоконадежных элементов энергетических и трубопроводных систем: автореферат дис. ... доктора технических наук // Центр. науч.-исслед. ин-т технологии машиностроения - Москва, 2012. - 83 с.

Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР.-М.: Энергоатомиздат, 1989.- 525с.

ПНАЭ Г-7-009-89 Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка, основные положения// М.: 2003

Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-растворе в сплавах титана: Справочник термиста. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1991.

Фролов А.С. Фазово-структурное состояние и служебные характеристики новых композиций сталей для корпусов реакторов с повышенной мощностью и сроком службы : автореферат дис. ... кандидата технических наук: Нац. исслед. центр "Курчатовский институт". - Москва, 2013. - 24 с.

Хлыбов А.А., Углов А.Л. Определение физико-механических характеристик материала образцов, подвергаемых радиационному облучению// Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева № 1(98) – С.220-228.

Avrami, M. Kinetics of Phase Change. Journal of Chemical Physics 7 (12): 1103–1112 (1939), 8 (2): 212–224 (1940), 9 (2): 177–184 (1941).

Caron J., Heinze C., Schwenk C., Rethmeier M., Babu S.S. and Lippold J. Effect of Continuous Cooling Transformation Variations on Numerical Calculation of Welding-Induced Residual Stresses. Welding Journal, 2010, 89(7): 151s–160s

Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. Parts I. Oxford, Pergamon, 2002. 1200 p.

Dean Deng, Yangang Tong, Ninshu Ma and Hidekazu Murakawa Prediction of the Residual Welding Stress in 2.25Cr-1Mo Steel by Taking into Account the Effect of the Solid-State Phase Transformations. Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.) Vol.26 No.3 pp. 333—339 June 2013.

Guidance on the Reactor Pressure Vessel PTS Assessment for WWER Nuclear Power Plants. International Atomic Energy Agency,WWER-SC-157, 1996.

Iradj Sattari-Far, Magnus Andersson / Cladding Effects on Structural Integrity of Nuclear Components. SKI Report 2006:23, ISSN 1104-1374, ISRN SKI-R-06/23-SE, 73 p.

Katsuyama J., Udagawa M., Nishikawa H., Nakamura M., Onizawa K. / Evaluation of Weld Residual Stress near the Cladding and J-weld in Reactor Pressure Vessel Head for the assessment of PWSCC Behavior. E-Journal of Advanced Maintenance Vol.2 (2010) Japan Society of Maintenology, 50-64 pp.

Koistinen D.P., Marburger R.E. A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels // Acta Metallurgies. – 1959. – 7. – P. 59—60.

Kostylev V.I., Margolin B.Z. Determination of residual stress and strain fields caused by cladding and tempering of reactor pressure vessels. International Journal of Pressure Vessels and Piping 77 (2000)

Makhnenko V.I., Velikoivanenko E.A., Pochinok V.E., Makhnenko O.V., Rozynka G.Ph., Pivtorak N.I. Numerical Methods for the Prediction of Welding Stress and Distortions // Welding and Surfacing Reviews. – 1999. – V.13, Part 1. – 146 p.

Makhnenko V.I., Velikoivanenko E.A., Rozynka G.Ph., Pivtorak N.I., Makhnenko O.V. / Study of the effect of phase transformations on the residual stresses in circumferential weld joints of pipes. J. Automatic Welding - 2000. - No.5. - P. 3–8.

Piekarska W., Kubiak M., Zaternus Z. Numerical Simulation of Deformations in T-Joint Welded by the Laser Beam. Archives of Metallurgy and Matwerials Vol.58, 2013, Issue 4, p.1391-1396.

Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schille J.P. The calculation TTT and CCT diagrams for general steels. JMatPro Software Literature.

Serajzadeh S. Prediction of temperature distribution and phase transformation on the run-out table in the process of hot strip rolling. vol. 27, no. 11, pp. 861–875, 2003

Smoljan B. Computer simulation of microstructure transformation in heat treatment processes. Journal AMME. Volume 24, issue1, September 2007.

Unified Procedure for Lifetime Assessment of Components and Piping in VVER NPPs “VERLIFE”, ver. 2003, 5th Framework Programme of EU, Contract N° FIKS-CT-2001-20198.

Yaghi A.H., Hyde T.H., Becker A.A., Sun W. / Finite element simulation of welded P91 steel pipe undergoing post-weld heat treatment // Science and Technology of Welding and Joining 2011 VOL 16 No. 3, pp. 232-238.

Yukio Ueda, Hidekazu Murakawa, Yu Luo A Computational Model of Phase Transformation for Welding Processes Transactions of JWRI 24(1), 95-100, 1995-07


Повний текст: PDF

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 3.0 License.