Тема 1.6. Коррозионностойкие стали для элементов оборудования водо-
1.11. Ресурс металла оборудования и трубопроводов АЭС и методы расчета
11.11.2 Нормы и методы расчета на прочность основных элементов
172
11.11.2 Нормы и методы расчета на прочность основных элементов
фектов или уменьшение размеров сверх предусмотренных проектом. Норма- ми регламентировано проводить расчет на прочность в два этапа:
первый этап – расчет по выбору основных размеров;
второй этап – поверочный расчет.
В результате выполнения первого этапа расчета определяются основ- ные геометрические размеры элементов оборудования АЭС. Расчет по выбо- ру основных размеров проводится при расчетном давлении и температуре.
В качестве основных характеристик материалов, используемых при определении значений, номинальных допускаемых напряжений, приняты временное сопротивление, предел текучести, предел длительной прочности и предел ползучести (при ограничении деформации).
Номинальные допускаемые напряжения определяют по характери- стикам материала при расчетной температуре.
Номинальные допускаемые напряжения [] для элементов с расчетной температурой, равной Тt или ниже ее, рассчитывают по пределу текучести и временному сопротивлению. Для элементов с расчетной температурой выше температуры Тt номинальные допускаемые напряжения рассчитывают по пределу текучести, временному сопротивлению и пределу длительной проч- ности.
Температура Тt равна:
для алюминиевых и титановых сплавов 293К (20°С);
для циркониевых сплавов 523К (250°С);
для углеродистых, легированных, кремнемарганцовистых и высо- кохромистых сталей 623К (350°С);
для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, жаропрочных хромомолибденованадиевых сталей и железоникелевых сплавов 723К (450°С).
При выполнении расчета по выбору основных размеров учитывают действующее на оборудование и трубопроводы давление (внутреннее и наружное), а для болтов и шпилек – усилие затяга. При расчете фланцев, нажимных колец н их крепежных деталей учитывают давление, гидроиспы- тания.
В основу формул, используемых при расчете по выбору основных раз- меров, положен метод предельных нагрузок, соответствующих следующим предельным состояниям: вязкое разрушение, охват пластической деформаци- ей всего сечения оборудования или трубопровода, потеря устойчивости и до- стижение предельной деформации.
При определении расчетной толщины стенки толщину антикоррозион- ного наплавленного или плакирующего защитного слоя не учитывают.
Расчет толщины стенки прямой трубы, коллектора, штуцера.
Номинальная толщина должна быть не менее определенной по форму- ле:
c s
s R , (1.12)
174
где sR– расчетная толщина стенки прямой трубы, мм;
с – прибавка к расчетной толщине стенки, мм.
Расчетная толщина стенки прямой трубы, коллектора, штуцера опреде- ляется по формуле
p sR pDa
2 , (1.13)
где р – расчетное давление, МПа;
Dа – наружный диаметр прямой трубы, мм;
[] – номинальное допускаемое напряжение, МПа;
– коэффициент прочности продольного или спирального сварных швов, принимаемый в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и рас- четной температуры. Для бесшовных труб коэффициент прочности =1; ко- эффициент прочности поперечных сварных соединений в расчете на внут- реннее давление не учитывается.
Данная формула пригодна при соблюдении условия
25 ,
0
c Da
s .
Расчет толщины стенки цилиндрических и конических обечаек и выпуклых днищ сосудов.
Расчетная толщина стенки определяется по формуле
21
3 1
m p m
sR pDm
, (1.14)
где D – номинальный внутренний диаметр, мм.
Значения коэффициентов m1, m2, m3 и пределы применяемость формул указаны в таблице 1.49.
Таблица 1.49. Значения коэффициентов m1, m2, m3 и пределы применяемость формул
Парамет-
ры Цилиндри- ческая обе-
чайка (рис.1.30 а)
Коническая обечайка
(рис.1.30 б) Эллиптическое и то- росферическое дни-
ще (рис.1.30в)
Полусвери- ческое дни- ще (рис.
1.30 г)
m1 2 2 4 4
m2 1 cosα 1 1
m3 1 1 D/2H 1
Пределы примени- мости
3 ,
0
D c
s 0,005 0,1
D c s
;
45
cos 1 sin
0 1
D
c s D
c s D
D
; 1 , 0 0025
,
0
D c s
5 , 0 2
,
0
D H
; 1 , 0 0025
,
0
D c s
Рисунок 1.30. Основные расчетные размеры обечаек и днищ:
а) цилиндрическая обечайка; б) коническая обечайка; в) эллиптическое или торосферическое днище; г) полусферическое днище
Расчет толщины стенки колен и змеевиков. Прочность изогнутых участков отличается от прочности прямого участка. Ослабления происходят из-за утонения стенки трубы при гибке по внешней растягиваемой образую- щей и из-за искажения формы поперечного сечения.
При расчете на прочность согнутых участков труб (рис.1.31) должна проверяться расчетная толщина стенки на внешней, внутренней и нейтраль- ной сторонах гиба.
s s
D a R
A - A
S R 3 S R 3
S R 1 S R 2
А
А
Рисунок 1.31. Гиб
г)
а) б)
в)
176
Для колен, работающих под внутренним давлением, с отношением
1 Da
R расчетную толщину стенки определяют по формулам:
i i R
Ri s K Y
s (1.15 )
где i – индекс, соответствующий стороне, с которой определяется толщина, i=1,2,3: 1 – внешняя, 2 – внутренняя, 3 – нейтральная сторона гиба;
sR – расчетная толщина стенки прямой трубы, определяемая по фор- муле (1.13);
Ki – соответствующий торовый коэффициент;
Yi – коэффициент формы.
Торовые коэффициенты для внешней, внутренней и нейтральной сто- рон определяются по формулам
2 4
1 4
1
a a
D R D R K
;
2 4
1 4
2
a a
D R D R K
; K3 1. (1.16) Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, тем- пература стенки которых не превышает 350, 400, 450С соответственно, зна- чения коэффициентов формы следует определять по формулам
aq
Y1 0,12 1 1 0,4 ; Y2 Y1;
Y3 0,12 1 1 0,4a
. (1.17) где Dmax, Dmin – соответственно максимальный и минимальный наружные
или внутренние диаметры, измеряемые в одном сечении.
Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, тем- пература стенки которых превышает 400, 450, 525С соответственно, значе- ния коэффициентов формы следует определять по формулам
aq
Y1 0,4 1 1 0,015
;
Y3 0,4 1 1 0,015a
; Y2 Y1 (1.18) Здесь , q – безразмерные коэффициенты, определяемые как:
p p Ds
a R
2 ; 2
2 1
Da
q R
; (1.19)
а – овальность сечения, %, вычисляемая по формуле
% 2 100
min max
min max
D D
D a D
, (1.20)
Для колен, расчетная температура которых находится в промежуточ- ном интервале от указанных значений температур, коэффициенты формы определяются линейным интерполированием в зависимости от значения тем- пературы.
При выполнении расчетов по формулам (1.15-1.20) должны выполнять- ся следующие условия:
если значения коэффициентов Yi (i=1,2,3) по расчету получаются менее единицы, то следует принимать Yi =1;
если вычисленное значение q превышает единицу, то следует прини- мать q =1;
при 0,03 значение коэффициентов формы Yi следует принимать равным значению, полученному при = 0,03.
Прибавки к расчетной толщине стенки. Суммарную прибавку к рас- четной толщине элемента конструкции определяют, как
Прибавка к расчетной толщине стенки с складывается из следующих составляющих:
с = с1 + с2, (1.21) где с1 – (производственная прибавка) прибавка, компенсирующая возмож- ное понижение прочности в условиях изготовления детали за счет минусово- го отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;
с2 – (эксплуатационная прибавка) прибавка, которая учитывает корро- зионное влияние рабочей среды на материал элементов конструкции в усло- виях эксплуатации. Значения этой прибавки определяют по табл.1.50, в слу- чаях, не указанных в табл. 1.50, значение прибавки устанавливается проект- ной (конструкторской) организацией с учетом скорости коррозии и времени эксплуатации.
Производственная прибавка с1 состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение с11 и технологической прибавки с12: с1 = с11 + с12.
Прибавку с11 определяют по конструкторской документации и прини- мают равной отрицательному допуску на толщину стенки. Прибавку с12 явля- ется технологической, предназначенной для возможного утонения полуфаб- риката при изготовлении. Значение этой прибавки устанавливается проект-
178
ной (конструкторской) организацией по согласованию с предприятием- изготовителем и должно быть указано в рабочей документации.
Таблица 1.50. Значение прибавки с2
Материал и его сварные со- единения
Условия эксплуатации материала в ста- ционарном режиме
Прибавка с2, мм, за время экс- плуатации 30
лет Коррозионно-стойкие стали
аустенитного класса
Вода и пароводяная смесь, насыщенный пар до 623К (350ºС)
0,1 Стали перлитного класса Вода, 313 - 433К (40 -160ºС) 0,3 Вода, 433 - 543К (160 - 270ºС) 1,2 Вода, до 623К (350ºС), рН=8 - 10 1,0 Насыщенный пар до 573К (300ºС) 1,0
Перегретый пар 0,5
Высокохромистые стали Вода и насыщенный пар до 558К (285ºС) 0,1 Циркониевые сплавы Вода и пароводяная смесь до 558К
(285ºС), реакторная среда (смесь гелия с азотом, до 1% влаги по массе)
0,1
Если элемент имеет местное утонение, возникающее при изготовлении (штамповка днищ, гибка труб и др.) или вследствие коррозии, то значение фактической толщины стенки устанавливают в зависимости от расположения и размеров утоненного участка.
Поверочный расчет. После расчёта по выбору основных размеров про- водят поверочный расчёт, который проводится на номинальные размеры элементов.
Поверочный расчет включает в себя:
расчет на статическую прочность;
расчет на устойчивость;
расчет на циклическую и длительную циклическую прочность;
расчет на сопротивление хрупкому разрушению;
расчет на длительную статическую прочность;
расчет на прогрессирующее формоизменение;
расчет на сейсмические воздействия;
расчет на вибропрочность.
В результате расчетов определяются величины действующих в кон- струкции напряжений и деформаций, которые сравниваются с допускаемыми значениями (расчетные группы категорий напряжений), указанными в Нор- мах.
При поверочном расчёте учитывают все действующие нагрузки и рас- сматриваются все режимы эксплуатации (нормальные условия эксплуатации,
гидро- или пневмоиспытания, нарушения нормальных условий эксплуатации, сейсмические воздействия).
В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ анализ сейсмостойкости оборудования и трубопроводов АЭС, находящихся в эксплуатации, прово- дится с использованием, так называемого метода граничной сейсмостойкости (МГС) («Evaluation of Seismic Safety for Existing Nuclear Installation» Safety Standards Series). Суть метода состоит в определении величины граничной сейсмостойкости (параметра HCLPF). Для вычисления величины граничной сейсмостойкости HCLPF используется коэффициент сейсмического запаса FS.
180
II – ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Практические занятия, по дисциплине «Конструкционным материалы оборудования АЭС» проводятся в соответствии с учебным планом для сту- дентов специальности 1-43 01 08. Лекционный материал и тематика практи- ческих занятий связаны между собой
Перечень тем практических занятий
1. Основные компоненты современного ядерного реактора и конструк- ции паровых турбин АЭС.
2. Анализ технических нормативно-правовых актов (ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТБ и др.) и норм и правил по обеспечению ядерной и радиационной без- опасности, регламентирующих требования и выбор конструкционных мате- риалов оборудования АЭС.
3. Анализ сертификатов качества материалов.
4. Принципы выбора конструкционных материалов оборудования и трубопроводов АЭС.
5. Анализ условий эксплуатации элементов оборудования АЭС.
6. Коррозионностойкие стали. Определение структуры коррозионно-
стойких сталей по химическому составу с использованием диаграммы А. Шеффлера.
7. Служебные свойства конструкционных материалов оборудования АЭС.
8. Нормы и методы расчетов на прочность элементов оборудования и трубопроводов АЭС (ПНАЭ Г 7-002-86, РД ЭО 1.1.2.05.0330-2012, НП-031- 01).
Примеры выполнения практических занятий
Тема: Коррозионностойкие стали. Определение структуры корро- зионностойких сталей по химическому составу с использованием диа- граммы А. Шеффлера.
Задание: Определить структуру коррозионностойкой стали 12Х18Н12Т (ГОСТ 5632-2014) с использованием диаграммы А.Шеффлера.
Решение:
Химический состав стали 12Х18Н12Т принимаем по табл. 1.16:
Химический состав 12Х18Н12Т,%
C Si Mn Cr Ni Ti S P
≤0,12 ≤0,8 ≤2,0 17-19 11-13 ≤0,7 ≤0,02 ≤0,35
Для определения структуры стали необходимо рассчитать эквивалент- ные значения хрома и никеля.
Эквивалент хрома рассчитывается по формуле:
Cr Mo Ti Al Nb Si V
ЭквCr % % 2 % 2 % % 1,5 %
6 , 20 8 , 0 5 , 1 7 , 0 2
18
.
Эквивалент никеля рассчитывается по формуле:
Ni C N Mn
ЭквNi % 30% 30% 0,5% 6 , 16 0 , 2 5 , 0 12 , 0 30
12
.
По значениям ЭквСr и ЭквNi на диаграмме А. Шеффлера (рис.1.32)
Рисунок 1.32. Структурная диаграмма для коррозионностойких сталей (А. Шеффлера)
определяется точка пересечения значений эквивалентов хрома и никеля, со- ответствующая структуре аустенитной стали – Т1.
Тема: Нормы и методы расчетов на прочность элементов оборудо- вания и трубопроводов АЭС (ПНАЭ Г 7-002-86, РД ЭО 1.1.2.05.0330-2012, НП-031-01)
Задание:
Проверить толщину стенки прямой трубы трубопровода питательной воды высокого давления Dа х s = 426 х 16 мм и из стали 20К ГОСТ 5520- 2017. Труба бесшовная. Расчетное давление р = 8,1МПа. Расчетная темпера- тура стенки трубы t = 226С, температура наружной поверхности металла ta=300С, наименьшее минусовое отклонение =10%, номинальное допуска- емое напряжение для стали 20К при температуре 226С [] = 136 МПа
182
Решение
Расчетная толщина стенки прямой трубы определяется по формуле 1.13
2 18,11364268,1 12,322
p sR pDa
мм.
Коэффициент прочности сварного шва для =1, т.к. труба бесшовная.
Производственная прибавка равна 12,32 1,23 100
10
11 100 s
с мм., для
прямых труб с12 0
Эксплуатационная прибавка с2, определяется по таблице 1.50. Для ста- ли 20К, относящейся к перлитному классу и расчетная температуры стенки трубы t = 226С составляет с2 =1,2 мм.
Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки равна с = с1 + с2=1,23+1,2= 2,43 мм
Номинальная толщина стенки прямой трубы определяется по формуле 1.12
75 , 14 43 , 2 32 ,
12
s c
s R мм.
Ответ: принятая толщина стенки s 16 мм удовлетворяет расчету.
III – РАЗДЕЛ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ Вопросы на зачет
1. Особенности конструкции водо-водяных энергетических реакторов.
2. Особенности конструкции паровых турбин АЭС.
3. Условия работы конструкционных материалов оборудования АЭС.
4. Основные типы эксплуатационных повреждений металла оборудования АЭС и причины их возникновения.
5. Классификация дефектов металла оборудования АЭС.
6. Требования, предъявляемые к материалам активной зоны реактора.
7. Требования, предъявляемые к материалам оборудования, находящегося вне активной зоны.
8. Основные служебные свойства конструкционных материалов оборудо- вания АЭС.
9. Виды дефектов кристаллической решетки.
10. Модель радиационных повреждений, возникающих при соударении нейтронов с атомами кристаллической решетки (модель Зеегера).
11. Совместимость реакторных материалов.
12. Радиационная стойкость конструкционных материалов.
13. Изменение механических свойств конструкционных материалов под действием облучения.
14. Радиационное охрупчивание и распухание.
15. Влияние нейтронного облучения на различные материалы.
16. Жаропрочность и жаростойкость сталей.
17. Основные факторы, влияющие на жаропрочность и жаростойкость ме- таллов.
18. Коррозионная стойкость и виды коррозии оборудования АЭС.
19. Мероприятия по снижению коррозионного износа оборудования и тру- бопроводов АЭС.
20. Эрозионная стойкость. Виды эрозионного износа оборудования АЭС.
21. Конструкционная прочность материалов и ее критерии.
22. Углеродистые стали. Классификация, маркировка и область применения.
23. Влияние вредных примесей на свойства и качество сталей.
24. Влияние легирующих элементов на свойства сталей.
25. Классификация и маркировка легированных сталей.
26. Перлитные стали для корпусов водо-водяных энергетических реакторов и других сосудов давления.
27. Коррозионностойкие стали для элементов оборудования водо-водяных энергетических установок.
28. Принципы выбора коррозионностойких сталей.
29. Коррозионные и коррозионно-механические повреждения коррозионно- стойких сталей (коррозионное растрескивание и межкристаллитная корро- зия).
30. Применения коррозионностойких сталей на АЭС.
184
31. Конструкционные материалы турбин АЭС.
32. Конструкционные материалы трубопроводов АЭС.
33. Конструкционные материалы трубопроводной арматуры АЭС и требо- вания к ней.
34. Алюминий и его сплавы в атомной энергетике: основные свойства и об- ласть применения.
35. Цирконий и его сплавы в атомной энергетике: основные свойства и об- ласть применения.
36. Бериллий и его сплавы в атомной энергетике: основные свойства и об- ласть применения.
37. Магний и его сплавы в атомной энергетике: основные свойства и об- ласть применения.
38. Титан и его сплавы в атомной энергетике: основные свойства и область применения.
39. . Физико-механические свойства реакторного графита.
40. Коррозионная и радиационная стойкость реакторного графита.
41. Применение графита в конструкциях активной зоны реактора.
42. Ресурс металла оборудования и трубопроводов АЭС: определение и факторы, влияющие на ресурс.
43. Основные ресурсные характеристики оборудования и трубопроводов АЭС.
44. Обеспечение ресурса на стадиях проектно-конструкторских работ.
45. Обеспечение ресурса на стадии эксплуатации оборудования.
46. Оценка и прогнозирование остаточного ресурса.
47. Продление ресурса эксплуатации тепломеханического оборудования и трубопроводов АЭС.
48. Схема мероприятий при продлении ресурса эксплуатации оборудования и трубопроводов.
49. Принципы, положенные в основу норм и методов расчета на прочность основных элементов оборудования и трубопроводов АЭС.
50. Определение номинальных допускаемых напряжений.
51. Определение толщины стенки прямой трубы, коллектора, штуцера.
52. Расчет толщины стенки цилиндрических и конических обечаек и выпук- лых днищ.
53. Расчет толщины стенки колен и змеевиков: определение торовых коэф- фициентов и коэффициентов формы.
54. Определение прибавки к расчетной толщине стенки.
IV – ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ Учебная программа
186
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа по учебной дисциплине «Конструкционные мате- риалы АЭС» разработана для специальности 1-43 01 08 «Паротурбинные установки атомных электрических станций».
Целью преподавания дисциплины «Конструкционные материалы АЭС» является приобретение студентами знаний о составе, структуре и свой- ствах конструкционных материалов, применяемых в различных узлах ядер- ных реакторов, паротурбинных установок и другого оборудования АЭС.
Основной задачей дисциплины является изложение принципов разра- ботки конструкционных материалов с заранее заданными свойствами и их демонстрация на примерах конкретных сплавов. Важными особенностями эксплуатации конструкционных материалов оборудования АЭС являются высокие рабочие температуры, циклические механические и тепловые нагрузки, интенсивные потоки радиационного излучения, наличие агрессив- ной среды теплоносителя и контактов с другими материалами. Поэтому про- цесс создания и эксплуатации материалов предполагает тщательный анализ условий их работы, формулирование требований к свойствам, собственно выбора основы и легирующего комплекса, термической и термомеханиче- ской обработки сплавов, обеспечение стабильности структуры и фазового со- става в рабочих условиях.
Учебная дисциплина «Конструкционные материалы АЭС» базируется на знании студентов ряда дисциплин, включая «Материаловедение», «Физи- ка», «Химия».
В результате освоения дисциплины «Конструкционные материалы АЭС» студент должен:
знать:
– классификацию сталей и сплавов и принципы маркировки сталей в РБ и по международным стандартам;
– конструкционные материалы, применяемых в различных узлах ядер- ных реакторов, элементах паротурбинных установок и другого оборудования АЭС;
– особенности эксплуатации конструкционных материалов оборудо- вания АЭС;
– состав, структуру и свойства наиболее распространенных конструк- ционных материалов, применяемых в различных узлах ядерных реакторов;
– требования, предъявляемые к конструкционным материалам обору- дования АЭС;
уметь:
– выполнять комплекс нормативно-технических требований, охваты- вающих материалы оборудования ТЭС;
– выбрать материал элемента оборудования для данных конкретных условий работы оборудования;
– определить комплекс необходимых свойств материала, обеспечи- вающих надежную работу оборудования в заданных условиях;
188
– оценить конструкционную прочность методами механики разруше- ния.
владеть:
– навыками выполнения комплекса нормативно-технический требова- ний, охватывающих материалы оборудования АЭС.
Освоение данной учебной дисциплины должно обеспечить формирова- ние следующих компетенций:
АК-6. Владеть междисциплинарным подходом при решении проблем.
ПК-8. Выполнять теплогидравлические, нейтронно-физические и прочностные расчеты узлов и элементов проектируемого оборудования с ис- пользованием современных средств.
ПК-15. Осуществлять диагностику и мониторинг состояния энергообо- рудования при помощи современных методов и устройств.
Согласно учебным планам на изучение учебной дисциплины отведено:
- для очной формы получения высшего образования всего 78 ч., из них аудиторных - 42 часа;
Распределение аудиторных часов по курсам, семестрам и видам заня- тий приведено ниже.
Таблица 1.
Очная форма получения высшего образования Курс Семестр Лекции,
ч.
Лаборатор- ные занятия, ч.
Практиче- ские заня- тия, ч.
Форма текущей аттестации
4 8 28 - 14 зачет
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ВВЕДЕНИЕ
Металловедение и его особенности в атомной энергетике. Проблемы разработки и использования конструкционных материалов в атомной энерге- тике.
Ядерные энергетические установки (ЯЭУ). Ядерные энергетические реакторы. Основные компоненты современного ядерного реактора. Термо- ядерные реакторы. Паротурбинные установки АЭС. Основные конструктив- ные элементы паротурбинной установки. Требования правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергети- ческих установок к конструкционным материалам.
Раздел I. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ СЛУЖЕБНЫЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОБОРУДОВА- НИЯ АЭС
Тема 1.1. Условия работы, повреждения и требования, предъявля- емые к конструкционным материалам в атомной энергетике
Условия работы металла оборудования АЭС под воздействием кон- структивно-технологических и эксплуатационных факторов. Основные типы эксплуатационных повреждений металла и причины их возникновения. Из- менения, происходящие в структуре и механических свойствах металла в процессе эксплуатации. Требования, предъявляемые к конструкционным ма- териалам в атомной энергетике.
Тема 1.2. Основные служебные свойства конструкционных мате- риалов оборудования АЭС
Радиационная стойкость конструкционных материалов. Воздействие нейтронного облучения на различные материалы. Радиационные дефекты и повреждения. Радиационное распухание, охрупчивание и ползучесть. Модель радиационных повреждений, возникающих при соударении нейтронов с ато- мами кристаллической решетки (модель Зеегера).
Жаропрочность и жаростойкость. Критерии жаропрочности: ползу- честь, длительная прочность и релаксация напряжений. Влияние структуры на жаропрочность сталей и сплавов. Металловедческие факторы, влияющие на жаропрочность.
Коррозионно-эрозионная стойкость. Общие сведения о коррозии и эро- зии металлов. Основные типы коррозии металла: стояночная, язвенная, под- шламовая, газовая высокотемпературная, водородная, термоусталостная и коррозия под напряжением. Эрозионный и абразивный износ.
Конструкционная прочность материалов и ее критерии.
Раздел II. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ АЭС
190
Тема 2.1. Стали для корпусов водо-водяных реакторов и сосудов давления
Стали, применяемые для корпусов ВВЭР, и перспектива их совершен- ствования. Принципы создания сталей на Cr–Ni–Mo основе для корпусов ВВЭР и других сосудов давления. Теплоустойчивые Cr–Ni–Mo стали. Фер- ритно-перлитные стали на основе систем C–Mn, Ni–Mo–V, Mn–Ni–Mo–V.
Стали перлитного класса, применяемые в зарубежном реакторострое- нии. Тепловая хрупкость реакторных материалов. Радиационное охрупчива- ние сталей для корпусов реакторов. Циклическая прочность реакторных ма- териалов. Сопротивление хрупкому разрушению реакторных материалов.
Тема 2.2. Коррозионно-стойкие стали для элементов оборудования водоохлаждаемых энергетических установок
Принципы выбора коррозионно-стойких сталей. Коррозионное и кор- розионно-механические повреждения оборудования АЭС. Коррозионное рас- трескивание и межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей. Области применения коррозионно-стойких сталей.
Тема 2.3. Стали и сплавы для установок с натриевым теплоноси- телем
Коррозионная стойкость сталей в жидком натрии. Коррозионная стой- кость материалов в пароводяной среде и в натрии в условиях малых протечек воды. Механические эффекты в системах с жидким натрием. Термоцикличе- ская прочность. Локальные разрушения сварных соединений. Влияние нейтронного облучения на свойства реакторных материалов при повышенной температуре. Материалы для реактора, теплообменников и другого оборудо- вания для первого и второго контуров. Материалы для парогенераторов.
Тема 2.4. Конструкционные материалы для энергетических уста- новок с газовыми теплоносителями
Коррозия сталей и сплавов в гелии при повышенной температуре. Кор- розия материалов в четырехокиси азота. Опыт применения материалов для основного оборудования энергоустановок с гелием в качестве теплоносителя.
Материалы, перспективные для энергетических установок с диссоцирующим газом.
Тема 2.5. Цветные металлы и сплавы оборудования АЭС
Алюминий и его сплавы. Влияние легирования на структуру и меха- нические свойства алюминия. Металлокерамические алюминиевые материа- лы. Влияние легирования на коррозионную стойкость алюминия. Алюминие- вые сплавы, применяемые в ядерно-энергетических установках.
Магний и его сплавы. Основные свойства магния. Влияние легирова- ния на структуру и механические свойства магния. Влияние легирования на коррозионную стойкость магния.
Бериллий и сплавы беррилия. Свойства бериллия. Влияние легирова- ния на структуру и механические свойства бериллия. Технологические мето- ды повышения пластичности бериллия. Сплавы бериллия и их применение.
Цирконий и его сплавы. Физико-химические и механические свойства циркония. Влияние легирования на структуру, механические свойства и жа- ропрочность циркония. Коррозионная стойкость циркония и его сплавов. Ра- диационная стойкость циркония. Циркониевые сплавы, применяемые в ЯЭУ.
Титан и его сплавы. Свойства титана. Взаимодействие титана с леги- рующими элементами. Классификация и структура сплавов титана. Термиче- ская обработка и фазовый состав титановых сплавов. Коррозионная и радиа- ционная стойкость титана. Промышленные сплавы титана и их применение.
Тема 2.6. Реакторный графит
Реакторный графит. Конструкционный графит и его свойства. Корро- зионная стойкость графита. Влияние облучения на свойства конструкционно- го графита. Механизм деградации и критерии работоспособности графита.
Применение графита в ЯЭУ.
ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ Список литературы
Основная литература
1. Конструкционные материалы АЭС / Ю.Ф. Баландин, И.В. Горы- нин, Ю.И. Звездин, В.Г.Марков. – М.: Энергоатомиздат, 1984. –280с.
2. Бескоровайный, Н.М. Конструкционные материалы ядерных ре- акторов: Учебник для вузов / Н.М. Бескоровайный, Б.А.Калин, П.А. Плато- нов, И.И.Чернов. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 704 с.
3. Солнцев, Ю.П. Материаловедение: Учебник для вузов / Ю.П.Солнцев, Е.И.Пряхин, Ф. Войкут. – М.: МИСИС, 1999. – 600с.
4. Стерман Л.С. Тепловые и атомные электрические станции: Учебник для вузов/ Л.С. Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г. Тишков. – Москва: Издательство МЭИ, 2004. – 424с.
5. Конструкционные и функциональные материалы ядерных энер- гетических установок : учебное пособие / И.И. Чернов [и др.]. – Минск:
Вышэйшая школа, 2021. – 239 с. : ил.
Дополнительная литература
5. Масленков, С.Б. Стали и сплавы для высоких температур: Спра- вочное изд. в 2-х кн./ С.Б. Масленков, Е.А. Масленкова. – М.: Металлургия, 1991. – 832с.
6. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочная серия: В 4 кн. / под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зо- рина. – 4-е изд., стереот. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007 – 528 с.: ил. –
192
Кн.1.
7. Тепловые и атомные электрические станции: Справочное посо- бие / под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина – 4-е изд., стереот. – Москва: Издательский дом МЭИ, 2007. – 648с.
Средства диагностики результатов учебной деятельности Оценка уровня знаний студента производится по десятибалльной шка- ле в соответствии с критериями, утвержденными Министерством образова- ния Республики Беларусь.
Для оценки достижений студента используется следующий диагности- ческий инструментарий:
– проведение текущих контрольных опросов по отдельным темам;
– выступление студента на конференции по подготовленному рефера- ту;
– сдача зачета по дисциплине.
Перечень тем практических занятий
1. Проблемы разработки и использования конструкционных материа- лов в атомной энергетике.
2. Основные компоненты современного ядерного реактора и паротур- бинной установки АЭС.
3. Требования правила устройства и безопасной эксплуатации обору- дования и трубопроводов атомных энергетических установок к конструкци- онным материалам.
4. Условия работы, повреждения и требования, предъявляемые к кон- струкционным материалам в атомной энергетике.
5. Конструкционная прочность материалов и ее критерии.
6. Служебные свойства конструкционных материалов оборудования АЭС.
7. Стали, применяемые для корпусов ВВЭР, и перспектива их совершен- ствования.
8. Принципы выбора коррозионностойких сталей.
9. Цветные металлы оборудования АЭС.
Методические рекомендации по организации и выполнению самостоя- тельной работы студентов
При изучении дисциплины используются следующие формы самостоя- тельной работы:
–самостоятельная работа в виде решения индивидуальных задач.
Дополнения и изменения к учебной программе
194