2023, Мальцев, Д. А., Крымская, Ольга Александровна, Исаенкова, Маргарита Геннадьевна, Кулешова, Евгения Анатольевна, Федотов, Иван Владимирович, Минушкин, Роман Александрович

Рассмотрены результаты структурных исследований и механических испытаний после длительного теплового воздействия лабораторных плавок металлургически усовершенствованной стали 15Х2НМФА и стали с повышенным содержанием никеля, рассматриваемых в качестве материалов корпусов перспективных реакторов ВВЭР различных проектов. Показано, что как для усовершенствованной стали 15Х2НМФА, так и для высоконикелевой стали отсутствуют признаки зернограничного охрупчивания после проведения термообработки, провоцирующей охрупчивание, что связано с очень низкой зернограничной сегрегацией фосфора в исходном состоянии, обусловленной повышенной дисперсностью структуры, а также достаточно низким содержанием примесей. Кроме того, для усовершенствованной стали 15Х2НМФА не выявлено изменения предела текучести, что согласуется с результатами структурных исследований. Для высоконикелевой стали в результате длительного теплового воздействия выявлена тенденция к небольшому снижению предела текучести на 5 – 10% и закономерному снижению критической температуры хрупкости. Снижение механических характеристик связано с относительно низкой температурой высокого отпуска высоконикелевой стали и, соответственно, возможным протеканием процессов доотпуска структуры при длительном тепловом воздействии, о чем свидетельствуют результаты рентгеноструктурных исследований. Несмотря на протекание процессов доотпуска в высоконикелевой стали при длительном тепловом воздействии сохраняется стабильность основных упрочняющих карбидных фаз, за счет чего предел текучести остается на достаточно высоком уровне, превышающем значения для используемых сталей корпусов реакторов ВВЭР даже при тепловом воздействии с параметрами, значительно превосходящими предполагаемые условия эксплуатации корпусов перспективных ВВЭР. При этом снижение критической температуры хрупкости при тепловом воздействии лишь способствует повышению стойкости стали против хрупкого разрушения при эксплуатации.

2023, Maltsev, D. A., Исаенкова, Маргарита Геннадьевна, Крымская, Ольга Александровна, Федотов, Иван Владимирович, Кулешова, Евгения Анатольевна, Минушкин, Роман Александрович, Kuleshova, E. A., Fedotov, I. V., Isaenkova, M. G., Krymskaya, O. A., Minushkin, R. A.

The paper considers the results of structural studies and mechanical tests after a long-term thermal exposure of laboratory heats of the metallurgically improved 15Kh2NMFA steel and steel with an increased content of nickel considered as materials for the pressure vessels of advanced VVER-type reactors of various designs. It has been shown that, both for the improved 15Kh2NMFA steel and the high-nickel steel, there are no signs of grain boundary embrittlement after an segregation provoking embrittlement heat treatment. This is explained by the extremely low grain boundary segregation of phosphorus in the initial state caused by a high degree of the structure dispersity as well as by rather a low content of impurities. Besides, no changes have been found in the yield strength value for the improved 15Kh2NMFA steel, which agrees with the structure investigation results. For the high-nickel steel, a tendency towards a minor yield strength decrease by 5 to 10% and a regular reduction of the critical brittleness temperature has been revealed. A decrease in the mechanical properties has been caused by a relatively low temperature of tempering for the high-nickel steel and, accordingly, by the potential occurrence of the structure recovery during long-term thermal exposure, as evidenced by the results of an X-ray diffraction analysis. Despite the structure recovery in the high-nickel steel under the long-term thermal exposure, the main strengthening carbide phases remain stable. Due to this, the yield strength value remains at a relatively high level that exceeds the values for the modern VVER-type vessel steels, even in the case of a thermal exposure much in excess of the expected operating conditions for advanced VVER reactors. The observed decrease of critical brittleness temperature during the long-term thermal exposure contributes to an increase in the steel resistance to brittle fracture.

2023, Maltsev, D. A. , Frolov, A. S. , Stepanov, N. V. , Safonov, D. V. , Кулешова, Евгения Анатольевна, Kuleshova, E. A., Fedotov, I. V.

Nickel is an essential alloying element in steels used as structural materials in the most common nuclear power reactors of the VVER type. The paper considers reviews the results of structural studies of traditional and advanced materials of the vessels and internals of VVER-type reactors with high nickel contents in their compositions. It is shown that an increased nickel content (up to 5 wt.%) in the steels of VVER pressure vessels contributes to the formation of a more dispersed structure with a smaller size of substructural elements and an increased density of dislocations, as well as a higher volume density of carbide phases. The revealed features of the structure of the reactor pressure vessel steel with high nickel content have the prerequisites for improving the strength and viscoplastic properties due to the increased number of barriers both for the dislocation motion and brittle crack propagation. Using the example of materials for VVER internals, it is shown that the nickel content increased in them up to 25 wt.% contributes to an increase in the volume density of radiation defects (dislocation loops of various types) and radiation-induced phase precipitates (G-phase). As nickel increases from 10 to 25 wt.%, there is a tendency to reduce swelling, which contributes to less shape change of the components of the reactor vessel internals. At the same time, in the steel with the highest nickel content, the highest nickel content was found in the near-boundary regions of the matrix, which contributes to greater austenite stability and a lower probability of the formation of an embrittling α-phase. The data obtained in the work on the effect of nickel alloying on the steel structural phase state and service characteristics were used in the development of new materials for the vessels and internals of advanced reactors.