Studie struktury a mechanických vlastností Studie struktury a mechanických vlastností reaktorové oceli pro VVER 440 a výpočet reaktorové oceli pro VVER 440 a výpočet
životnosti jaderných reaktorůživotnosti jaderných reaktorů
Marek Kovář
Tomáš Peták
Gymnázium Karla Sladkovského
FaFakulta jaderná a fyzikálně inženýrskákulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT vČVUT v Pra Prazzee
Katedra MateriálůKatedra Materiálů
Evropský sociální fondPraha & EU: Investujeme do vaší budoucnostiOPPA: Operační program Praha - Adaptabilita
ObsahMetody studia struktury a vlastností
konstrukčních materiálůCharpyho zkouška rázem v ohybuPřechodová teplotaZkouška tvrdostiMetalografický rozborMikroskopieStereologie
Svědečný programTlakovodní reaktorová nádoba VVER 440Svědečný program bloků VVER 440 na JE DukovanyVýpočet životnosti
Charpyho kladivo
Přechodová teplota
T0 = 44,5°C
0
10
20
30
40
50
60
70
-50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Teplota (°C)
En
erg
ie (
J)
Několik vzorků jsme vložili do pece na předem nastavenou teplotu, kterou postupně snižujeme. Při potřebné teplotě vzorku jsme provedli Charpyho zkoušku vrubové houževnatosti. Při určité teplotě energie potřebná k přeražení vzorku rapidně stoupne či klesne. Toto je naše hledaná mez, zde se z křehkého zlomu stává houževnatý, či naopak.
)1(0
000
C
TTtghBAKV
Pomocí metody nejmenších čtverců jsme proložili experimentálně naměřenými hodnotami funkci (1) a získali parametry: A0 = 36,8J; B0 = 24,2J; C0 = 38,1°C; T0 = 44,5°C. Hodnota přechodové teploty T0 je tedy 44,5°C. Jedná se o inflexní bod na této křivce a zároveň o poloviční energii mezi horním a dolním platem. Hodnota energie horního plata se pohybuje kolem 60J.
Zkouška tvrdosti
Příprava metalografických výbrusů
Mikroskopy
Pozorování výbrusů (200x)
Feritická zrnaFeritická zrna
Martenzitická Martenzitická oblastoblast
Perlitická Perlitická oblastoblast
SEM – lomová plocha (50x)
SEM – lomová plocha (100x)
SEM – inicializace lomu (500x)
SEM – inicializace lomu (2 000x)
SEM – vměstek (500x)
SEM – vměstek (2 000x)
SEM – vměstek (500x)
SEM – vměstek (2 000x)
Stereologie
b) průměrná velikost zrn perlitu b) průměrná velikost zrn perlitu (tmavší): (tmavší): 2,45 2,45 mm
(průměrná velikost zrna na obrázku (průměrná velikost zrna na obrázku 2,79 mm)2,79 mm)
Na snímku byly zjištěny následující údaje:Na snímku byly zjištěny následující údaje:
a) průměrná velikost zrn feritu a) průměrná velikost zrn feritu (světlejší): (světlejší): 4,57 4,57 mm
(průměrná velikost zrna na obrázku 5,21 mm) (průměrná velikost zrna na obrázku 5,21 mm)
Tlakovodní reaktorová nádoba VVER 440
MateriálMateriál CC MnMn SiSi PP SS CrCr NiNi MoMo VV CuCu CoCo AsAs
15Kh2MFA15Kh2MFA0,130,130,180,18
0,30,30,60,6
0,170,170,370,37
maxmax0,0250,025
maxmax0,0250,025
2,52,53,03,0
maxmax0,40,4
0,60,60,80,8
0,250,250,350,35
maxmax0,10,1
maxmax0,0090,009
maxmax0,0090,009
Svědečný program bloků VVER 440 JE Dukovany
V rámci SSP tři druhy zkušebních těles, a to:1) válcová o zkušebním průměru 3 mm pro zkoušky statickým tahem; typ těles je shodný se standardním svědečným programem, protože se jedná o archivní, dosud nezkoušená tělesa, dodaná v rámci dodatečného svědečného programu2) z hranolků o rozměrech 10x10x14 mm se metodou rekonstituce pomocí svařování elektronovým paprskem zhotoví následující dva typy těles:
a) typ Charpy-V pro zkoušky vrubové houževnatosti rázem se záznamem diagramu čas-zatížení pro vyhodnocování také podle normy ASTM E 636-83
b) typ TPB (s nakmitáním - nacyklováním únavové trhliny po ozáření) pro zkoušky lomové houževnatosti při statickém zatížení podle normy ASTM E 399, zkoušky ke stanovení hodnoty J-integrálu
Výpočet životnosti
Čas Posun (∆T)(°C)
1 rok 39
2 roky 49
5 let 66
10 let 83
15 let 96
20 let 105
25 let 113
30 let 121
35 let 127
40 let 133
∆Tf= Af (F.10-22)1/3
s konstantou Af=25 a použitým neutronovým tokem 1,2x10^13m-2.s-1, který jsme odhadem snížili o stínění vody (moderací) a stíněním materiálu (jelikož se reálné zkoušky provádí s materiálem v hloubce 1/3 od vnitřní strany nádoby)
K výpočtu posunu přechodové křivky jsme použili jsme rovnici:
Použitím jednoduché rovnice:
Tk=Tk0+∆Tf
získáme celkový posun :
Tk0 …… počáteční přechodová T
∆Tf……. Rozdíl teploty po ozáření
F ……… fluence
Poděkování
Závěrem bychom chtěli poděkovat našemu gymnáziu Karla Sladkovského, kde nám bylo umožněno pracovat na našem miniprojektu, především učiteli fyziky Ing.Bc.Antonu Florkovi CSc., Ph.D., bez kterého by tato práce nemohla vzniknout. Dále za financování Evropskému Sociálnímu Fondu, Hlavnímu městu Praha a FJFI, výslovně KMAT FJFI ČVUT za poskytnuté zázemí, jmenovitě doktorandům Ing. Štěpánu Válkovi a Ing. Tomáši Skibovi za jejich čas a úsilí. V neposlední řadě poděkovaní také patří předsedkyni SÚJB Ing. Daně Drábové Ph.D., Ing. Pavlu Šimákovi z JE Temelín a Ing. Radku Konopovi ze Škoda JS za množství času a informací, které nám věnovali.