Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Выбор материала Классификация сталей Стали аустенитного класса Маркировка сталей Влияние элементов на свойства стали План лекции Конструкционные материалы ПГ АЭС

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Основной материал – сталь Выбор определяется условиями работы: давление, температура, механическая нагрузка, коррозионные процессы, свойства среды и т.д. Требования к материалам: высокие механические свойства при заданном режиме работы (прочность, пластичность, циклическая прочность) высокая коррозионная и эрозионная устойчивость высокий к-т теплопроводности и малый к-т термического расширения высокая радиационная стойкость высокая технологичность (обработка резанием, свариваемость) низкая стоимость Выбор материала

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Стали в энергомашиностроении - углеродистые и легированные стали Углеродистые – двухкомпонентные (железо и углерод) Легированные стали – трёх- и более компонентные (железо, углерод и легирующие элементы): низколегированные - содержат до 2.5% легирующих элементов; среднелегированные: - содержат до 10% легирующих добавок, но содержание каждой не должно превышать 5%; высоколегированные: содержат более 5% любого из легирующих элементов либо более 10% всех легирующих добавок в сумме. Нержавеющие стали относятся к высоколегированным (содержат не менее 12% хрома). Устойчивость против эл/хим. коррозии - более 17% хрома. Нержавеющие стали делятся на классы: мартенситные, ферритные, аустенитные, а также смежные (аустенитно-ферритные и т.д.). Классификация сталей

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Аустенитные стали обладают наилучшими свойствами (высокие жаростойкость, жаропрочность, пластичность, технологичность). Трубки поверхности теплообмена ПГВ-1000 из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т. Аустенитные стали содержат 17-23% Cr, 8-30% Ni и 0,02-0,25% C Аустенит - это твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в γ-железе. Имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. Не магнитен. Устойчив при t > 723°С. При низких (комнатных) t переходит в перлит (смесь феррита и цементита). Структура аустенита сохраняется при низких температурах при высоком содержании в стали легирующего элемента (никель или марганец) не менее 8%. Стали с высоким содержанием Mn не нашли широкого применения в ПГ- строении. В аустенитных сталях хром обеспечивает жаростойкость и коррозионную стойкость, никель стабилизирует аустенитную структуру и повышает жаропрочность, пластичность и технологичность. Причем своих свойств такие стали не меняют при нагревании и остывании. Недостатками аустенитных сталей являются: более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с углеродистыми сталями, склонность к коррозионному растрескиванию в средах, содержащих хлориды, и в щелочных средах. транскристаллитная коррозия под напряжением (корр. растрескивание под напряжением - КРН). Аустенитные стали

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Углеродистые стали обычного качества обозначают ст.2, ст.3 и т.д., что соответствует определенным мех. свойствам и хим. составу. Высококачественные углеродистые трубные стали обозначают двумя цифрами (например: 10 и 20), что отражает среднее содержание углерода в них в сотых долях процента: например, сталь 20 содержит % углерода. Листовые стали аналогичного состава имеют букву К после цифры, например, сталь 15К. Легированные стали обозначают буквами и цифрами, причём буквы соответствуют определённым элементам, а цифры за буквами - среднее содержание этих элементов, превышающих 1%. Если

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС даже тысячная доля процента некоторых элементов заметно сказывается на свойствах стали Постоянные примеси сталей, остающиеся после их выплавки: углерод влияет на механические св-ва: прочность, но пластичность и свариваемость, хрупкость. При высоких t лучше малое содержание С. кремний и марганец вводятся для раскисления, остаются после плавки до 0.8%. прочность и жаростойкость сера и фосфор - вредные примеси, хладноломкость водород придает стали хрупкость (не более 0.001%) азот влияет на процесс деформационного старения, (< 0.01%) кислород корр. стойкость и хрупкость. (< 0.01%), раскисление Добавки к легированным сталям хром жаростойкость (окалиностойкость) никель - для получения аустенитной структуры (> 8-10%), прочность перлитных сталей, дорог молибден длит. прочность и сопротивление ползучести, корр. стойкость, вольфрам сопротивление ползучести, жаропрочность, дорог ванадий жаропрочность, сопр. ползучести, макс. содержание 0,3% ниобий жаропрочность, сопр. ползучести, длительную прочность, предупреждает развитие коррозии под напряжением (КРН) ауст. сталей, титан жаропрочность, сопр. ползучести, предупреждает развитие КРН ауст. сталей бор длительную прочность в сочетании с др. элементами Влияние элементов на свойства сталей

Парогенераторы АЭСЛекция 11. Конструкционные материалы ПГАЭС Для поверхности теплообмена работоспособность определяется прежде всего коррозионной стойкостью. Низколегированная сталь годится по t и Р, но не этому показателю. Поэтому основной материал - аустенитная нержавеющая сталь 08Х18Н10Т - для ПГВ, и инконель 690ТТ ( 14-17% хром, 9-10% железо, 0.5% - медь, остальное - никель) - для вертикальных ПГ Жидким металлам свойственно явление переноса массы (при высоких t растворяет легирующие компоненты стали, которые при низких t выпадают из раствора). При t до 600°С применяют хромомолибденовые стали (хром до 5%, молибден до 1%, и добавка - ванадий или ниобий), при t > 600°С - аустенитные нержавеющие. ПГН-200М на БН: испаритель - 10Х2М, ПП - аустенитная сталь Для конструкций большой толщины (корпусов, коллекторов и трубных досок) используют углеродистые стали 15К, 20К, низколегированные марганцовистые (16ГНМ), среднелегированные стали перлитного класса с никелем (10ГН2МФА), хромомолибденовые (18Х2М). Для повышения корр. стойкости могут плакироваться нержавеющей сталью или никелем. Плакировка проводится совместной прокаткой углеродистых или низколегированных сталей с тонкими листами защитных покрытий. Материал внутрикорпусных элементов, как правило, соответствует материалу поверхности теплообмена (определяется условиями работы) Материалы для конструкционных элементов ПГ