Совершенствование качества металлургических заготовок



Дата28.05.2018
өлшемі99.29 Kb.
#30170

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

ДЛЯ КОРПУСОВ РЕАКТОРОВ АЭС С ВВЭР, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ

ООО «ОМЗ-СПЕЦСТАЛЬ» И ОАО «ИЖОРСКИЕ ЗАВОДЫ»
Т.И.Титова, Н.А.Шульган,

НИЦ ООО «ТК «ОМЗ-Ижора», Санкт-Петербург, Россия
Ю.М.Батов, С.Ю.Баландин

ООО «ОМЗ-Спецсталь», Санкт-Петербург, Россия

Как известно, в конце 50-х годах прошлого столетия «Ижорский завод» впервые в нашей стране освоил изготовление заготовок для ВВЭР из новой в то время стали 48ТС, ныне широкой известной как 15Х2МФА. И сегодня предприятия Ижорской промышленной площадки (ИПП) ОАО ОМЗ – ОАО «Ижорские заводы» и ООО «ОМЗ-Спецсталь» продолжают быть ведущими российскими предприятиями по производству корпусного оборудования АЭУ. В содружестве с головными конструкторскими и материаловедческими организациями в течение многих десятилетий не только совершенствовалась конструкция реакторных установок и увеличивалась их мощность (ВВЭР-210, ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200), но постоянно усовершенствовались и используемые материалыкак путем изменения химического состава, так и за счет повышения металлургического качества заготовок. При этом увеличивались размеры поковок и, соответственно, масса слитков.

Для достижения указанных усовершенствований былозначительно переоснащено и модернизировано металлургическое производство «Ижорских заводов» (ныне ООО «ОМЗ-Спецсталь»). Сегодня для производства заготовок корпусов реакторов и других изделий ответственного назначения в ООО «ОМЗ-Спецсталь» применяется следующее современное и высокопроизводительное оборудование:

- сталеплавильная электропечь ДСП-120;

- установка внепечной обработки стали LF+VD/VOD;

- модернизированные кузнечные прессы АКК-6000 и АКК-12000 сновыми раскатными бойками и лазерной системой измерения поковок «нагоряче»;

- ряд новых и модернизированных нагревательных и термических печей, включая новую вертикальную печь для термообработки поковок увеличенной высоты;

- новые станки для механической обработки крупногабаритных заготовок, в том числе удлиненных обечаек.

Одновременно с развитием производства совершенствовалась и испытательная база для контроля качества заготовок. Сегодня Научно-исследовательский центр (НИЦ) ООО «ТК «ОМЗ-Ижора», выполняющий все испытания и исследования для предприятий ИПП ОМЗ, имеет самое современное оборудование лучших мировых производителей – и не только лабораторное, но и переносное. Это обеспечивает высокую точность и оперативность как сдаточных испытаний при контроле качества заготовок, так и любых других исследований на пробах, образцах и непосредственно на изделиях с целью получения достоверных данных, позволяющих влиять на дальнейшее совершенствование качества, включая разработку рекомендаций по оптимизации технологии производства заготовок ответственного назначения. При этом НИЦ владеет целым пакетом современных программ для моделирования всех технологических процессов производства металлургических заготовок и принимает активное участие в работах, связанных с освоением новых материалов и технологий совместно с предприятиями ОМЗ и головными материаловедческими организациями (ГМО) - ГНЦ «НПО ЦНИИТМАШ» и ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».

Благодаря всему вышеперечисленному и совместным усилиям предприятий ОМЗ иГМО за последние годы достигнуты значительные улучшения металлургического качества корпусных заготовок для оборудования АЭС, производимого на ИПП ОАО ОМЗ.Ниже представлена динамика совершенствования качества металла «ижорского» производства с использованием статистических, в том числе архивных материалов НИЦ по химическому составу, структуре и механическим свойствам заготовок корпусов реакторов для АЭС с ВВЭР, изготовленных в разные годы.

В таблицах 1 и 2 представлены соответственно требования к химическому составу и механическим свойствам стали 15Х2НМФА, которая сегодня является основным материалом корпусов реакторов типа ВВЭР-1000.

Таблица 1 – Требования к химическому составу стали 15Х2НМФА для корпусов реакторов ВВЭР-1000 (1200)




Таблица 2 – Требования к механическим свойствам стали 15Х2НМФА для корпусов реакторов ВВЭР-1000 (1200)

Изменения требований указаны через дробь.

Видно, что основные ужесточения требований технических условий (ТУ) на производство заготовок коснулись ограничения содержания таких вредных примесей как фосфор и сера до уровня не более 0,007 % каждого. Однако,фактическое содержание этих примесей в плавочном составе стали за последние годы неуклонно снижалось и достигло сегодня диапазона 0,004÷0,006% по фосфору и 0,002÷0,004% по сере (рисунок 1).

а) б)


Рисунок 1 – Фактическое содержание фосфора (а) и серы (б) в весовых % в плавочном химическом составе стали 15Х2НМФА различных модификаций

В таблице 3 приведеныпоследовательные ужесточения требований ТУ по загрязненности стали 15Х2НМФА неметаллическими включениями. На рисунке 2 показана фактическая загрязненность металла корпусных заготовок сульфидами, которая сегодня снизилась до уровня не более1,0 балла по ГОСТ 1778, что коррелирует со снижением содержания серы. На рисунке 3 в качестве примера представлены серные отпечатки больших поковок из стали 15Х2НМФА, отражающие реальную картину значительного улучшения чистоты по сере металла заготовок корпусов реакторов, несмотря на значительное увеличение развеса слитков и габаритов заготовок.


Таблица 3 – Требования по загрязненности стали 15Х2НМФА неметаллическими включениями

*- изменение введены в 2000 году



Рисунок 2 – Фактический уровень загрязненности сульфидами стали 15Х2НМФА


а) б)


Рисунок 3 – Серный отпечаток поковок из стали 15Х2НМФА

а) 80-е годы – пок.450586 пл.181640 слиток 159,7т;

б) вторая половина 2000-х годов – пок.901715 пл.193651 слиток 230,0т
В таблице 4 показан весьма низкий уровень содержания вредных «цветных» примесей и газов в металле заготовок из стали 15Х2НМФА, изготовленных в новом веке, что, безусловно, связано с совершенствованием производственной базы и технологии производства заготовок и, наряду с вышеперечисленным, способствует повышению их качества и служебных свойств.
Таблица 4 – Типичное содержание цветных примесей и газов в заготовках из стали 15Х2НМФА за период 2002-2012гг

Некоторые улучшения наблюдаются и в формировании структуры металла корпусных заготовок. Основной структурной составляющей является отпущенный бейнит без выделений структурно свободного феррита, несмотря на увеличение массы и толщины заготовок под термообработку (рисунок 4). При этом за счет улучшения условий термообработки несколько измельчилось аустенитное зерно, а структура бейнита стала более однородной и дисперсной. Это также вносит свой положительный вклад в повышение служебных свойств металла заготовок, особенно в части характеристик вязкости и пластичности.
×500 ×500

а) б)


Рисунок 4 –Микроструктура металла крупных поковок из стали 15Х2НМФА

а) 80-е годы - пок.451889 пл.108030 слиток 137,4 т. Отпущенный бейнит, зерноG4 ГОСТ 5639

б) 2010 год – пок.902354 пл.185527 слиток 147,5 т. Отпущенный бейнит, зерноG5 ГОСТ 5639
В то же время, несмотря на постепенное ужесточение требований к металлургическому качеству корпусных заготовок, требования к их механическим свойствам за прошедшие десятилетия практически не изменились, а требования к уровню критической температуры хрупкости Тконесколько ужесточились для отдельных заготовок (таблица 2). Тем не менее, фактический уровень служебных свойств значительно улучшился, что способствует повышению гарантий безопасной эксплуатации, надежности и долговечности корпусов реакторов отечественного производства, включая и обоснование увеличенного срока службы атомных реакторов, изготавливаемых по новым проектам.

На рисунке 5 представлена динамика изменений уровня Тко металла поковок из стали 15Х2НМФА разных модификаций, изготовленныхижорскими металлургами в разные годы. Показано, что фактические значения Тко неуклонно понижались и в последние годы (с 2010 г по настоящее время) достигли весьма низкого уровня от минус 60 до минус 90°С.Это является, с одной стороны, безусловным результатом описанного выше всестороннего совершенствования металлургического качества корпусных заготовок производства ООО «ОМЗ-Спецсталь», с другой стороны, одним из важных залогов безопасности и долговечности корпусов атомных реакторов, изготавливаемых ОАО «Ижорские заводы».



Рисунок 5 – Динамика изменений фактических значений критической температуры хрупкости Тко металла поковок из стали 15ХНМФА

Следует отметить, что на ИПП ОАО ОМЗ под руководством ЦНИИ КМ «Прометей» постоянно проводятся работы по освоению производства крупногабаритных толстостенных корпусных заготовок из новой модификации А стали 15Х2МФА, созданной на базе упомянутой выше стали 48ТС. Например, это заготовки обечаек зоны патрубков (ОЗП) для судоходных устройств с максимальной толщиной под термообработку 485 мм, для реактора типа ВВЭР с максимальной толщиной под термообработку 470 мм и др. Результаты, полученные при исследовании в НИЦ металла этих толстостенных крупногабаритных заготовок, также демонстрируют хорошее качество и высокий уровень служебных свойств «ижорского» металла. На рисунке 6 в качестве примера показан уровень характеристик «горячей» прочности по толщине трепана, вырезанного на всю толщину 485 мм патрубковой зоны заготовки ОЗП для судоходных устройств. Установлена высокая однородность структуры, полная прокаливаемость и, соответственно, однородность механических свойств в этом сечении. Уровень Тко в этом сечении изменялся от минус 30 до минус 40°С.

Рисунок 6 – Однородность механических свойств по толщине 485мм металла заготовки ОЗП для судоходных устройств (PWHTmin)

Результаты исследования металла ОЗП из стали 15Х2МФА мод.А для ВВЭР-1000 также показали полное соответствие механических свойств заданным требованиям металла патрубковой зоны толщиной470 мм. При этом уровень Тко в разных направлениях и в разных точках этого сечения, включая термоинерционную зону, был весьма низок и изменялся от минус 45°С в термоинерционной зоне до минус 85°С вблизи торца патрубка, а на металле пробного кольца составил минус 75 – минус 95°С при сдаточных испытаниях. Это связано не только с чистотой стали по вредным примесям и неметаллическим включениям, но и с хорошей проработкой структуры и эффективным измельчением зерна на стадиях горячей деформации и термообработки, а также с оптимальными режимами самой термообработки.

Кроме того, сегодня предприятия ИПП ОАО ОМЗ вместе с НИЦ ООО «ТК «ОМЗ-Ижора» имеют большой опыт производства крупногабаритных корпусных заготовок из аналогичной стали 2,25Cr-1,0Mo-0,25V, изготавливаемой в поковках и толстых листах по требованиям ASMECode для нефтехимических реакторов нового поколения. Требования к качеству и уровню служебных свойств металла этих заготовок весьма высоки и имеют тенденцию к их повышению, что заставляет постоянно совершенствовать «ижорскую» производственную, испытательную и научно-исследовательскую базу.

В то же время следует отметить, что актуализация методической и нормативной базы, применяемой в Российской Федерации при контроле качества оборудования АЭС, происходит гораздо более медленными темпами, что не отвечает современным реалиям. С учетом общих целей обеспечения гарантий безопасности и увеличения срока службы реакторных установок типа ВВЭР представляется не только целесообразным, но и необходимым интенсифицировать работу российских организаций по следующим направлениям:

- совершенствование методов оценки исходного качества и служебных свойств основных материалов и оборудования АЭС и их изменений в процессе эксплуатации;

- введение новых современных документов на методы контроля качества материалов и оборудования АЭС (испытания на стойкость к МКК, определение содержания ферритной фазы, оценка загрязненности неметаллическими включениями и т.д.);

- адаптация национальных и межгосударственных стандартов к принятым в мире лучшим зарубежным стандартам (ASMECode, ASTM, EN);

- актуализация отраслевых стандартов (ОСТ) и технических условий (ТУ) в части их соответствия требованиям Федерального закона «О техническом регулировании» (статья 13.Документы в области стандартизации);

- разработка единого Перечня основных и сварочных материалов, допущенных к применению для изготовления оборудования АЭУ;

- переработка, с учетом накопленного опыта, действующих Федеральных норм и правил (ПНАЭ Г-7-009-89 и ПНАЭ Г-7-010-89) для исключения противоречий с проектом Правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов АЭУ.
В качестве выводов можно констатировать следующее.

1. Развитие металлургического производства ОАО «Ижорские заводы» - ныне ООО «ОМЗ-Спецсталь» способствовало:

- постоянному совершенствованию металлургического качества поковок из стали типа 15Х2НМФА (А, кл.1);

- увеличению массы слитков и габаритов поковок;

- освоению усовершенствованных модификаций стали 15Х2MФА (А, мод.А и мод.Б) и внедрению их в производство;

- освоению и широкомасштабному внедрению в производство новой хром-молибден-ванадиевой стали для крупногабаритных нефтехимических реакторов, изготавливаемых по ASMECode.

2. Одновременно совершенствовалась испытательная и исследовательская база НИЦ, что способствовало повышению точности и достоверности результатов испытаний металла заготовок для корпусов реакторов АЭУ и расширяло методические и другие возможности оценки качества заготовок и оборудования ответственного назначения, в том числе в цеховых и «полевых» условиях.

3. Сегодня достигнут и подтвержден высокий уровень чистоты крупногабаритных «ижорских» заготовок для корпусов АЭУ по примесям, газам и неметаллическим включениям. При обеспечении сквозной прокаливаемости и наличии однородной мелкозернистой структуры это способствует обеспечению требуемых механических свойств и их стабилизации по сечению толстостенных заготовок, а также значительному снижению исходной критической температуры хрупкости Тко металла заготовок и, соответственно, повышению гарантий безопасной эксплуатации и долговечности корпусов атомных реакторов «ижорского» производства.



4. Дальнейшее совершенствование качества заготовок и оборудования АЭУ требует соответствующей переработки и актуализации современной методической и нормативной базы, применяемой при их изготовлении и контроле качества.
Каталог: files -> proceedings -> mntk2013 -> documents
documents -> Мацек Й., Бенчик М., Крал П., Кргоункова Е., Лаговски Ф., Меца Р
documents -> 8-я мнтк «Обеспечение безопасности аэс с ввэр» окб «гидропресс», Подольск, Россия 28-31 мая 2013 г
documents -> Верификация кода гефест-улр для обоснования эффективности работы ловушки расплава
documents -> Влияние эксплуатационных факторов на показатель тепловой инерции термопар в каналах термоконтроля теплоносителя на выходе из к
documents -> Исследование поведения энергоблока при срабатывании импульсной разгрузки турбогенератора на энергоблоках №1 и №2 ростовской аэс


Достарыңызбен бөлісу:




©kzref.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет