Thép bền nhiệt cho tổ hợp năng lượng siêu tới hạn

Một trong những thách thức chính trong việc phát triển ВВЭР-СКД là chế tạo thép kết cấu ứng dụng trong đường ống và thiết bị trao đổi nhiệt, hoạt động ở thông số hơi siêu tới hạn: Nhiệt độ làm việc của nước làm mát tại đầu ra của lò phản ứng tới 600 °C và áp suất lên đến 30 MPa. Trong trường hợp này, các yêu cầu chính về vật liệu kết cấu, hoạt động ở thông số hơi siêu tới hạn là khả năng chịu nhiệt, độ dai phá hủy cao, chống ăn mòn tốt và tính công nghệ cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thép bền nhiệt cho tổ hợp năng lượng siêu tới hạn THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN THÉP BỀN NHIỆT CHO TỔ HỢP NĂNG LƯỢNG SIÊU TỚI HẠN Hướng phát triển hứa hẹn của năng lượng hạt nhân, đóng góp vào “Chiến lược năng lượng Nga đến năm 2030”, là chế tạo ra lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới với thông số hơi siêu tới hạn (ВВЭР-СКД), mà tính năng nổi trội của nó là hiệu suất cao (lên đến 45%) và tập trung sử dụng vào chu trình nhiên liệu khép kín. Một trong những thách thức chính trong việc phát triển ВВЭР-СКД là chế tạo thép kết cấu ứng dụng trong đường ống và thiết bị trao đổi nhiệt, hoạt động ở thông số hơi siêu tới hạn: nhiệt độ làm việc của nước làm mát tại đầu ra của lò phản ứng tới 600 °C và áp suất lên đến 30 MPa. Trong trường hợp này, các yêu cầu chính về vật liệu kết cấu, hoạt động ở thông số hơi siêu tới hạn là khả năng chịu nhiệt, độ dai phá hủy cao, chống ăn mòn tốt và tính công nghệ cao. Các loại thép lò hơi và đường ống của các 25Х1М1Ф, có nhiệt độ làm việc đến 585 °С (khi nhà máy điện tại Liên xô/ LB Nga có tuổi thọ 40 nhiệt độ cơ bản không quá 540 - 565 °С); năm, đã được chế tạo vào những năm 1950 - 1960 • Thép không gỉ austenite kí hiệu bao gồm: 12Х18Н12Т và 08Х16Н9М2 khi nhiệt độ đến 640 °С (đối với các phần nhiệt độ cao của lò hơi • Thép carbon và hợp kim thấp kí hiệu 10, quá nhiệt). 20, 15ГС, nhiệt độ làm việc đến 500 °С; • Thép pearlite chromium-molybdenum Trong những năm 1980, để chế tạo các và chromium-molybdenum-vanadium kí hiệu kết cấu lò hơi quá nhiệt và đường ống dẫn hơi, tổ 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, hợp ЦНИИТМАШ đã nghiên cứu chế tạo thép 34 Số 52 - Tháng 9/2017  THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 10Х9МФБ có khả năng nâng cao độ bền nhiệt, tính công nghệ trong luyện kim, bằng cách giảm hàm lượng Cr xuống dưới 10%, cân bằng các thành phần hợp kim, đảm bảo tạo thành cấu trúc chứa delta ferrite và tạo nên chuỗi carbide M23C6 của phase bền phân tán ổn định nhiệt V(CN). So sánh các đặc điểm của thép 10Х9МФБ với thép pearlite truyền thống 12Х1МФ và 15X1M1Ф cho thấy nó làm tăng hiệu quả và giảm đáng kể (25 - 30%) khối lượng kim loại, làm việc ở nhiệt độ 540 °C - 575 °C nhờ giảm Hình 1. Thay đổi thông số hơi của các chiều dày các phần tử thành ống. thiết bị nhiệt do phát triển vật liệu mới. Cùng trong thời gian này ở các nước khác (Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc …), loại thép X10CrMoVNb 9-1 (9Cr-1Mo và V+Nb+N, kí hiệu T/P 91) tương tự với thép 10Х9МФБ được sử dụng rộng rãi để chế tạo đường ống dẫn hơi, bộ gom, bộ hơi quá nhiệt có nhiệt độ làm việc đến 605 oC. Ngoài ra thép X10CrWMoVNb 9-2 (T/P 92) tương đương với 10Х9В2МФБР cũng được sử dụng. Thời gian phục vụ của hệ thống đường ống làm từ loại thép này lên đến 100.000 h. Hình 1 cho thấy sự thay đổi thông số hơi Hình 2. Nhiệt độ thực tế cao nhất của của các thiết bị nhiệt theo sự phát triển của thép thép bền nhiệt theo tiêu chí độ bền lâu 100 MPa kết cấu. Khi nghiên cứu tạo thử nghiệm vật liệu sau 100000 h; (*) - giới hạn sử dụng đối với bộ mới, cần giải quyết nhiệm vụ: quá nhiệt; (**) - ống dẫn và bộ gom. • Đảm bảo mức độ cần thiết về các tính Đặc điểm bền nhiệt cao của thép lớp chất phục vụ và công nghệ sản xuất martensite hàm lượng 9% Cr được đảm bảo bằng • Phát triển chu kỳ sản xuất đầy đủ chế tạo các thành phần thiết bị điện trong điều kiện các cách hợp kim hóa, thay đổi tổ chức qua nhiệt nhà máy cơ khí luyện kim. luyện. Do chuyển biến martensite trong thép khi làm nguội nhanh ngoài không khí từ 1030 Các loại thép 12Х11В2МФ và 10Х9МФБ °C - 1070 °C tạo thành cấu trúc xô lệch. Sự ổn được dùng làm cơ sở để nghiên cứu thép tại Nga. định trong quá trình biến đổi (bò) được đảm bảo Sau khi nghiên cứu các lô thép hợp kim với Cr, bằng giảm tốc độ khuếch tán trong dung dịch đặc Mo, V, Nb, cùng các nguyên tố vi lượng như và bằng tiết phase khi ram từ 730 °C ÷ 780 °C nitrogen, boron và cerium, hạn chế tạp chất có hại của phase thứ cấp phân tán (carbide M23C6 và như Al, Sn, Pb, As trong phòng thí nghiệm bằng carbonitrides của vanadium và niobium), cản trở công nghệ nấu chảy tiên tiến, người ta đã sản xuất sự phát triển của hạt đa cạnh động ở nhiệt độ làm các lớp thép chromium mới là 10Х9В2МФБР và việc. Hình 3 cho thấy sơ đồ tổ chức thép bền nhiệt 12Х10М1В1ФБР chịu nhiệt độ đến 600 °C - 620 chromium. °С, (Hình 2). Số 52 - Tháng 9/2017 35  THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN máy nhiệt điện của Nga như Черепетская ГРЭС, Южноуральская ГРЭС-2, Нижневартовская ГРЭС đã đi vào vận hành từ năm 2013-2014 ...