Використання зразків Шарпі з тріщиною для оцінки в'язкості руйнування металу корпусу реактора ВВЕР-1000 у вихідному стані

 

В. М. Ревка, Л. І. Чирко, Ю. В. Чайковський, О. В. Шкапяк

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

 

Для матеріалознавчого супроводу безпечної експлуатації корпусів реакторів ВВЕР-1000 виконується Програма зразків-свідків, яка дає можливість контролювати радіаційно-індуковані зміни механічних властивостей металу корпусу реактора (КР) протягом всього періоду експлуатації АЕС. Однією з ключових властивостей є в’язкість руйнування, для оцінки якої передбачені стандартні зразки Шарпі та зразки Шарпі з тріщиною (PCVN). Однак, на сьогоднішній день результати випробувань зразків PCVN не використовуються для визначення в'язкості руйнування металу КР, тому що відсутні відповідні нормативні вимоги.

Останні досягнення експериментальних методів механіки руйнування дозволяють оцінювати в’язкість руйнування матеріалів за допомогою як традиційних, так і малорозмірних зразків, таких як Шарпі з тріщиною. Для цього використовують методологію Майстер кривої та референсну температуру Т₀, що вже включена в міжнародний стандарт ASTM E1921 та нормативні документи ASME Code Cases N-629 та N-830.

Однак деякі результати експериментів свідчать, що зразки Шарпі з тріщиною мають тенденцію давати неконсервативну оцінку величини Т₀, тобто спостерігається зсув у бік низьких температур на 15 – 20°С у порівнянні з традиційними зразками [1]. Тому у випадку використання даних, що отримані для малорозмірних зразків, може виникнути потреба в застосуванні додаткового температурного зсуву, щоб адекватно оцінити температуру Т₀ для великих структур.

У даній роботі розглянута можливість використання зразків Шарпі з тріщиною для прямої оцінки в'язкості руйнування металу корпусу реактора ВВЕР-1000. Для дослідження був вибраний основний метал опорної обичайки архівного корпусу реактора блоку № 1 Кримської АЕС у вихідному стані. Проведено випробування на в’язкість руйнування зразків різної форми та розміру. Шляхом випробувань компактних зразків 0,5Т С(Т) на позацентровий розтяг та зразків PCVN на 3-х точковий вигин визначено референсні температури Т₀ та Майстер криві з 95 % довірчими границями. Також було проведено порівняння температур Т₀, що отримані за допомогою стандартних та малорозмірних зразків механіки руйнування.

Аналіз експериментальних даних показав, що для зразків PCVN значення Т₀ на 7 °С нижче, ніж для компактних зразків 0,5Т С(Т). Зсув величини Т₀ у бік від’ємних температур для зразків Шарпі з тріщиною можна пояснити ефектом втрати стиснення деформації (constrain loss effect) та появою розвиненої пластичної текучості біля кінчика тріщини в момент руйнування [2]. В той же час Майстер крива та 95 % довірчі границі, отримані за результатами випробувань зразків PCVN адекватно описують температурну залежність та розкид значень K_JC(1T) для компактних зразків 0,5Т С(Т). Цей результат свідчить, що зразки Шарпі з тріщиною можуть бути використані для оцінки в’язкості руйнування досліджуваного металу.

 

1.    Joyce G.A., Tregoning R.L. Development of the T₀ reference temperature from pre-cracked Charpy specimen. // Engng. Frac. Mech. – 2001. – Vol. 68. – P. 861-894.

2.    Ruggieri C., Dodds R.H., Wallin K. Constraint Effects on Reference Temperature, T₀, for Ferritic Steels in the Transition Region. // Engng. Frac. Mech. – 1998. – Vol. 60. – P. 19-36.