npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562920060354npe-229Research ArticleРадиационная стойкость материалов и аппаратурыRadiation Resistance of Materials and EquipmentАнализ изменений механических свойств и наноструктуры металла корпуса ВВЭР-440 после отжигаAnalysis of Mechanical Properties and Nanostructure Changes of VVER-440 Reactor Pressure Vessel Metal after AnnealingКрюковА. М.KryukovА. М.

ул. Малая Красносельская 2/8 с5, Москва, 107140

Moscow, 107140

ЧернобаеваА. А.ChernobaevaА. А.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Moscow, 123182

anna.chernobaeva@gmail.comЕракД. Ю.ErakD. Yu.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Moscow, 123182 

РогожкинС. В.RogozhkinS. V.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218;

Каширское шоссе 31, Москва, 115409 

Moscow, 117218;

Moscow, 115409

sergey.rogozhkin@itep.ruНикитинА. А.NikitinА. А.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218;

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 117218;

Moscow, 115409

ЛебединскийВ. И.LebedinskyV. I.

ул. Малая Красносельская 2/8 с5, Москва, 107140

Moscow, 107140

ПапинаВ. Б.PapinaV. B.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Moscow, 123182

ЖуркоД. А.ZhurkoD. A.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182 

Moscow, 123182 

ФГУ “Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности”РоссияScientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation SafetyRussian FederationНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”РоссияNational Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationКурчатовский комплекс теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияKurchatov Complex for Theoretical and Experimental Physics of National Research Center “Kurchatov Institute”; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationКурчатовский комплекс теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияKurchatov Complex for Theoretical and Experimental Physics of National Research Center “Kurchatov Institute”; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202102052024125255269Copyright © Крюков А.М., Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Рогожкин С.В., Никитин А.А., Лебединский В.И., Папина В.Б., Журко Д.А., 20242024Крюков А.М., Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Рогожкин С.В., Никитин А.А., Лебединский В.И., Папина В.Б., Журко Д.А.Kryukov А.М., Chernobaeva А.А., Erak D.Y., Rogozhkin S.V., Nikitin А.А., Lebedinsky V.I., Papina V.B., Zhurko D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/229

Представлен анализ результатов международного проекта “ПРИМАВЕРА” по механическим испытаниям и структурным исследованиям первично и повторно после восстановительного отжига облученного материала корпуса ВВЭР-440. Анализируется роль химических элементов (Cu и P), определяющих степень радиационного охрупчивания сварных швов корпусов ВВЭР-440, при облучении, отжиге и повторном после отжига облучении. Показано что атомы меди формируют в процессе облучения мелкие кластеры (диаметр ~1–2 нм), в состав которых также входят атомы P, Si и Mn. Атомы фосфора сегрегируют на медных кластерах, дислокациях, границах зерен, а также образуют фосфорные кластеры и атмосферы. В процессе термического отжига при 475°С индуцированные облучением медно-обогащенные и фосфорные кластеры частично растворяются, повышая концентрацию меди в отожженном металле, которая существенно ниже по сравнению с необлученным материалом. Поскольку большая часть атомов меди после отжига содержится не в ферритной матрице, а в преципитатах, вклад атомов меди в повышение критической температуры хрупкости при повторном облучении минимизирован, а упрочнение и охрупчивание при последующем за отжигом облучении меньше, чем при первичном.

Analysis of mechanical testing and microstructural investigations of the irradiated VVER-440 reactor pressure vessel (RPV) metal before and after annealing carried out in the frameworks of the international project “PRIMAVERA” is presented. The role of chemical elements (Cu and P) was studied in relation to irradiation embrittlement of the VVER-440 RPV weld metal in the initial state, after recovery annealing and after postannealing irradiation. It was shown that under primary irradiation, copper atoms formed small clusters (size ~1‒2 nm) which also include P, Si and Mn atoms. Phosphorus atoms also segregated on copper clusters, dislocations, grain boundaries, and additionally formed phosphorus clusters and atmospheres. Under thermal annealing at 475°C, the irradiation-induced copper-enriched and phosphorus clusters partially dissolved, increasing the copper concentration in the annealed metal, which was significantly lower compared to the unirradiated material. Since most copper atoms after annealing were not contained in the ferritic matrix but in precipitates, the contribution of copper atoms to an increase in the ductile-to-brittle transition temperature under re-irradiation was minimized and so hardening and embrittlement after subsequent post-annealing irradiation were lower than under primary irradiation.

металл корпуса реактора ВВЭРрадиационное охрупчиваниетемпературы вязкохрупкого переходаатомно-зондовая томографиякластерыreactor pressure vessel metalradiation embrittlementductile-to-brittle transition temperatureatom probe tomographyclustersПредставленное в настоящей работе томографические атомно-зондовые исследования выполнены в Центре коллективного пользования КАМИКС (http://kamiks.itep.ru/) НИЦ “Курчатовский институт” – ИТЭФ.ReferencesAmaev A., Kryukov A., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24787s.html.Amaev A., Kryukov A., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24787s.html.Zeman A., Chernobaeva A., Grafutin V., Rogozhkin S., Debarberis L., Ballesteros A., Erak D., Nikitin A. Proc. 25th Symposium on Effects of Radiation on Nuclear Materials. June 15–17, 2011. Anaheim, CA.Zeman A., Chernobaeva A., Grafutin V., Rogozhkin S., Debarberis L., Ballesteros A., Erak D., Nikitin A. Proc. 25th Symposium on Effects of Radiation on Nuclear Materials. June 15–17, 2011. Anaheim, CA.Chernobaeva A., Shtrombah J., Krjukov A., Erak D., Platonov P., Nikolaev J., Krasikov E., Debarberis L., Kohopaa Yu., Valo M., Vodenicharov S., Kamenove T. // Int. J. Press. Vessels Piping. 2007. V. 84. P. 151.Chernobaeva A., Shtrombah J., Krjukov A., Erak D., Platonov P., Nikolaev J., Krasikov E., Debarberis L., Kohopaa Yu., Valo M., Vodenicharov S., Kamenove T. // Int. J. Press. Vessels Piping. 2007. V. 84. P. 151.Rogozkin S., Chernobaeva A., Aleev A., Nikitin A., Zaluzhnyi A., Erak D., Shtrombakh Ya., Zabusov O., Debarberis L., Zeman A. Proc. PVP2009 / 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference. July 26– 30, Prague, Czech Republic. 2009. PVP2009-78128.Rogozkin S., Chernobaeva A., Aleev A., Nikitin A., Zaluzhnyi A., Erak D., Shtrombakh Ya., Zabusov O., Debarberis L., Zeman A. Proc. PVP2009 / 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference. July 26– 30, Prague, Czech Republic. 2009. PVP2009-78128.Kryukov A., Debarberis L., von Estorff U., Gillemot F. // Int. J. Nucl. Knowledge Manage. 2010. V. 4. P. 301.Kryukov A., Debarberis L., von Estorff U., Gillemot F. // Int. J. Nucl. Knowledge Manage. 2010. V. 4. P. 301.Штромбах Я.И., Чернобаева А.А., Николаев Ю.А., Красиков Е.А. // История науки и техники. 2013. № 8. С. 119.Штромбах Я.И., Чернобаева А.А., Николаев Ю.А., Красиков Е.А. // История науки и техники. 2013. № 8. С. 119.Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Медведев К.И., Красиков Е.А., Дадон М.В., Решетников А.А., Паль Н.В., Кочкин В.Н. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2020. № 3. С. 47.Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Медведев К.И., Красиков Е.А., Дадон М.В., Решетников А.А., Паль Н.В., Кочкин В.Н. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2020. № 3. С. 47.ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. 1987.ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. 1987.Суворов А.Л., Рогожкин С.В., Залужный А.Г., Алеев А.А., Бобков В.Ф., Зайцев С.В., Карпов А.В., Козодаев М.А., Логинов Б.А., Макеев О.Н. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2006. № 1(66). С. 3.Суворов А.Л., Рогожкин С.В., Залужный А.Г., Алеев А.А., Бобков В.Ф., Зайцев С.В., Карпов А.В., Козодаев М.А., Логинов Б.А., Макеев О.Н. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2006. № 1(66). С. 3.Рогожкин С.В., Агеев В.С., Алеев А.А., Залужный А.Г., Леонтьева-Смирнова М.В., Никитин А.А. // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 108. С. 612.Рогожкин С.В., Агеев В.С., Алеев А.А., Залужный А.Г., Леонтьева-Смирнова М.В., Никитин А.А. // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 108. С. 612.Hyde J.M., Byrke M.G., Gault B., Saxey D.Wf., Styman P., Wilford K.B., Williams T.J. // Ultramicroscopy. 2011. V. 111. P. 676.Hyde J.M., Byrke M.G., Gault B., Saxey D.Wf., Styman P., Wilford K.B., Williams T.J. // Ultramicroscopy. 2011. V. 111. P. 676.Yamaguchi Y., Takahashi J., Kawakami K. // Ultramicroscopy. 2009. V. 109. P. 541.Yamaguchi Y., Takahashi J., Kawakami K. // Ultramicroscopy. 2009. V. 109. P. 541.Radiguet B., Barbu A., Pareige P. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 360. P. 104.Radiguet B., Barbu A., Pareige P. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 360. P. 104.Amaev A., Kryukov A., Levit V., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24759s.html.Amaev A., Kryukov A., Levit V., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24759s.html.Davies M., Kryukov A., English C., Nikolaev Y., Server W.L. Proc. 19th International Symposium on Effects of Radiation on Materials. ASTM STP1366. 2000. https://www.astm.org/stp12378s.html.Davies M., Kryukov A., English C., Nikolaev Y., Server W.L. Proc. 19th International Symposium on Effects of Radiation on Materials. ASTM STP1366. 2000. https://www.astm.org/stp12378s.html.Debarberis L., Sevini F., Acosta B., Kryukov A., Nikolaev Y., Amaev A., Valo M. // Int. J. Press. Vessels Piping. 2002. V. 79. P. 637.Debarberis L., Sevini F., Acosta B., Kryukov A., Nikolaev Y., Amaev A., Valo M. // Int. J. Press. Vessels Piping. 2002. V. 79. P. 637.Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Медведев К.И. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2020. № 1. С. 72.Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Медведев К.И. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2020. № 1. С. 72.Ерак Д.Ю., Папина В.Б., Чернобаева А.А., Медведев К.И., Журко Д.А. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2017. № 2. С. 67.Ерак Д.Ю., Папина В.Б., Чернобаева А.А., Медведев К.И., Журко Д.А. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2017. № 2. С. 67.Рогожкин С.В., Никитин А.А., Алеев А.А., Залужный А.Г., Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Штромбах Я.И., Забусов О.О. // Ядерная физика и инжиниринг. 2013. Т. 4. № 1. С. 73.Рогожкин С.В., Никитин А.А., Алеев А.А., Залужный А.Г., Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Штромбах Я.И., Забусов О.О. // Ядерная физика и инжиниринг. 2013. Т. 4. № 1. С. 73.Miller M.K., Nanstad R.K., Sokolov M.A., Russel K.F. // J. Nucl. Mater. 2006. V. 351. P. 216.Miller M.K., Nanstad R.K., Sokolov M.A., Russel K.F. // J. Nucl. Mater. 2006. V. 351. P. 216.Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York, NY: Kluwer Academic.Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York, NY: Kluwer Academic.Gurovich B.A., Kuleshova E.A., Lavrenchuk O.V., Prikhodko K.E., Shtrombakh Ya.I. // J. Nucl. Mater. 1999. V. 264. P. 333.Gurovich B.A., Kuleshova E.A., Lavrenchuk O.V., Prikhodko K.E., Shtrombakh Ya.I. // J. Nucl. Mater. 1999. V. 264. P. 333.Забусов О.О., Красиков Е.А., Суворов А.Л., Pareige P., Radiguet B. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2003. № 3(83). С. 66.Забусов О.О., Красиков Е.А., Суворов А.Л., Pareige P., Radiguet B. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2003. № 3(83). С. 66.Bischler P.J.E., Wild R.K. // ASTM STP1270. 1996. P. 260. https://www.astm.org/stp16478s.html.Bischler P.J.E., Wild R.K. // ASTM STP1270. 1996. P. 260. https://www.astm.org/stp16478s.html.Fedotova S.V., Kuleshova E.A., Gurovich B.A., Frolov A.S., Maltsev D.A., Zhuchkov G.M., Fedotov I.V. // J. Nucl. Mater. 2018. V. 511. P. 30.Fedotova S.V., Kuleshova E.A., Gurovich B.A., Frolov A.S., Maltsev D.A., Zhuchkov G.M., Fedotov I.V. // J. Nucl. Mater. 2018. V. 511. P. 30.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.