Analysis of Mechanical Properties and Nanostructure Changes of VVER-440 Reactor Pressure Vessel Metal after Annealing

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.

1. Amaev A., Kryukov A., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24787s.html.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Kryukov A., Debarberis L., von Estorff U., Gillemot F. // Int. J. Nucl. Knowledge Manage. 2010. V. 4. P. 301.

6. Штромбах Я.И., Чернобаева А.А., Николаев Ю.А., Красиков Е.А. // История науки и техники. 2013. № 8. С. 119.

7. 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.

8. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. 1987.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Yamaguchi Y., Takahashi J., Kawakami K. // Ultramicroscopy. 2009. V. 109. P. 541.

13. Radiguet B., Barbu A., Pareige P. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 360. P. 104.

14. Amaev A., Kryukov A., Levit V., Sokolov M. // ASTM STP1170. 1993. https://www.astm.org/stp24759s.html.

15. 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.

16. Debarberis L., Sevini F., Acosta B., Kryukov A., Nikolaev Y., Amaev A., Valo M. // Int. J. Press. Vessels Piping. 2002. V. 79. P. 637.

17. Чернобаева А.А., Ерак Д.Ю., Медведев К.И. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2020. № 1. С. 72.

18. 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.

19. 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.

20. Miller M.K., Nanstad R.K., Sokolov M.A., Russel K.F. // J. Nucl. Mater. 2006. V. 351. P. 216.

21. Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York, NY: Kluwer Academic.

22. Gurovich B.A., Kuleshova E.A., Lavrenchuk O.V., Prikhodko K.E., Shtrombakh Ya.I. // J. Nucl. Mater. 1999. V. 264. P. 333.

23. 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.

24. Bischler P.J.E., Wild R.K. // ASTM STP1270. 1996. P. 260. https://www.astm.org/stp16478s.html.

25. 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.