Проекты

Исследование влияния микроструктуры на свойства новой корпусной стали ядерных реакторов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Материаловедение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1449
Предметы: Физика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Актуальность

Работа посвящена изучению влияния микроструктуры на свойства новой корпусной стали ядерных реакторов. Человечество с каждым годом требует всё больше и больше электроэнергии. Одной из отраслей её производства является ядерная энергетика. В проекте рассматривается гражданский тип ядерной энергетики – АЭС типа ВВЭР, потому что именно он на данный момент является самым распространённым и безопасным.

Цель работы: установление взаимосвязи между изменением микроструктуры и изменением свойств конструкционных материалов ядерного реактора на примере стали корпуса реактора.

Задачи

  1. Изучить принципиальное устройство ядерного реактора на примере ВВЭР.
  2. Изучить особенности конструкционных материалов ядерного реактора.
  3. Познакомиться с основами радиационного материаловедения.
  4. Экспериментально определить размер зёрен в новой стали корпуса реактора и сравнить с литературными данными по существующим корпусным сталям.
  5. Создать компьютерную программу для демонстрации закономерностей влияния параметров элементов микроструктуры на прочностные свойства стали корпуса реактора.

Гипотеза: изменение микроструктуры приводит к изменению механических свойств материала.

Содержание работы

В работе исследуются сталь 15Х2МНФА – класс 1 (которая является кандидатным материалом самой важной части реактора – корпуса) и её прочностные свойства. Сталь должна иметь определённые свойства, чтобы выдерживать множество нагрузок в процессе работы реактора. Например, нейтронное облучение, вибрация, высокая температура. Чтобы проверить, насколько наша сталь справляется со своей задачей, мы провели металлографическое исследование с помощью оптического микроскопа. На следующем этапе работы было проведено исследование одной из характеристик – ∆R_P0.2 (изменение предела текучести). ∆R_P0.2 зависит от размера и плотности структурно-фазовых элементов (например, дислокационных петель). После, используя уравнение Орована, которое позволяет рассчитать изменение предела текучести, продемонстрировали качественную зависимость ∆R_P0.2 от размеров и плотности фаз. Для этого была написана программа на языке Паскаль в среде Delphi, и построены необходимые графики для анализа.

Выводы

После проведения металлографических исследований можно констатировать, что получившийся размер зёрен меньше размера зёрен стали, которая в данный момент используется. При этом известно, что снижение размера зерна положительно влияет на стойкость стали против радиационного охрупчивания. С помощью компьютерного моделирования было продемонстрировано значительное влияние плотности и размеров дислокационных петель на изменение предела текучести стали