Разработка технологии сварки контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива, обеспечивающей хладостойкость сварных соединений при температурах до минус 50°С

Цель исследования - изучение основных факторов и экспериментальное подтверждение условий формирования хладостойкой структуры металла шва и зоны термического влияния, обеспечивающих ударную вязкость (KCV) сварных соединений из кремнемарганцовистой стали марки 09Г2СА-А в состоянии до и после высокого отпуска не менее 29,4 Дж/см² при разработке технологии сварки контейнеров для транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива. Установлено, что в результате высокого отпуска, необходимого для повышения хладостойкости металла ЗТВ и снижения остаточных сварочных напряжений, происходит распад промежуточных структур феррито-бейнитного типа, что может приводить к рекристаллизации структурно свободного феррита и резкому снижению ударной вязкости металла шва композиции C-Mn-Ni и С-Mn-Si при минус 50°С. Установлено, что на формирование структурных состояний металла шва композиции С-Mn-Si и C-Mn-Ni, помимо скорости охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита 800 - 500°С, влияет скорость охлаждения в высокотемпературном интервале 1200 - 800°С. Определены условия формирования хладостойкой структуры игольчатого феррита, характеризующегося высокой устойчивостью к распаду при отпуске. Получены возрастающие зависимости ударной вязкости КСV (минус 50°С) от процентного содержания перекристаллизованной структуры в сечении металла шва, в состоянии до и после высокого отпуска. Установлено, что формирование в макроструктуре шва свыше 45% однородной перекристаллизованной структуры позволяет повысить его хладостойкость после высокого отпуска. Научно обоснована и экспериментально доказана возможность использования экономнолегированных безникелевых сварочных материалов композиции С-Mn-Si для сварки кремнемарганцовистой стали с обеспечением требуемой хладостойкости при минус 50°С. Установленные оптимальные сочетания технологических параметров сварки позволяют предотвратить формирование крупнозернистой структуры на участке перегрева зоны термического влияния кремнемарганцовистой стали. На основании полученных экспериментальных зависимостей и результатов исследований научно обоснованы и подтверждены требования к технологии сварки, содержанию вредных примесей в сварочных материалах, а также к баллу зерна и ударной вязкости основного металла. Разработанная технология сварки стали 09Г2СА-А, обеспечивающая хладостойкость сварных металлоконструкций ТУК МБК при минус 50°С, успешно освоена при изготовлении ТУК-120, ТУК-108/1, ТУК-109, УКХ-123 в ОАО «ПО «Севмаш», ТУК-109, УКХ-123, ТУК-104 в ЗАО «Энерготекс» и др. Выполнена модернизация сварочных материалов композиции типа C-Mn-Si для сварки стали марки 09Г2СА-А. Использование разработанной технологии сварки и сварочных материалов композиции C-Mn-Si для сварки металлоконструкций ТУК МБК одобрено «Ростехнадзором» РФ.