Сплав 617, представляющий собой сочетание никеля, хрома, кобальта и молибдена, был одобрен Американским обществом инженеров-механиков (ASME) для включения в его Кодекс по котлам и сосудам под давлением. Это означает, что сплав, который был протестирован в Национальной лаборатории Айдахо (INL), может быть использован в предлагаемых солевых, высокотемпературных, газоохлаждаемых или натриевых реакторах. Это первый новый материал, добавленный в Кодекс за 30 лет.

Сплав 617 подвергался неоднократным колебаниям температуры или физическим нагрузкам для получения данных для кода ASME (Изображение: INL)

В Кодексе по котлоагрегатам и сосудам под давлением излагаются правила проектирования, касающиеся допустимого напряжения, и указываются материалы, которые могут использоваться при строительстве электростанций, в том числе атомных электростанций. Соблюдение этих спецификаций обеспечивает безопасность и рабочие характеристики компонентов.

INL провела 12 лет в квалификации сплава 617, с инвестициями в 15 миллионов долларов США от Министерства энергетики США. Группа из ИНЛ в сотрудничестве с группами из Аргоннской национальной лаборатории и Оакриджской национальной лаборатории, а также с отраслевыми консультантами и международными партнерами в настоящее время получила от АСМЕ разрешение на включение этого сплава в Кодекс. Дизайнеры, работающие над новыми концепциями высокотемпературных атомных электростанций, теперь имеют больше возможностей, когда дело доходит до компонентных строительных материалов.

"Это довольно существенное достижение",-сказал Ричард Райт, почетный сотрудник лаборатории INL, который возглавлял участие INL в проекте и общее управление им. "В отличие от легководных установок, коммерческого флота, где у вас может быть 50 или 100 материалов, которые вы могли бы использовать, было ровно пять, которые вы могли бы использовать для высокотемпературных реакторов".

В отличие от реакторов на легкой воде, которые работают при температуре около 290 ° C, предлагаемые высокотемпературные реакторы на расплавленной соли с газовым охлаждением или натриевые реакторы будут работать в два или более раз жарче. Таким образом, определение того, что происходит со сплавом 617 с течением времени при заданной температуре, было критически важным.

Любые измерения должны были производиться на различных партиях сплава 617, с тем чтобы учесть незначительные различия в составе и изготовлении. Некоторые тесты были быстрыми, например, измерение того, сколько напряжения может выдержать материал, прежде чем он сломается. Однако некоторые испытания, например испытания на ползучесть (склонность вещества к изменению формы с течением времени), занимают годы.

"Эти зависящие от времени свойства очень сложно измерить и понять",-сказал Райт. ASME допускает трехкратную экстраполяцию по времени.

После сбора данных по сплаву 617, исследователи пришли к консервативным цифрам, чтобы войти в спецификацию ASME. Затем они представили это предложение на голосование, начав следующий этап процесса включения материала в Кодекс. Добровольцы из промышленности, национальных лабораторий и других организаций входят в состав различных рабочих групп, подгрупп и комитетов АСМЕ, которые собираются для рассмотрения изменений в стандартах четыре раза в год.

"Мы начали продвигать его через процесс голосования",-сказал Райт. "Это заняло три полных года". Окончательное утверждение пришло в конце 2019 года.

Теперь, когда сплав 617 был включен в Кодекс ASME, конструкторы высокотемпературных атомных электростанций получили новый материал, который предлагает расширенный рабочий диапазон. По словам Райта, ранее разрешенные высокотемпературные материалы не могли использоваться при температуре выше 750 ° C.

"Наш новый квалифицированный материал может быть использован при проектировании и строительстве до 950 ° C. В результате, он может позволить новые концепции более высоких температур",-сказал он.

Исследователь и автор World Nuclear News