Herstellung eines Reaktordruckbehälters: Spezielles Verfahren sorgt für hochwertigen Stahl

Viele Druckbehälter von Kernkraftwerken bestehen aus geschmiedeten Komponenten. Die Rohlinge für die Ringe werden gegossen, unten und oben abgeschnitten, gestaucht, gestanzt, geschmiedet, einer Wärmebehandlung unterzogen und plattiert. Die fertigen Stahlwerkstücke – die Ringe, der Deckel und die Bodenkalotte – werden mit Rundschweissnähten zu einem Reaktordruckbehälter zusammengefügt.

Für die Herstellung eines Rings für einen Reaktordruckbehälter RDB wird die Schmelze auf zirka 1400 Grad Celsius erhitzt und in eine Hohlform gefüllt. Flüssige Metalle können eine erhebliche Menge an Gasen aufnehmen. Diese sind unerwünscht, weil sie die Qualität des Stahls mindern. Beim Giessen unter Vakuum wird deshalb der Gehalt an Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff auf ein Minimum reduziert. Das reduziert auch die Bildung von nichtmetallischen Einschlüssen.

Schneiden, Stauchen, Stanzen, Schmieden

Beim Übergang der Schmelze in den festen Zustand entstehen sogenannte Seigerungen. Diese chemische Entmischungen führen zu einer örtlichen Zunahme (positive Segregation) oder Abnahme (negative Segregation) von bestimmten Elementen in der Stahlzusammensetzung. Sie entstehen durch grosse Unterschiede in der Dichte der Komponenten, die an der Legierung beteiligt sind.

Beim Abkühlen des Stahls kommt es im oberen Teil zu einer positiven Segregation und im unteren Teil zu einer negativen. Diese Teile des Gussstücks, die nicht der Spezifikation entsprechen, werden abgeschnitten, um ein möglichst hochwertiges Stahlwerkstück zu gewinnen. Danach wird der Rohling wieder erhitzt und gestaucht. Dadurch wird der Querschnitt vergrössert und die Länge verringert. Schliesslich wird mit einem Hohlrohr der Kern ausgestanzt und anschliessend das Werkstück in die Form eines Ringes geschmiedet.

Wärmebehandlung verbessert Eigenschaften

Bei den anschliessenden Wärmebehandlungen werden die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Zähigkeit, eingestellt. Qualitätsminderungen, die durch das Schmieden entstanden sind, können durch Glühen rückgängig gemacht werden. Mit dem Anlassen, einem Wiedererwärmen auf Temperaturen zwischen 200 und 350 °Celsius, erreicht man den Abbau von inneren Spannungen und der härtebedingten Sprödigkeit. Niedriglegierte Kohlenstoffstähle wie diejenigen, die für einen RDB verwendet werden, müssen neben einer hohen Festigkeit auch eine hohe Zähigkeit aufweisen.

Plattierung ist aus rostfreiem Stahl

Abschliessend erhält der Ring an der Innenseite eine Plattierung von zirka fünf Millimeter Dicke aus rostfreiem austenitischen Stahl. Die austenitische Plattierung schützt den RDB vor Korrosion durch das Kühlwasser. Anschliessend werden die geschmiedeten Ringe und die Bodenkalotte mit Rundschweissnähten zusammengefügt. Der Deckel wird mit Schrauben am Flansch befestigt.

Der Reaktordruckbehälter von Beznau 1

Der Reaktordruckbehälter von Beznau, Block 1, hat im zylindrischen Bereich eine nominale Wanddicke von 16.6 cm. Er ist 10 m hoch, hat einen Durchmesser von 3.7 m und wiegt 150 Tonnen.