Воздействие водорода на циркониевые сплавы для реакторов на тепловых нейтронах

• Автор: Иванова, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 265 с. : ил.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В РАБОТЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА НА ЦИРКОНИЕВЫЕ СПЛАВЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Диффузия водорода

1.2. Растворимость водорода

1.3. Свойства гидридов

1.4. Ориентация гидридов

1.5. Влияние уровня наводороживания и ориентации гидридов на механические свойства циркония

1.6. Сопротивление разрушению циркониевых сплавов при наличии гидридов

1.6.1. Критическая температура хрупкости

1.6.2. Критическое раскрытие трещины

1.7. Принципиальные особенности процесса замедленного гидридного растрескивания
1.8. Инкубационный период
1.9. Модели для описания процесса замедленного гидридного растрескивания
1.9.1. Модель критической длины гидрида
1.9.2. Кинетическая модель
1.10. Процесс замедленного гидридного растрескивания при изотермическом режиме
1.10.1. Зависимость скорости роста трещины от напряжения
1.10.2. Пороговый коэффициент интенсивности напряжений
1.10.3. Зависимость скорости роста трещины от температуры
1.11. Процесс замедленного гидридного растрескивания при термоциклическом режиме
1.12. Предельная растворимость водорода в вершине трещины при замедленном гидридном растрескивании

1.13. Влияние скорости охлаждения на морфологию образующихся гидридов
1.14. Аварии на АЭС, вызванные воздействием водорода
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИИ ВОДОРОДА В ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВАХ
2.1. Факторы, влияющие на диффузию водорода
2.2. Исследование влияния на диффузию водорода состава, структурнофазового состояния циркониевого сплава и температуры
2.2.1. Методика исследований
2.2.2. Результаты исследований
2.3. Физическая модель диффузии водорода под действием
градиента напряжений
3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ ВОДОРОДА
В ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВАХ
3.1. Факторы, влияющие на растворимость водорода
3.2. Дилатометрический метод исследования
3.3. Разработка метода исследования растворимости водорода
3.3.1. Расчет модели, имитирующей действие напряжений растяжения
3.3.2. Расчет модели, имитирующей действие напряжений
сжатия
3.3.3. Методика проведения исследований
3.3.4. Результаты исследований
4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА НА ЦИРКОНИЕВЫЕ ИЗДЕЛИЯ АЗ
4.1. Влияние условий эксплуатации
4.2. Закономерности зарождения трещин в изделиях АЗ
в процессе эксплуатации
4.3. Выбор режима испытаний
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАМЕДЛЕННОГО ГИДРИДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДОРОДА НА ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ЦИРКОНИЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ
5.1. Воздействие водорода на ТК и каналы СУЗ реакторов РБМК
5.1.1. Условия эксплуатации труб ТК и каналов СУЗ

5.1.2. Материал труб ТК и каналов СУЗ
5.1.3. Объект исследований
5.1.4. Образцы для исследований
5.1.5. Подготовка образцов к испытаниям
5.1.6. Замедленное гидридное растрескивание при постоянном
уровне нагружения
5.1.6.1. Изотермический режим испытаний
5.1.6.2. Термоциклический режим испытаний
5.1.6.3. Условия проведения испытаний
5.1.6.4. Определение истинных значений длин трещин по поверхности излома образцов
5.1.6.5. Обработка результатов испытаний
5.1.6.6. Результаты испытаний труб ТК
5.1.6.6.1. Развитие трещины в осевом направлении
5.1.6.6.2. Развитие трещины в радиальном направлении
5.1.6.7. Результаты испытаний труб каналов СУЗ
5.1.7. Вязкость разрушения
5.1.7.1. Влияние наводороживания на вязкость разрушения
5.1.7.2. Влияние наводороживания, длительности, условий и режима испытаний на вязкость разрушения
5.1.8. Испытания в режиме переменного термосилового нагружения
5.1.9. Испытания в реакторе под нагрузкой
5.1.10. Исследование возможности обусловленного диффузией водорода развития дефектов в трубах изделий АЗ при длительном хранении
5.1.11. Влияние остаточных технологических напряжений на замедленное гидридное растрескивание труб ТК и каналов СУЗ
5.1.12. Влияние замедленного гидридного растрескивания и остаточных напряжений на размеры допускаемых дефектов
5.1.13. Анализ результатов исследований
5.1.14. Использование результатов проведенных исследований
5.2. Воздействие водорода на тонкостенные изделия ТВС
реакторов ВВЭР и РБМК

В работе [53] было высказано предположение, что большие скорости роста трещин в ненаводороженных образцах по сравнению с наводо-роженными обусловлены особенностями процесса диффузии водорода в циркониевых сплавах.
В уравнении (1.6) для определения скорости диффузии (dq/dt) используется коэффициент диффузии DH, определенный для случая диффузии водорода в а-цирконии и Циркалое. DH для Zr-2,5%Nb превышает коэффициент диффузии водорода в а-цирконий при низких температурах. Как Zr-2,5%Nb, так и сплав Excel содержат [3-фазу материала в виде тонкого слоя по границам зерен. [3-фаза циркониевого сплава распадается на а-цирконий и Р-ниобий при температурах отжига (400-600°С). Так как на-водороживание включает гомогенизирующий отжиг, температура которого превышает температуру финишного отжига труб, то P-фаза может разлагаться во время этого процесса. А так как коэффициент диффузии водорода в а-цирконии меньше, чем в исследованных сплавах, то скорость диффузии (dq/dt) в наводороженном материале при низких температурах (~150°С) может быть меньше, чем в ненаводороженном. Этим можно объяснить различие в скоростях роста трещины между наводо-роженными и ненаводороженными образцами из сплава Zr-2,5%Nb, показанными на рис. 1.11.
Была сделана попытка использовать факт наличия P-фазы для объяснения различия скоростей роста трещины в других сплавах, приведенных на рис. 1.11 [53]. Циркалой не содержит p-фазы, тогда как сплав Excel содержит P-фазы больше, чем Zr-2,5%Nb, что согласуется с результатами для скорости роста трещины, если действительно P-фаза ответственна за увеличение скорости диффузии.