Разработка труб давления из сплавов циркония с улучшенными характеристиками для тяжеловодных реакторов канального типа

• Автор: Актуганова, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Глазов
• Количество страниц: 200 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к трубам давления

1.2 Основные характеристики труб давления САЫОи

1.2.1 Химический состав и схема изготовления

1.2.2 Структура и текстура

1.2.3 Кратковременные механические свойства

1.2.4 Коррозия

1.2.5 Ползучесть и радиационный рост

1.2.6 Вязкост ь разрушения

1.2.7 ЗГР и концепция течь перед разруиением
1.3 Направления совершенствования труб давления САи
1.4 Современное состояние проблемы ЗГР сплавов циркония
1.5 Выводы по аналитическому обзору
1.6 Постановка задачи исследования
Глава 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Определение содержания легирующих и примесных элементов
2.2 Определение температуры полиморфного превращения
2.3 Металлорафия и электронная микроскопия
2.4 Определение текстуры
2.5 Механические испытания
2.6 Испытания на ЗГР
2.7 Испытания на вязкость разрушения
2.8 Испытания на ползучесть
2.9 Коррозионные испытания
Глава 3 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ЗГР И ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ТРУБ ДАВЛЕНИЯ ИЗ СПЛАВОВ ЦИРКОНИЯ
3.1 Исследуемый материал
3.2 Влияние текстуры на вязкость разрушения
3.3 Скорость ЗГР в зависимости от состава, структуры и уровня прочности
3.4 Заключение к главе 3
Глава 4 РАЗРАБОТКА СХЕМ ДЕФОРМАЦИОННОЙ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ТРУБ ДАВЛЕНИЯ САШИ
4.1 Циркониевые сплавы для усовершенствованных труб давления САЫЭи
4.1.1 Стае 2г2,5
4.1.2 Сплав 2г1,25п 10,Ге
4.2 Схемы деформационной и термической обработки опытных образцов труб
давления САКЭи
4.3 Обоснование режимов термических операций в схемах обработки
усовершенствованных труб давления САКОи
4.3.1 Структура и свойства по переделам опытных образцов труб давления
4.3.2 Режимы окончательной термообработки
4.3.3 Основные свойства опытных труб давления
4.3.4 Температурновременные параметры закачки гильз
4.3.5 Режим промежуточной термообработки усовершенствованной трубы давления из сплава 2,5
4.4 Выбор схем деформационной и термической обработки
усовершенствованных труб давления
4.5 Оценка применимости разработанных схем для труб давления РБМК
Глава 5 ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛНОМАСШТАБНЫХ
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ТРУБ ДАВЛЕНИЯ
5.1 Изготовление и контроль труб
5.2 Характеристики усовершенствованных труб
5.2.1 Химический состав
5.2.2 Структурнофазовое состояние
5.2.3 Однородность механических свойств
5.2.4 Текстура
5.2.5 Вязкость разрушения
5.2.6 Распределен ие гидридов
9 5.2.7 Стойкость к ЗГР
5.2.8 Сопротивление ползучести
5.2.9 Коррозионная стойкость
5.3 Заключение по качеству и свойствам усовершенствованных труб
5.4 Взаимосвязь текстуры и предела текучести циркониевых сплавов с
вязкостью разрушения и сопротивлением ЗГР
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Скорость ползучести циркониевых сплавов зависит от их состава /7, /. Увеличение содержания ниобия от 1 % до 2,5 % существенно снижает скорость ползучести в рскристаллизованном состоянии /7, /. Скорость ползучести холоднодеформированных образцов из сплава Zr-2,5%Nb примерно в 2 раза меньше, чем у сплава циркалой-2 в таком же состоянии /, /. Легирование твердорастворными элементами с высокодисперсной структурой также обеспечивает высокое сопротивление ползучести трубам из сплавов циркония /7, /. В работах /, -/ показано, что скорость радиационных ползучести и роста труб давления из многокомпонентных сплавов EXCEL Zr-3,5%Sn-l%Mo-l%Nb и Zr-l,2%Sn-l%Nb-0,%Fe, разработанны канадскими и российскими специалистами, примерно в два-три раза меньше, чем труб из сплава Zr-2,5%Nb. Из работ /, , / следует, что изменения структурных параметров таких как: размер зерна, текстура, плотность дислокаций и других в процессе холодной прокатки, а также при термической и термомеханической обработках оказывают существенное влияние на характеристики ползучести и радиационного роста труб давления. В работе // изучалось влияние холодной обработки на внутриреакторную ползучесть при напряжении 0 МПа. На всех образцах наблюдалось уменьшение скорости ползучести со снижением величины предварительной холодной деформации. Термомеханнческая обработка с заказкой из р и (а+Р) - областей, используемая при изготовлении труб давления из сплава Zr - 2,5%Nb для реактора РБМК, позволила ратикально снизить их окружную внутриреакторную деформацию в процессе облучения в потоке быстрых нейтронов плотностью (5,0-5,5) нейтрУм2 по сравнению с отожженным вариантом изготовления этих труб //. Анализ работ /-/ по изучению влияния дислокационной структуры на ралиационную ползучесть и рост циркониевых сплавов показал почти линейную их зависимость от плотности дислокаций. Снижение плотности дислокаций до 3,3-1'1 приводит к значительному уменьшению скорости ползучести материала Zr-2,5%Nb //. Наличие текстуры в образцах и изделиях из циркониевых сплавов также существенно влияет на их размерные изменения под облучением /7, /. В трубах с преимущественно радиально направленными базисными полюсами ползучесть болсс высокая, чем в трубах, где базисные полюсы направлены тангенциально /5, 7, /. То есть изменением текстуры материала можно воздействовать на сопротивление ползучести в нужном направлении. Вязкость разрушения труб давления CANDU принято оценивать параметром dJ/da /5/, который характеризует скорость увеличения затрачиваемой энергии на разрушение при подросте трещины, т. Чем выше эта характеристика, тем выше запас вязкости материала /5, 9/. В процессе эксплуатации под действием облучения и наводороживания вязкость разрушения материала труб давления может существенно снижаться //. Как показали периодические исследования, извлечённых из реакторов CANDU труб давления, значения вязкости разрушения от трубы к трубе существенно различаются, даже при температурах эксплуатации, когда водород растворён в матрице //. Установлено //, что такое различие в вязкости разрушения труб после облучения связано, в первую очередь, с различием в исходной вязкости труб до облучения (рисунок 1. При разрушении по радиально-осевой плоскости трубы на поверхности изломов были обнаружены “расщелины” (“fissures”) в осевом направлении, расположенные в тангенциально-осевой плоскости трубы (рисунок 1. Такой характер изломов наблюдали как в облучённом, так и необлучённом материале /9,-/. Фрактографическими исследованиями выявлена количественная связь между плотностью расщелин и параметром вязкости разрушения /, / (рисунок 1. В результате этих исследований установлена зависимость вязкости разрушения труб от содержания хлора в материале на основе губчатого циркония /5, 9, -/ (рисунок 1. Для снижения примеси хлора и других вредных элементов в сплаве Zr-2,5%Nb на основе губчатого циркония был введён четырёхкратный переплав слитка, взамен двукратного /9, /, что позволило существенно поднять и стабилизировать уровень вязкости разрушения стандартных труб давления CANDU.