Совершенствование состава и структуры сплавов циркония в обеспечение работоспособности ТВЭЛОВ, ТВС и труб давления активных зон водоохлаждаемых реакторов с увеличенным ресурсом и выгоранием топлива

• Автор: Маркелов, Владимир Андреевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 278 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений и условных наименований.

Общая характеристика работы.

Глава 1. Требования к функциональным свойствам сплавов циркония для водоохлаждаемых реакторов и направления совершенствования сплавов

1.1 Промышленные сплавы циркония и тенденции их развития.

1.2 Условия работы оболочек твэлов и требования к их материалу.

1.3 Целевые функции силовых элементов каркаса ТВС корпусных реакторов под давлением.

1.4 Требования к трубам давления канальных реакторов

1.5 Направления совершенствования состава и структуры сплавов циркония

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1 Исследованные сплавы и материалы.

2.2 Методы исследований и их развитие
2.2.1 Металлография и электронная микроскопия.
2.2.2 Определение текстуры.
2.2.3 Кратковременные механические испытания.
2.2.4 Испытания на ползучесть и радиационный рост.
2.2.5 Коррозионные испытания и высокотемпературное окисление
2.2.6 Испытания на вязкость разрушения
2.2.7 Испытания на ЗГР
2.2.8 Развитие способа регистрации трещины в испытаниях на вязкость разрушения и ЗГР
Выводы по главе 2
Глава 3. Совершенствование сплава Э0 и оболочечных труб для твэлов реакторов ВВЭР и .
3.1 Применение губчатого циркония в качестве основы сплава Э0
3.2 Влияние иодидного и электролитического циркония на высокотемпературное окисление сплава Э0.
3.3 Оболочечные трубы для твэлов с увеличенной загрузкой топлива
3.4 Влияние кислорода и железа на свойства оболочек твэлов из сплава Э0
3.5 Оптимизация состава сплава Э0.
3.6 Обоснование состава и освоение сплава Э ОМ.
Выводы по главе 3.
Глава 4. Оптимизация состава и структуры сплава Э5 для силовых элементов ТВС. Обоснование состава и применения сплава Э5М
4.1 Формирование структурнофазового состояния изделий из сплава Э5.
4.2 Роль интерметаллидов в вязкости разрушения и пластичности сплава Э5.
4.3 Влияние содержаний железа и ниобия на фазовый состав сплава Э5.
4.4 Структура и свойства сплава Э5 с добавками хрома
4.5 Влияние закалки на стадии холодной деформации на структуру и сопротивление разрушению сплава Э5.
4.6 Влияние параметров холоднопрокатного передела на структуру и свойства сплава Э5.
4.7 Практика повышения пластичности и вязкости изделий из сплава Э
для ТВС ВВЭР.
4.7.1 Оптимизация схемы обработки труб для направляющих каналов
и центральной трубы ТВС.
4.7.2 Совершенствование структурнофазового состояния полосы для уголков жсткости каркаса ТВСА.
4.8 Особенности структуры и свойств сплава Э5 под облучением
4.9 Обоснование состава и опытнопромышленное освоение сплава
Выводы по главе 4
Глава 5. Совершенствование материала труб давления канальных реакторов
5.1 Вязкость разрушения труб давления.
5.2 Замедленное гидридное растрескивание
5.3 Повышение стойкости к ЗГР труб давления реактора
5.4 Стабилизация структуры и свойств труб ТК РБМК из сплава Э5
Выводы по главе 5.
Заключение.
Список использованных источников


Изнутри оболочка подвергается коррозии под действием влаги, водорода, фтора, выделившихся в начальный период работы твэла, и коррозионному растрескиванию под напряжением при воздействии йода, цезия, кадмия и других осколочных элементов, выделяющихся в существенных количествах во второй половине топливной кампании. ДР при нормальном режиме эксплуатации или в условиях аварий типа . Для реакторов корпусного типа авария может считаться самой опасной, так как разрыв главного трубопровода приводит к быстрому в секунды падению давления и скорости движения воды, омывающей твэлы, и в течение нескольких десятков секунд оболочки твэлов нагреваются до температуры выше С в среде пара атмосферного давления. Циркониевый сплав при этом интенсивно корродирует, и возможно даже сплавление, сваривание деталей кассет, их деформация и т. Вибрация ТВС и твэлов очень неблагоприятное явление. В вибрирующем твэле, даже при амплитудах, не превышающих нескольких сотых миллиметра, возможно выкрашивание мелких крупинок диоксида урана из таблеток, попадание крупинок в зазор между оболочкой и таблеткой и постепенное вдавливание крупинок в оболочку, в результате создание напряжнного участка и коррозионное растрескивание под действием йода, цезия, кадмия и, возможно, брома . В общем случае вибрация может вызвать усталостное разрушение оболочек твэлов . К вибрационным нарушениям тесно примыкают нарушения вследствие трения фреттинга. Механизм фреттинга сложен, в него входят такие явления, как ускоренная коррозия вследствие непрерывного устранения защитной оксидной плнки при трении одних деталей о другие сдирание и приварка выступов элементов шероховатости усталость трущихся микроскопических выступов повышенная скорость коррозии вследствие локальной высокой температуры, вызванной трением . К процессам, приводящим к повреждению твэлов, относится так называемый дифференциальный осевой рост твэлов. С, в то время как таблетка имеет на поверхности температуру 0 С, а в центре С. Следовательно, в процессе эксплуатации столб диоксида урана удлиняется гораздо больше, чем оболочка, и благодаря трению, усугубляемому зацеплениями крошек диоксида, застрявших в зазоре между столбом и оболочкой, вызывает пластическое удлинение оболочки. При повторных изменениях уровня мощности процесс повторяется, так как при охлаждении твэла сцепление столба таблеток с оболочкой ослабевает, столб сохраняет длину, а при новом повышении мощности столб опять зацепляется за оболочку и растягивает е пластически. Такой процесс, как известно, носит название термического храповика. При большом числе циклов особенно если они носят предельный характер полное включение полное выключение, накапливающееся удлинение оболочки, складывающееся с радиационным ростом циркониевого сплава т. Увеличиваясь, твэлы могут заполнить весь зазор, отведнный им в кассете, и начать изгибаться. Это может привести к соприкосновению двух соседних твэлов, к местному перегреву и усилению коррозии. Однако эта картина чрезмерно пессимистична. Вопервых, при эксплуатации реактора стремятся ограничить число циклов изменения мощности, особенно полных. Вовторых, при большой энергонапряжнности твэла высоконагретые таблетки из диоксида урана приобретают высокую скорость ползучести при сжатии оболочкой, и столб сжимается вдоль оси твэла. Имеются случаи, когда происходит сжатие столба, и оболочка не удлиняется. В действительности всегда наблюдается промежуточное явление. Независимо от характера коррозии местного или общего действия опасность коррозионного повреждения связана с поглощением цирконием части водорода, освобождающегося при реакции окисления циркония водой. Соединяясь с цирконием в хрупкий при температуре ниже 0 С гидрид ii5, водород приводит к повреждениям. Количество гидридов в структуре циркониевого сплава оболочки твэла зависит от содержания и предельной растворимости водорода ПРВ. Применительно к сплавам циркония различают два типа ПРВ i i ii ii и i i ii iii. Равновесная ПРВ характеризует условия растворения гидридов, а ПРВ типа условия их образования .