Сопротивление разрушению модифицированных циркониевых сплавов для оболочечных труб атомных реакторов

• Автор: Белов, Владислав Алексеевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Структура и механические свойства циркониевых сплавов

1.1.1 Химический состав, структура и свойства промышленных

сплавов циркония

1.1.2 Технологический процесс производства циркония ядерной

чистоты и промышленных сплавов на основе циркония

1.1.3 Совершенствование сплавов циркония

1.2 Коррозионное разрушение сплавов циркония

1.2.1. Равномерная коррозия

1.2.2 Локальная коррозия коррозионное растрескивание под напряжением

1.3 Охрупчивание оболочек ТВЭЛов при высокотемпературном окислении
1.3.1 Авария типа
1.3.2 Микроструктура и разрушение оболочек ТВЭЛов после высокотемпературного окисления
1.3.3 Требования, предъявляемые к ТВЭЛам, и исследование их поведения
в аварийных условиях
1.4 Методы оценки пластичности и сопротивления разрушению циркониевых сплавов
1.5 Устойчивость пластического течения и технологическая пластичность циркониевых сплавов
1.6 Применение метода акустической эмиссии для анализа процессов деформации и разрушения
1.7 Выводы и постановка задачи исследования
2. Материал и методики исследования
2.1 Материал
2.2 Механические испытания
2.2.1 Определение параметров трещиностойкости оболочечных труб в состоянии поставки и после КРНиспытаний
2.2.2 Оценка трещиностойкости оболочечных труб по критическому коэффициенту интенсивности напряжений Кс
2.2.3 Оценка трещиностойкости оболочечных труб по энергетическому параметру нелинейной механики разрушения интеграл
2.2.4 Оценка трещиностойкости оболочечных труб после высокотемпературного окисления
2.3 Методика приготовления объектов исследования и анализ структуры и изломов
3. Пластичность и статическая трещиностойкость оболочечных труб в состоянии поставки
3.1 Испытания на растяжение и анализ диаграмм деформации
3.1.1 Подготовка образцов и проведение испытания
3.1.2 Определение характеристик пластичности и деформационного упрочнения
3.1.3 Пластичность сплавов Э0, Э5 и их модификаций с разной степенью рекристаллизации
3.1.4 Трещиностойкость сплавов Э0, Э5 и их модификаций в состоянии поставки
3.1.5 Строение изломов образцов труб после испытаний на трещиностойкость
4. Сопротивление коррозионному разрушению и трещиностойкость образцов груб после КРНиспытаний
4.1 Методика локальных КРН испытаний тонкостенных оболочечных труб с измерением акустической эмиссии
4.1.1 Схема установки и условия испытаний
4.1.2 Измерение АЭ аппаратура и информативные параметры

4.1.3 Количественная оценка коррозионной повреждаемости труб
4.2 Трещиностойкость образцов труб после КРНиспытаний с полным погружением в коррозионную среду
4.2.1 Предварительное нагружение образцов внутренним давлением
4.2.2 Трещиностойкость и количественный анализ коррозионных
дефектов сплавов после КРН испытаний
5. Факторы охрупчивания и трещиностойкость оболочсчных труб после высокотемпературного окисления
5.1 Проведение испытаний образцов труб после высокотемпературного окисления под внутренним давлением
5.2 Структурные исследования
5.2.1 Методики анализа микроструктуры оболочсчных труб после высокотемпературного окисления
5.2.2 Анализ параметров микроструктуры сплавов после
высокотемпературного окисления
5.3 Количественный анализ изломов образцов после испытаний
на трещиностойкость
5.4 Взаимосвязь параметра трещиностойкости Кс с характеристиками изломов
5.5 Изменение микротвердости по толщине стенки охрупченных образцов
5.6 Определение содержания кислорода и водорода
5.7 Распределение химических элементов по толщине стенки трубы
5.8 Микростроение изломов
5.9 Влияние микроструктуры на трещиностойкость ехрслоя
Выводы
Список использованных источников


Российского Фонда Фундаментальных Исследований проект 0а и Министерства образования и науки Российской Федерации проект 2. Исследование деформации и сопротивления разрушению тонкостенных оболочечных труб из модифицированных сплавов циркония в сравнении со сплавами штатных составов в различном структурном состоянии, определение характеристик сопротивления разрушению при различных условиях нагружения для уточнения химического состава и деформационнотермической обработки оболочечных труб. Разработать методики и провести испытания по оценке запаса пластичности и трегциностойкости тонкостенных оболочечных труб из циркониевых сплавов Э0 и Э5 различного химического состава, определить характеристики пластичности и трещи ностой кости новых модификаций сплавовциркония в различных условиях нагружения. Определить факторы, ограничивающие пластичность и трещиностойкость оболочечных труб из циркониевых сплавов Э0, Э5 и их модификаций в состоянии поставки, при КРН в среде метанолйод, а также после высокотемпературного окисления в паре испытания типа ЬОСА. Изучить механизмы и кинетику КРН модифицированных сплавов циркония и определить влияние коррозионных повреждений на вязкость разрушения оболочечных труб. Впервые при испытании образцов труб внутренним давлением с измерением акустической эмиссии от старта трещины определены характеристики вязкости разрушения тонкостенных труб из новых модификаций циркониевых сплавов в состоянии поставки, после КРНиспытаний и высокотемпературного окисления в паре. Показано, трубы из сплава Э1 ЮМ в состоянии поставки при прочности в 1,3 раза выше, чем для трубиз сплава Э0, характеризуютсясравнимой с ним деформационной способностью. При этом вязкость разрушения труб из сплава Э1 ЮМ в 3 раза ниже, чем для сплава Э0. Показано, что при одинаковых условиях КРНиспытаний для труб из сплава Э0М время до начала разрушения в 2 раза меньше, а количество и площадь коррозионных дефектов в 1,5 раза больше, чем для сплава Э1Ю при одинаковом механизме разрушения. Образование и накопление коррозионных дефектов в образцах труб из сплавов Э0 и Э0М при КРНиспытаниях в течение 8 часов не повлияло на их трещиностойкость. Впервые определены количественные характеристики структуры, изломов и трещиностойкости Кс образцов труб из модифицированных сплавов Э0М, Э5М и Э0Г после высокотемпературного окисления в паре в сравнении со штатными составами сплавов. Рслое. Уменьшение суммарного содержания примесей в сплавах уменьшает степень охрупчивания труб. Результаты работы использованы для совершенствования режимов деформационнотермической обработки труб из новых модификаций циркониевых сплавов Э0 и Э5. Результаты исследований будут использованы при разработке новых усовершенствованных модификаций циркониевых сплавов для элементов ТВС, что позволит обеспечить высокое сопротивление разрушению при их изготовлении и эксплуатации в реакторах нового поколения в условиях запланированных высоких нагрузок. Современная атомная энергетика базируется на реакторах тепловых нейтронах с тепловыделяющими элементами ТВЭЛами, оболочки которых, как и крепежные, дистанционируюцие, демпфирующие, герметизирующие и другие детали изготовлены из циркониевых сплавов, работающих в агрессивной среде и при высоком давлении. При всем разнообразии циркониевых сплавов для изготовления оболочек ТВЭЛов используются всего шесть российские сплавы Э0, Э5 и Э5, французский М5 и американские Циркалой4, таблица 1 1,2. Характеристики микроструктуры и механических свойств труб из различных сплавов представлены в таблицах 2 и 3. Сплав Размер зерна а2г в рекристал лизованном состоянии ПЭМ, мкм . Э5 Частично рекристалл. Микроструктура труб из бинарного сплава Э0 представляла собой аЪх матрицу с частицами выделений рРПэ фазы, а труб из многокомпонентных сплавов Э5 и Циркалой4 а2г матрицу с выделениями частиц интерметаллидов типа ,2 или 2гРе,Сг2 Ьфаза, а также ХгЫЪ,Ре2 ГЦК, гМЬКе, 2г,МЬ3Ре рисунок 1 4,5. Трубы из сплава Э0 были изготовлены на валковых станах холодной прокатки КРУ ХПТ, а трубы из сплавов Э5 и Циркалой4 на роликовых станах ХПТР.