Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С

Исследован процесс окисления твэльных труб из циркониевого сплава Zr+1%Nb штатного производства (Э110) и из изготовленного в Украине сплава Zr1Nb в водяном паре при давлении 0,1 МПа в интервале температур 300…800 °С. Работа предпринята в связи с необходимостью получения сведений о свойствах твэльных...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Петельгузов, И.А., Ищенко, Н.И., Слабоспицкая, Е.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2010
Теми:	Материалы реакторов на тепловых нейтронах
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14988
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С / И.А. Петельгузов, Н.И. Ищенко, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 1. — С. 85-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-14988
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-149882025-02-23T20:03:08Z Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С Дослідження властивостей труб З Е110 И Zr1Nb після окислювання в парах води в області температур 300…800 °С The study of fuel pipes characteristics from E110 and Zr1Nb alloys after oxidation in water vapour in the interval of the temperature 300… 800 °C Петельгузов, И.А. Ищенко, Н.И. Слабоспицкая, Е.А. Материалы реакторов на тепловых нейтронах Исследован процесс окисления твэльных труб из циркониевого сплава Zr+1%Nb штатного производства (Э110) и из изготовленного в Украине сплава Zr1Nb в водяном паре при давлении 0,1 МПа в интервале температур 300…800 °С. Работа предпринята в связи с необходимостью получения сведений о свойствах твэльных труб после возможных перегревов от рабочих температур до 800 °С и сравнения с кинетикой окисления двух сплавов при температурах нагрева до 800 °С. Определены закономерности окисления, энергия активации процессов окисления, структура сплавов и образующихся на них оксидных плёнок, механические свойства сплавов после окисления и охлаждения. Установлены области начала снижения коррозионной стойкости и механических свойств в исследованном интервале температур. Досліджено процес окислювання у водяній парі при тиску 0,1 МПа твeльних труб із цирконієвого сплаву Zr+1%Nb штатного виробництва (Е110) і з виготовленого в Україні сплаву (Zr1Nb) у водяному парі при тиску 0,1 МПа в інтервалі температур 300…800 °С. Визначені закономірності окислювання, енергія активації процесів окислювання, структура сплавів і оксидних плівок, що утворюються на них, механічні властивості після нагрівання, окислювання та охолодження. Установлено області початку зниження корозійної стійкості й механічних властивостей у дослідженому інтервалі температур в залежності від окислювання. The process of the oxidation fuel pipes from zirconium alloy Zr+1%Nb staff production (E110) and from made in Ukraine (Zr1Nb) in vapour at pressure of 0,1 MPa in interval of the temperature 300…800 °С are investigated. The certain regularities of the oxidation, activations energy of the oxidation processes, structure alloys and oxide films on them, mechanical characteristics after heating and oxidations are presented . It is installed areas begining reductions corrosion stability of films and mechanical characteristics in explored interval of the temperature. 2010 Article Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С / И.А. Петельгузов, Н.И. Ищенко, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 1. — С. 85-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14988 669.296:621.78.019.84 ru application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах
spellingShingle	Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах Петельгузов, И.А. Ищенко, Н.И. Слабоспицкая, Е.А. Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
description	Исследован процесс окисления твэльных труб из циркониевого сплава Zr+1%Nb штатного производства (Э110) и из изготовленного в Украине сплава Zr1Nb в водяном паре при давлении 0,1 МПа в интервале температур 300…800 °С. Работа предпринята в связи с необходимостью получения сведений о свойствах твэльных труб после возможных перегревов от рабочих температур до 800 °С и сравнения с кинетикой окисления двух сплавов при температурах нагрева до 800 °С. Определены закономерности окисления, энергия активации процессов окисления, структура сплавов и образующихся на них оксидных плёнок, механические свойства сплавов после окисления и охлаждения. Установлены области начала снижения коррозионной стойкости и механических свойств в исследованном интервале температур.
format	Article
author	Петельгузов, И.А. Ищенко, Н.И. Слабоспицкая, Е.А.
author_facet	Петельгузов, И.А. Ищенко, Н.И. Слабоспицкая, Е.А.
author_sort	Петельгузов, И.А.
title	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
title_short	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
title_full	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
title_fullStr	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
title_full_unstemmed	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С
title_sort	исследование свойств труб из э110 и zr1nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °с
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Материалы реакторов на тепловых нейтронах
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14988
citation_txt	Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С / И.А. Петельгузов, Н.И. Ищенко, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 1. — С. 85-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT petelʹguzovia issledovaniesvojstvtrubizé110izr1nbposleokisleniâvparahvodyvoblastitemperatur300800s AT iŝenkoni issledovaniesvojstvtrubizé110izr1nbposleokisleniâvparahvodyvoblastitemperatur300800s AT slabospickaâea issledovaniesvojstvtrubizé110izr1nbposleokisleniâvparahvodyvoblastitemperatur300800s AT petelʹguzovia doslídžennâvlastivostejtrubze110izr1nbpíslâokislûvannâvparahvodivoblastítemperatur300800s AT iŝenkoni doslídžennâvlastivostejtrubze110izr1nbpíslâokislûvannâvparahvodivoblastítemperatur300800s AT slabospickaâea doslídžennâvlastivostejtrubze110izr1nbpíslâokislûvannâvparahvodivoblastítemperatur300800s AT petelʹguzovia thestudyoffuelpipescharacteristicsfrome110andzr1nballoysafteroxidationinwatervapourintheintervalofthetemperature300800c AT iŝenkoni thestudyoffuelpipescharacteristicsfrome110andzr1nballoysafteroxidationinwatervapourintheintervalofthetemperature300800c AT slabospickaâea thestudyoffuelpipescharacteristicsfrome110andzr1nballoysafteroxidationinwatervapourintheintervalofthetemperature300800c
first_indexed	2025-11-24T20:40:45Z
last_indexed	2025-11-24T20:40:45Z
_version_	1849705728163446784
fulltext	ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2010. №1. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (95), с. 85-92. 85 УДК 669.296:621.78.019.84 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТРУБ ИЗ Э110 И Zr1Nb ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ В ПАРАХ ВОДЫ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР 300…800 °С И.А. Петельгузов, Н.И. Ищенко, Е.А. Слабоспицкая Научно-технический комплекс «Ядерный топливный цикл» ННЦ ХФТИ, Харьков, Украина Е-mail: petelg@kipt.kharkov.ua; факс +38(057)335-27-54, тел. +38(057)335-67-67 Исследован процесс окисления твэльных труб из циркониевого сплава Zr+1%Nb штатного производства (Э110) и из изготовленного в Украине сплава Zr1Nb в водяном паре при давлении 0,1 МПа в интервале температур 300…800 °С. Работа предпринята в связи с необходимостью получения сведений о свойствах твэльных труб после возможных перегревов от рабочих температур до 800 °С и сравнения с кинетикой окисления двух сплавов при температурах нагрева до 800 °С. Определены закономерности окисления, энергия активации процессов окисления, структура сплавов и образующихся на них оксидных плёнок, механические свойства сплавов после окисления и охлаждения. Установлены области начала снижения коррозионной стойкости и механических свойств в исследованном интервале температур. ВВЕДЕНИЕ В опубликованных работах [1, 2] были приведены результаты исследований свойств оболочек макетов тепловыделяющих элементов (твэлов) из сплавов Э110, Zr1Nb после их кратковременного нагрева до температур в интервале 660…1200 ºС. В работах [3-5] получены данные о скорости их коррозии и толщине образующихся оксидных пленок при аналогичных условиях, а также приведены сведения о характере разрушения оболочек макетов при подъёме температуры до 1200 °С, об изменении структуры сплавов после нагрева до указанной температуры [6]. Проведенные испытания имитировали условия аварий при больших течах и разрывах главной циркуляционной трубы 1-го контура реактора ВВЭР-1000 с обезвоживанием активной зоны, падением давления в реакторе до 0,1 МПа и повышением температуры твэлов до 1200 °С. Вследствие гипотетического нарушения условий эксплуатации возможно повышение температур оболочек твэлов от рабочих 300…350 до 600…800ºС. Возрастание температуры оболочек твэлов может происходить также при локальных перегревах под осаждениями продуктов коррозии, при соприкосновении твэлов и уменьшении проходных сечений, а также в случаях образования течей, когда возникновение и протекание аварии будет проходить в течение нескольких часов вплоть до локализации аварии и снижения температуры до 30...50 ºС. Целью данной работы являлось изучение кинетики окисления сплавов и изменений свойств исследуемых материалов после нагрева в исследуемом диапазоне температур. 1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Для исследований использовали методики, подробно описанные в работах [3, 4]. Согласно этим методикам подготовленные образцы труб нагревали в потоке пара и выдерживали определённое время с периодическим взвешиванием на микро- аналитических весах ВЛР-20. (Параметры испытаний указаны на приведенных ниже графиках). После экспозиций проводили структурные исследования и механические испытания. Механические испытания проходили на установке МР-0,5 с использованием кольцевых образцов, вырезанных из окисленных труб на токарном станке. (Подробно методика описана в работе [4]). В случае отслоения продуктов коррозии, эксперименты с окислением образцов были проведены в кварцевых пробирках. 2. КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ На рис. 1 приведены кривые привесов при температурах 300, 350, 400 °С за период 10 ч при давлении 0,1 МПа. Кривые окисления описываются уравнением (∆m/S)n = K·t, где К – константа окисления, а n = 3. На рис. 2 представлен логарифмический график зависимости константы окисления от обратной абсолютной температуры испытаний в этом же интервале температур. Из графиков и расчётных данных получены уравнения зависимости логарифмов констант окисления от обратной абсолютной температуры окисления. Ln KZr1Nb = - 92632x+19,789 для сплава Zr1Nb и Ln KЭ110 =-121667x+24,735 для Э110, где х = 1/RT. Из уравнений следует, что значения энергии активации при температурах 300…400 ºС равны 22,2 ккал/моль для Zr1Nb и 29,1 ккал/моль для Э110. Расчетная толщина оксидной пленки определялась по формуле: h = (∆m/s)·1/ρ·M/m = ∆m·М/s·ρ·m,· где h – толщина оксидной плёнки, мкм; ρ – плотность моноклинного оксида ZrO2, г/см3; М и m – молекулярная масса ZrO2 и атомная масса Zr соответственно. На рис. 3 и 4 приведены зависимости привесов образцов от времени окисления в водяном паре при давлении 0,1 МПа в течение 10 ч при температурах 500…800 ºС. Рис. 1. Зависимость привеса на образцах из Zr1Nb П ри ве с, м г/ дм 2 Время, ч и Э110 при окислении в парах воды (Р=0,1 МПа) при температурах 300, 350 и 400 °С Рис. 2. Зависимость константы окисления от обратной абсолютной температуры окисления в том же интервале температур Из графиков следует, что кривые окисления имеют затухающий характер. Видно, что величины привесов при температурах до 770 °С у сплава Zr1Nb несколько больше, чем у сплава Э110, но различие незначительное. Плёнки на обоих сплавах в этой области температур были прочно сцеплены с поверхностью образцов. К концу испытаний при 770 °С на плёнках проявились трещины. Внешний вид поверхности образцов оболочек твэлов показан на рис. 5. Данные о толщине плёнок, определённой из расчета, составляли приблизительно 5, 8 и 30 мкм при температурах 600, 660 и 770 °С соответственно. При 800 °С толщина оксидных плёнок достигала 66 мкм для сплава Э110 и 42 мкм для сплава Zr1Nb. При этом наблюдались отслаивание и осыпание плёнок, которые в большей степени происходили на сплаве Э110 (см. рис. 5, в и е). Отмечено различие в значениях толщины плёнок, определенных металлографическим методом и расчетным способом, на трубках из обоих типов сплавов. Данные результатов взвешивания при 800 °С (см. рис. 3) образцов в кварцевых пробирках с учётом осыпающихся продуктов окисления показали, что более высокие суммарные привесы наблюдались на образцах из сплава Э110, по сравнению с образцами из сплава Zr1Nb. Подобные закономерности наблюдались ранее [5] при сравнении скоростей окисления Э110 и Zr1Nb в области температур 800…1100 °С. Анализ кривых в этой области температур показал, что кинетика окисления определяется закономерностью, близкой к параболической, которую можно представить в виде формулы: (∆m/s)n = Kt + A, где ∆m/s – увеличение массы, отнесённое к площади поверхности образцов; t – время окисления; К – константа окисления и А – константа, учитывающая отклонение от закономерности в начальный период процесса окисления; n – показатель степени уравнения, равный 2 в случае параболического окисления. Рис. 3. Привес и расчетная толщина оксидной плёнки (правая ось ординат) на образцах из сплавов Zr1Nb и Э110 при окислении в парах воды (Р=0,1 МПа) при температурах 600, 660, 770 и 800 °С Рис. 4. Зависимость константы окисления от обратной температуры для интервала температур 600...800 ºС П ри ве с, м г/ дм 2 Время, ч 86 660 °C; 10 г 770 °C; 10 г 800 °C; 10 г Zr1Nb а б в Э110 г д е Рис. 5. Вид поверхности оболочек твэлов по сечению труб после коррозионных испытаний при 660, 770, 800 °С в течение 10 ч (Х 4,5) Была определена энергия активации процесса окисления образцов Zr1Nb и Э110 в паре при температурах 600, 660, 770 °C и 800 °С и давлении пара 0,1 МПа при испытаниях в течение 10 ч. Энергия активации вычислена из графика зависимости логарифма константы окисления от обратной температуры для обоих исследуемых материалов (см. рис. 4). Логарифмические графики описывались линейной зависимостью, а углы наклона линий для процесов окисления исследуемых сплавов практически совпадают. Из графиков получены зависимости, которые описываются такими формулами: Ln KZr1Nb =-161741x+28,611 (для Zr1Nb); Ln KЭ110 = - 161406x+28,51 (для Э110), где х=1/RТ. Вычислены значения энергии активации для интервала температур 600...770 ºС, которые составили 38,6 ккал/моль для Zr1Nb и 38,4 ккал/моль для Э110. По данным [5] в области более высоких температур (660…1200 °С) значения энергии активации для сплавов Zr1Nb и Э110 равны соответственно 41,7 и 45,6 ккал/моль. Zr1Nb Э110 770 °С; 10 ч 770 °С; 10 ч 660 °С, 10 ч 660 °С; 10 ч Рис. 6. Вид оксидных пленок и границы «оксид-металл» в поперечном сечении труб, окисленных в водяном паре при 660, 770 °С в течение 10 ч (х55). (При более низких температурах образуются тонкие оксидные плёнки, плохо различимые в микроскопе) 87 Эти значения больше, чем приведенные ранее значения для интервала 300…400 °С и по сравнению с данными из работ [5, 7-9] для циркония и его сплавов. Тенденция увеличения энергии активации при переходе в области более высоких температур отмечается в приведенных источниках. Вид окисленных образцов твэльных труб из сплавов Zr1Nb и Э110 по сечению после окисления при 660 и 770 °С в течение 10 ч показан на рис. 6. Расчетные значения толщины пленок определялись исходя из табличных значений плотности моноклинной двуокиси циркония, которая при комнатной температуре равняется 5,68 г/см3. Можно видеть, что после выдержки при температурах 500 и 600 °С оксидные слои сплошные, в то время как после выдержки при температурах 660 и 770 °С в слоях оксидов хорошо видны трещины, распространяющиеся в глубину, но не доходящие до металла, так как в устье трещин нарастают защитные оксидные пленки Более детальные исследования структуры плёнок выявили значительную неравномерность толщины оксидных пленок после испытаний при всех температурах исследования (рис. 7). Zr1Nb Э110 770 °C, δср=26…35 мкм, δмах=41 мкм, δпо привесу=31…43 мкм 770 °C, δср=23…46 мкм, δмах=64 мкм, δпо привесу=39…51 мкм 660 °С, δср=8…14 мкм, δмах=16 мкм, δпо привесу=9…17 мкм 660 °С, δср=7…14 мкм, δмах=17 мкм, δпо привесу=8…15 мкм 600 °C, δср=4-5 мкм, δмах=6,4 мкм, δпо привесу=5,29 мкм 600 °C, δср=4-5 мкм, δмах=7,4 мкм, δпо привесу=5,37 мкм 500 °C, δср=1-2 мкм, δпо привесу=1,22 мкм 500 °C, δср≈1 мкм, δпо привесу=1,16 мкм Рис. 7. Оксидные плёнки и граница «оксид-металл» на образцах сплавов Zr1Nb и Э110, окисленных в водяном паре при температурах 500…770 C и давлении 0,1 МПа в течение 10 ч Видим, что имеются места с более глубоким проникновением оксида в глубь оболочки и места с тонким слоем. Причем, такие участки могут находиться в непосредственной близости друг от друга. Ввиду неравномерности толщины оксидных плёнок и образования трещин в оксидах, трудно ожидать совпадения расчетных (из привеса и плотности оксида) и фактических значений толщины плёнок, которые были определены методами оптической металлографии. Этим мы объясняем некоторое расхождение в конкретных значениях расчетных, определенных из привесов, толщин оксидных пленок и измеренных в микроскопе после испытаний при температурах 660, 700 и 800 °С. При более низких температурах испытаний (500 и 600 °С) эти расхождения незначительны. 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ОБРАЗЦОВ ИЗ Zr1Nb И Э110 ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 400…800 °C Структура сплавов Zr1Nb и Э110 в поляризованном свете после выдержки в паре при 400…600 ºC на протяжении 10 ч приведена на рис. 8. 88 400 °C 500 °C 600 °C Zr1Nb а б в Э110 г д е Рис. 8. Структура образцов из сплавов Zr1Nb (а, б, в) и Э110 (г, д, е), после выдержки в течение 10 ч в парах при температурах 400 °C (а, в), 500 (б, г) и 600 (д, е) (х200) Размер зерен в образцах оболочек твэлов определяли по изображению микроструктуры в поляризованном свете при увеличении 500× методом секущих. Как показали измерения, после испытаний размер зерен в материале оболочек практически не изменяется и остается близким к размеру зёрен в исходном материале труб (среднее значение (dСР) лежит в интервале от 3 до 9 мкм). После испытаний при 660 и 770 °C на протяжении 10 ч размер зёрен возрастает незначительно. Увеличение среднего размера зерна до 14 мкм отмечено только на сплаве Э110 после отжига при 770 °С, а размер зерен на сплаве Zr1Nb увеличился до 12 мкм. Необходимо отметить, что после выдержки в парах воды при 660 и 770 °C структура зёрен в материале оболочек плохо просматривается в поляризованном свете. Поэтому на рис. 9 показана структура после испытаний в светлом поле. Zr1Nb Э110 770 °С, 10 ч, dСР = 6,1 мкм 770 °С, 10 ч, dСР =13,6 мкм 660 °С, 10 ч, dСР =7,6 мкм 660 °С, 10 ч, dСР =7,7 мкм Рис. 9. Структура образцов из сплавов Zr1Nb и Э110, окисленных в парах воды при температурах 660 и 770 °С в течение 10 ч (х200) 89 Как видно на рисунке, трубки из сплавов Zr1Nb и Э110 после отжига и окисления в течение 10 ч при температурах 660 °С имеют идентичную структуру. При этих температурах окисления в структуре наблюдаются выделения, которые могут представлять собой частицы βZr-фазы, образовавшиеся при температурах выше эвтектоидных, а также гидриды циркония, формируемые при охлаждении образцов поглощённым в процессе окисления водородом. 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБОЛОЧЕК ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 400…770 °C Определена прочность и пластичность образцов твэльных труб из сплавов Zr1Nb и Э110 после их выдержки в среде водяного пара при указанных выше условиях. Механические свойства определяли на кольцевых образцах с использованием методики [4]. Как видно из приведенных в табл. 1 данных, механические свойства после коррозионных испытаний при температурах 400, 500 и 600 оС практически не изменились. После выдержки при 660 оС и, особенно после выдержки при 770 оС, как относительное удлинение при разрыве, так и предел прочности, начали снижаться. После 10-часовой выдержки при 770 °С прочность и пластичность образцов из обоих сплавов резко уменьшились. Эти данные наглядно представлены на графиках рис. 10. Определена микротвердость (Нµ) сплавов после окисления в парах воды (табл. 2) Видно, что значения Нµ мало изменились после испытаний в течение 10 ч при температурах до 600 °С, а потом незначительно повышаются с ростом температуры окисления до 770...800 °С. Такое повышение микротвёрдости, по-видимому, связано с вышеупомянутыми образованиями по границам зёрен выделений βZr-фазы и выделений в теле зерна гидридов. Таблица 1 Характеристики прочности и пластичности труб, изготовленных из сплавов Zr1Nb и Э110, в исходном состоянии и после коррозионных испытаний (10 ч) в паре при разных температурах После коррозионных испытаний Исходное состояние при 400 °С, 10 ч при 500 °С, 10 ч Мех. исп., 20 °С Мех. исп., 350 °С Мех. исп., 20 °С Мех. исп., 350 °С Мех. исп., 20 °С Мех. исп., 350 °С Материал труб σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % Э110 372,8 34 196,2 38 384,5 36,6 198,1 431 379,3 36,5 195,2 37,5 Zr1Nb 603,3 25 235,4 39 612 26 225,6 380 613,1 26,8 231,6 40,2 Продолжение табл. 1 После коррозионных испытаний при 600 °С, 10 ч при 660 °С, 10 ч при 770 °С, 10 ч Мех. исп., 20 °С Мех. исп., 350 °С Мех. исп., 20 °С Мех. исп., 350 °С Мех. исп., 350 °С Мех. исп., 350 °С Материал труб σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % σВ, МПа δ, % Э110 383,4 32,1 206,0 40,3 422 17,0 206 40,3 73,5 0 327,6 13,3 Zr1Nb 614,1 26,1 233,4 33,6 528,7 17,7 263,8 41,8 119,6 0,5 295,2 21,1 Микротвёрдость образцов (табл. 2) определяли 7-8 измерениями в поперечных сечениях в средней части образцов с вычислением среднеариф- метических значений. Из данных этой таблицы видно, что по мере повышения температуры окисления микротвёрдость обоих сплавов плавно возрастает. Таблица 2 Значения микротвердости сплавов после выдержки в паре в течение 10 ч при указанных температурах Микротвердость, МПа После коррозионных испытаний на протяжении 10 ч при температуре Материал труб До коррозионных испытаний 400 °C 500 °C 600 °C 660 °C 770 °C Zr1Nb 1850±50 1800±102 1890±91 2045±50 2080±50 2140±50 Э110 1330±50 1340±47 1306±69 1250±40 1240±47 1890±40 90 а Zr1Nb, 20 °С О тн ос ит ел ьн ое уд ли не ни е, % б Zr1Nb, 350 °С в Э110, 20 °С г Э110, 350 °С Рис. 10. Зависимость предела прочности σВ (♦) и относительного удлинения δ (□) образцов труб из сплава Zr1Nb (а, б) и сплава Э110 (в, г) от температуры окисления в водном паре (в интервале 400…770 °С) в течение 10 ч. Механические испытания проведены на воздухе при 20 °С (а, в) и при 350 °С (б, г) 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Исследована кинетика коррозии труб из штатного сплава Э110 и экспериментального кальциетермического сплава Zr1Nb в атмосфере водяного пара в области температур возможных аварийных перегревов до 400...800 оС. Показано, что кинетика окисления определяется параболическим или кубическим законами окисления. Оксидные пленки при окислении в течение времени до 10 ч при температурах до 600 оС сохраняют высокие защитные свойства, в то время как при температурах, превышающих 660 °С, наблюдается снижение этих характеристик, происходит растрескивание пленок в поверхностных слоях. 2. Структура сплавов Zr1Nb и Э110 при их окислении при температурах в области ниже эвтектоидной температуры за время испытаний (10 ч) существенно не изменяется в сравнении с исходным состоянием, а при их окислении при температурах в области выше эвтектоида наблюдаются незначительный рост зерна и образование в процессе испытаний выделений βZ- фазы. 3. Механические свойства (предел прочности и относительное удлинение) труб из сплавов Zr1Nb и Э110 после коррозии в паре в течение 10 ч при температурах в интервале 400...600 °С сохраняются на уровне, близком к исходному, а после выдержки при температуре 660 °С прочность остается высокой, а пластичность начинает уменьшаться. После окисления при 770 оС на протяжении 10 ч относительное удлинение при комнатной температуре у образцов обоих типов сплавов приближается к нулю, а при 350 °С - у образцов из Zr1Nb и Э110 составляет 20 и 15 % соответственно. 4. На основании проведенных исследований показано, что в случае отклонений температуры твэлов от рабочей (350 °С) и повышения ее до 600 °С в течение 10 ч коррозионная стойкость, механические характеристики и структура сплавов Zr1Nb и Э110 не ухудшаются, показатели работоспособности не снижаются. Нагревание до 770 оС и выше в парах воды на протяжении того же времени приводит к некоторому повышению прочности, уменьшению пластичности и появлению признаков хрупкости оболочки. 5. Исследование труб из сплавов Zr1Nb и Э110 после нагрева в условиях имитации отклонений температур от рабочих с перегревом до 400…660 °С на протяжении 10 ч показало высокие характеристики устойчивости сплавов. По коррозионной стойкости, механическим свойствам и структурному состоянию трубы из экспериментального и штатного материалов существенным образом не отличаются один от другого. Выше указанного интервала при окислении в парах воды коррозионная стойкость и механические свойства сплавов снижаются. 91 ЛИТЕРАТУРА 1. Н.Б. Соколов. Расчётное моделирование термомеханического и коррозионного состояния твэлов при авариях с разгерметизацией контура: Доклад на региональных курсах МАГАТЭ «Конструкция, контроль качества при промышленном производстве и перспективы дальнейшего развития топлива ВВЭР», 5-23 июня 1995 г., Обнинск, Россия. 2. В.П. Смирнов, А.В. Смирнов, В.А. Цыканов, В.Г. Асмолов, Л.А. Егорова, Л.Н. Андреева- Андриевская, Ю.К. Бибилашвили, Н.Б. Соколов, Е.Г. Бек, А.К. Панюшкин, В.В. Рябов. Результаты экспериментальных исследований по обоснованию поведения высоковыгоревшего топлива реакторов с водой под давлением в авариях с потерей теплоносителя: Доклад на Международной конференции «Атомная энергетика на пороге 21-го тысячелетия», 7-9 июня 2000 г., Электросталь, Россия. 3. И.С. Красноруцкий, И.А. Петельгузов, В.К. Яковлев, Н.Н. Белаш, А.Г. Родак, Ф.А. Пасенов, В.И. Савченко, Е.А. Слабоспицкая, Н.И. Ищенко. Исследование моделей твэлов для реактора ВВЭР- 1000, изготовленных из кальциетермического циркониевого сплава Zr1Nb после длительных коррозионных испытаний // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 2003, №3, с.101-107. 4. В.С. Красноруцкий, И.А. Петельгузов, В.М. Грицина и др. Исследование характеристик оболочек макетов твэлов из сплава Zr1Nb после высокотемпературных испытаний в водяном паре // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Спеціальний випуск №4: Матеріали конференції «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів». Львів, 2004. 5. И.А. Петельгузов. Кинетика и механизм коррозии циркониевых сплавов Zr1Nb и Э110 при нагреве в парах воды в области температур 660…1200 оС // Труды 16 Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению, 6-11 сентября 2004 г., Алушта, 2004, с. 178. 6. И.А. Петельгузов, Н.И. Ищенко, Е.А. Слабо- спицкая, М.В. Мухин. Влияние высоко- температурного отжига в водяном паре на структуру оболочек твэлов из сплава циркония с 1% Nb // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 2005, №5, с. 115–120. 7. М.А. Фомишкин, В.Ю. Тонков, Ю.И. Долгов, К.В. Куликова, Н.Г. Куликов, З.А. Опарина. Исследование диффузии кислорода в сплав Zr-1%Nb при высокотемпературном окислении в водяном паре // Атомная энергия. 1988, т.65, в. 5, с. 321-326. 8. Р.Ф. Войтович. Окисление циркония и его сплавов. Киев: «Наукова думка», 1989. 9. О. Кубашевский, Б. Гопкинс // Окисление металлов и сплавов. М., 1965. Статья поступила в редакцию 05.09.2008 г. ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТРУБ З Е110 И Zr1Nb ПІСЛЯ ОКИСЛЮВАННЯ В ПАРАХ ВОДИ В ОБЛАСТІ ТЕМПЕРАТУР 300…800 °С І.А. Петельгузов, Н.І. Іщенко, О.А. Слабоспицька Досліджено процес окислювання у водяній парі при тиску 0,1 МПа твeльних труб із цирконієвого сплаву Zr+1%Nb штатного виробництва (Е110) і з виготовленого в Україні сплаву (Zr1Nb) у водяному парі при тиску 0,1 МПа в інтервалі температур 300…800 °С. Визначені закономірності окислювання, енергія активації процесів окислювання, структура сплавів і оксидних плівок, що утворюються на них, механічні властивості після нагрівання, окислювання та охолодження. Установлено області початку зниження корозійної стійкості й механічних властивостей у дослідженому інтервалі температур в залежності від окислювання. THE STUDY OF FUEL PIPES CHARACTERISTICS FROM E110 AND Zr1Nb ALLOYS AFTER OXIDATION IN WATER VAPOUR IN THE INTERVAL OF THE TEMPERATURE 300… 800 °C I.A. Petelguzov, N.I. Ischenko, E.A. Slabospickaya The process of the oxidation fuel pipes from zirconium alloy Zr+1%Nb staff production (E110) and from made in Ukraine (Zr1Nb) in vapour at pressure of 0,1 MPa in interval of the temperature 300…800 °С are investigated. The certain regularities of the oxidation, activations energy of the oxidation processes, structure alloys and oxide films on them, mechanical characteristics after heating and oxidations are presented . It is installed areas begining reductions corrosion stability of films and mechanical characteristics in explored interval of the temperature. 92 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТРУБ ИЗ Э110 И Zr1Nb ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ В ПАРАХ ВОДЫ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР 300…800 °С Как видно на рисунке, трубки из сплавов Zr1Nb и Э110 после отжига и окисления в течение 10 ч при температурах 660 °С имеют идентичную структуру. При этих температурах окисления в структуре наблюдаются выделения, которые могут представлять собой частицы (Zr-фазы, образовавшиеся при температурах выше эвтектоидных, а также гидриды циркония, формируемые при охлаждении образцов поглощённым в процессе окисления водородом. 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБОЛОЧЕК ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 400…770 °C ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТРУБ З Е110 И Zr1Nb ПІСЛЯ ОКИСЛЮВАННЯ В ПАРАХ ВОДИ В ОБЛАСТІ ТЕМПЕРАТУР 300…800 °С

Исследование свойств труб из Э110 и Zr1Nb после окисления в парах воды в области температур 300…800 °С

Репозитарії

Схожі ресурси