Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине
Дано обоснование целесообразности использования в Украине технологий кальцийтермического восстановления циркония из тетрафторида циркония и последующего рафинирования этого металла способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью с дальнейшей выплавкой из него сплавов циркония электронно-...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2018
|
| Series: | Современная электрометаллургия |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167519 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине / С.В. Ладохин, В.С. Вахрушева // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 4 (133). — С. 36-41. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167519 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1675192025-02-09T13:50:00Z Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине Використання електронно-променевої плавки для одержання сплавів цирконію в Україні Application of electron beam melting for producing zirconium alloys in Ukraine Ладохин, С.В. Вахрушева, В.С. Электронно-лучевые процессы Дано обоснование целесообразности использования в Украине технологий кальцийтермического восстановления циркония из тетрафторида циркония и последующего рафинирования этого металла способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью с дальнейшей выплавкой из него сплавов циркония электронно-лучевой гарнисажной плавкой с получением литых трубных заготовок для изготовления труб-оболочек тепловыделяющих элементов АЭС. Наведено обґрунтування доцільності використання в Україні технологій кальційтермічного відновлення цирконію із тетрафторіду цирконію і послідуючого рафінування цього металу способом електронно-променевої плавки з проміжною ємністю з подальшою виплавкою з нього сплавів цирконію електронно-променевою гарнісажною плавкою з одержанням вилитих трубних заготовок для виготовлення труб-оболонок тепловиділяючих елементів АЕС. The expediency of application of technologies of calcium thermal recovery of zirconium from zirconium tetrafluoride and next refining of this metal by the method of electron beam cold hearth melting with a further melting of zirconium alloys from it by the electron beam skull melting with producing cast tubular billets for manufacture of tubes-shells of heat-generating elements of NPP in Ukraine was grounded. 2018 Article Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине / С.В. Ладохин, В.С. Вахрушева // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 4 (133). — С. 36-41. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7681 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2018.04.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167519 669.2.537:621.7/9 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы |
| spellingShingle |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы Ладохин, С.В. Вахрушева, В.С. Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине Современная электрометаллургия |
| description |
Дано обоснование целесообразности использования в Украине технологий кальцийтермического восстановления циркония из тетрафторида циркония и последующего рафинирования этого металла способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью с дальнейшей выплавкой из него сплавов циркония электронно-лучевой гарнисажной плавкой с получением литых трубных заготовок для изготовления труб-оболочек тепловыделяющих элементов АЭС. |
| format |
Article |
| author |
Ладохин, С.В. Вахрушева, В.С. |
| author_facet |
Ладохин, С.В. Вахрушева, В.С. |
| author_sort |
Ладохин, С.В. |
| title |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине |
| title_short |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине |
| title_full |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине |
| title_fullStr |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине |
| title_full_unstemmed |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине |
| title_sort |
применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в украине |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2018 |
| topic_facet |
Электронно-лучевые процессы |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167519 |
| citation_txt |
Применение электронно-лучевой плавки для получения сплавов циркония в Украине / С.В. Ладохин, В.С. Вахрушева // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 4 (133). — С. 36-41. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT ladohinsv primenenieélektronnolučevojplavkidlâpolučeniâsplavovcirkoniâvukraine AT vahruševavs primenenieélektronnolučevojplavkidlâpolučeniâsplavovcirkoniâvukraine AT ladohinsv vikoristannâelektronnopromenevoíplavkidlâoderžannâsplavívcirkoníûvukraíní AT vahruševavs vikoristannâelektronnopromenevoíplavkidlâoderžannâsplavívcirkoníûvukraíní AT ladohinsv applicationofelectronbeammeltingforproducingzirconiumalloysinukraine AT vahruševavs applicationofelectronbeammeltingforproducingzirconiumalloysinukraine |
| first_indexed |
2025-11-26T11:55:23Z |
| last_indexed |
2025-11-26T11:55:23Z |
| _version_ |
1849853873590632448 |
| fulltext |
36 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 669.2.537:621.7/9 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2018.04.02
ПРИМЕНЕНИЕ эЛЕКТРоННо-ЛучЕВой ПЛАВКИ
ДЛЯ ПоЛучЕНИЯ СПЛАВоВ ЦИРКоНИЯ В уКРАИНЕ
С. В. Ладохин¹, В. С. Вахрушева²
¹Физико-технологический институту металлов и сплавов НАН Украины.
03142, г. Киев, бульв. Академика вернадского, 34/1. E-mail: e_luch@ptima.kiev.ua
²Приднепровскавя государственная академия строительства и архитектуры.
49005. г. Днепр, ул. Чернышевского, 24, а. E-mail: Vs062@ukr.net
Дано обоснование целесообразности использования в Украине технологий кальцийтермического восстановле-
ния циркония из тетрафторида циркония и последующего рафинирования этого металла способом электрон-
но-лучевой плавки с промежуточной емкостью с дальнейшей выплавкой из него сплавов циркония электрон-
но-лучевой гарнисажной плавкой с получением литых трубных заготовок для изготовления труб-оболочек
тепловыделяющих элементов АЭС. Библиогр. 21, табл. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : цирконий; сплавы; электронно-лучевая плавка; вакуумно-дуговой переплав; литые за-
готовки; слиток; химический состав; механические свойства
Получение сплавов циркония в нашей стране не-
обходимо, прежде всего, для создания отечествен-
ного ядерно-топливного цикла (ЯТЦ), работа над
которым проводится с середины 90-х годов про-
шлого столетия [1]. Неотъемлемой составной ча-
стью этой программы было получение циркония
ядерной чистоты и организация производства из
него сплавов с дальнейшим изготовлением из
них защитных труб-оболочек тепловыделяющих
элементов (ТвЭЛ), а также других деталей ак-
тивной зоны атомных реакторов [2]. Эта работа
выполнялась в течение 10 лет совместно в ННЦ
«ХФТИ» НАН Украины (г. Харьков), ГНПП «Цир-
коний» (г. Каменское), ГП «НИТИ им. Я. Е. Оса-
ды» (г. Днепр) и ФТИМС НАН Украины (г. Киев)
по заданиям Минтопэнерго Украины. Результаты
проведенных в этих организациях в указанный пе-
риод исследований и разработок представлены в
отчетах о НИР [3–10] и отражены в публикациях в
научно-технической литературе [11–20].
Принципиальной особенностью проведенных
исследований явилось то, что в них были опро-
бованы оригинальные отечественные техноло-
гические разработки по получению циркония
способом кальцийтермического восстановления
из тетрафторида циркония; рафинированию по-
лучаемого металлического циркония способом
электронно-лучевой плавки с промежуточной ем-
костью; получению из рафинированного слитка
циркония сплавов способом электронно-лучевой
гарнисажной плавки с электромагнитным пере-
мешиванием расплава; получению трубных заго-
товок способами литья в кокиль, центробежного
литья и литья с наложением электромагнитных
полей на затвердевающий расплав в форме; изго-
товлению TREX-труб по схеме высокотемператур-
ного прессования в β-области с использованием
деформации больших степеней при прессовании и
закалки с прокатного нагрева с дальнейшим изго-
товлением труб-оболочек способом холодной про-
катки. Таким образом, при получении изделий из
сплавов на основе циркония кальцийтермического
восстановления для отечественного ЯТЦ в каче-
стве металлургических переделов использовались
способы электронно-лучевой плавки (ЭЛП) c про-
межуточной емкостью и электронно-лучевой гар-
нисажной плавки (ЭЛГП).
в статье [18] авторы работы показали целе-
сообразность такого подхода с учетом реального
состояния дел в стране с получением циркония
способом кальцийтермического восстановления.
в статье указывалось также на возможность ис-
пользования ЭЛП для получения слитков цирко-
ниевых сплавов из циркония магнийтермического
восстановления из тетрахлорида циркония, из-
вестного как способ Кролла. Этот способ в на-
стоящее время наиболее широко применяется в
мировой практике для получения циркония (как и
титана) и предполагает проведение металлургиче-
ских переделов с использованием исключительно
вакуумно-дугового переплава (вДП), причем, не
менее, чем двукратного.
в Украине значительная часть специалистов
придерживается той точки зрения, что способ
Кролла c использованием вДП является наиболее
приемлемым вариантом решения проблемы цир-
кония при создании отечественного ЯТЦ. Этот © С. в. ЛАДОХИН, в. С. вАХРУШЕвА, 2018
37ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
подход оказался продуктивным в том смысле, что
получил поддержку на государственном уровне. в
последние годы в стране реализована программа
использования переходного топливного цикла в
виде одновременного применения в отечествен-
ных ядерных реакторах топливных сборок разных
производителей. Наряду с топливом российской
корпорации «ТвЭЛ» используется топливо аме-
риканской компании «Westinghouse», в которой
проблема циркония решается исключительно спо-
собом Кролла с использованием вДП. в настоя-
щее время смешанные активные зоны с топливом
указанных поставщиков эксплуатируются уже на
шести энергоблоках украинских АЭС [21]. По-
скольку использование в одних и тех же блоках
сборок разных производителей вызывает вполне
естественную настороженность, а сами работы
выполнены без проведения в стране сколько-ни-
будь серьезных исследований по выплавке спла-
вов циркония способом вДП из циркония как
магнийтермического, так и кальцийтермического
восстановления, то авторы сочли необходимым
вернуться к рассмотрению вопросов, которые
были подняты в статье [18], и попытаться дать до-
полнительное обоснование перспективности ис-
пользования предложенных в Украине технологий
изготовления труб-оболочек ТвЭЛ из литых труб-
ных заготовок, получаемых из сплава на основе
циркония кальцийтермического восстановления с
использованием ЭЛП и ЭЛГП.
Сложность такого обоснования состоит в том,
что в последние годы в стране практически прио-
становлено проведение работ по созданию ЯТЦ,
во всяком случае, в той его интересующей нас
части, которая касается циркониевой проблемы.
Поэтому для анализа можно было использовать
только ранее полученные результаты, которые не
были в полной мере подвергнуты сравнительному
исследованию. К таким результатам относятся хи-
мический состав выплавляемых по предлагаемым
технологиям сплавов; механические свойства ли-
тых трубных заготовок, получаемых различными
способами литья; механические свойства TREX-
труб, получаемых из различных литых заготовок,
и механические свойства изготовляемых из них
труб-оболочек ТвЭЛ. Отметим, что все приво-
димые далее данные взяты из упомянутых выше
работ [3–20], т.е. получены в течение выполнения
именно первой Комплексной программы по соз-
данию ЯТЦ [1]. То обстоятельство, что эти дан-
ные не были в полной мере использованы ранее
для решения поставленной задачи, создания оте-
чественного ЯТЦ, указывает на сложность ее ре-
шения, связанную не только с техническими, но и
другими вопросами.
Сущность исследования состояла в том, что
сравнение всех перечисленных выше свойств про-
водили на сплаве одного состава (Zr1Nb), получа-
емого на основе циркония кальцийтермического
восстановления, но разными способами — элек-
тронно-лучевой гарнисажной плавкой (ЭЛГП) и
вакуумно-дуговым переплавом (вДП). в обоих
случаях использовалась тройная шихта, состоя-
щая из циркония кальцийтермического восстанов-
ления (69 %), йодидного циркония (30 %) и ниобия
(1 %). Необходимость использования йодидного
циркония обусловлена повышенным содержанием
кислорода в кальцийтермическом цирконии. При
ЭЛГП оба циркониевых компонента шихты зава-
ливаются и плавятся в тигле, а ниобий вводится в
расплав в конце плавки. Из полученного расплава
способом литья в кокиль, центробежным и литья
с наложением электромагнитных воздействий на
расплав в форме получали заготовки для последу-
ющего передела в TREX-трубы и трубы-оболочки
ТвЭЛ. Масса заготовок, получаемых литьем в ко-
киль, составляла 40 кг, а центробежным и литьем
с наложением электромагнитных воздействий —
30 кг. Диаметр заготовок при всех вариантах за-
ливки — 150 мм. Литьем в кокиль заготовки по-
лучали на ГНПП «Цирконий», а центробежным и
литьем с наложением электромагнитных воздей-
ствий на расплав — во ФТИМС НАН Украины.
При вДП расходуемую заготовку изготовляли с
использованием всех трех компонентов шихты,
а переплав проводили дважды, как это принято
в практике вДП, с формированием на втором пе-
реплаве слитка сплава Zr1Nb диаметром 200 мм.
Из этого слитка также изготовляли TREX-трубы и
трубы-оболочки ТвЭЛ. Слитки вДП получали в
ННЦ «ХФТИ» НАН Украины.
Сравнительные анализы проводили по хими-
ческому составу сплава Zr1Nb, получаемого при
ЭЛГП и вДП (после двойного переплава), по ме-
ханическим свойствам литых заготовок и слитка
вДП, горячепрессованных TREX-труб из литых
заготовок и из слитка вДП, труб–оболочек ТвЭЛ.
в табл. 1 приведены результаты химического
анализа сплава Zr1Nb, полученного в пяти плав-
ках способом ЭЛГП и слитка вДП после двойного
переплава.
Из таблицы видно, что сплавы отвечают требо-
ваниям технических условий Украины, хотя и не
вполне соответствуют техническим условиям Рос-
сии, что объясняется отмеченным выше повышен-
ным содержанием кислорода в цирконии кальций-
термического восстановления.
38 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Полученные результаты свидетельствуют о
возможности использования отечественного цир-
кония для решения задачи создания ЯТЦ за счет
введения в шихту йодидного циркония, но ука-
зывают на необходимость дальнейшего совер-
шенствования технологии получения циркония
способом кальцийтермического восстановления,
т.е. на необходимость продолжения работ в этом
направлении.
Механические свойства литых заготовок и
слитка вДП сплава Zr1Nb приведены в табл. 2.
Следует отметить, что поскольку в практике соз-
дания топлива для АЭС литые заготовки из цирко-
ниевых сплавов никогда не применялись, то дан-
ные для сравнительного анализа отсутствуют.
Из анализа данных табл. 2 можно заключить,
что свойства металла литых заготовок не уступа-
ют свойствам деформированного металла вДП и в
этом смысле все предлагаемые технологии литья
заготовок могут рассматриваться как перспектив-
ные для решения задачи создания отечественного
ЯТЦ. Отметим, что факт возможности получения
механических свойств литого сплава циркония, не
уступающих свойствам деформированного метал-
ла, зафиксирован впервые в практике выплавки
сплавов циркония.
При рассмотрении механических свойств
сплава для TREX-труб и труб–оболочек ТвЭЛ
следует учитывать, что в условиях ГП «НИТИ
им. Я. Е. Осады» TREX-трубы были изготовлены
с внешним диаметром 48 мм, толщиной стенки
8,5 мм, длиной 800 мм, а трубы-оболочки ТвЭЛ —
9,13 мм, 0,7 мм, 4,5 м соответственно.
Механические свойства металла горячепрессо-
ванных TREX-труб изучали на образцах, изготов-
ленных из заготовок, полученных всеми указанными
выше способами, т.е. литьем в кокиль, центробеж-
ным литьем и литьем с наложением ЭМП на рас-
плав в форме. Результаты исследований свойств (в
поперечном разрезе) приведены в табл. 3.
Особого рассмотрения требует установленная
возможность проведения прессования заготовок,
полученных с наложением электромагнитных полей
на расплав в форме, при температуре на 50° ниже,
чем заготовки из металла вДП. Причина этого пока
непонятна, но важность этого явления для практи-
ки состоит в том, что проведение прессования при
более низкой температуре обеспечивает улучшение
качества поверхности трубных заготовок при одно-
временном увеличении выхода годного.
важно также отметить, что хотя металл литых
заготовок не уступает металлу вДП, пластические
характеристики сплава в изделиях из центробеж-
нолитой заготовки уступают как сплаву вДП, так
и требованиям ТУ. Причина этого также пока не-
понятна, но может быть связана с некоторой не-
Т а б л и ц а 1 . химический состав сплава Zr1Nb из тройной шихты, мас. %1, 2
Плавка Nb Fe Cu Al Si N C O
ЭЛГП:
1 1,1 0,007 0,0003 <0,001 0,011 0,006 0,010 0,10
2 0,9 0,008 0,0004 0,002 0,009 0,005 0,011 0,06
3 0,9 <0,001 0,0003 <0,001 0,003 0,0021 0,012 0,09
4 0,9 0,003 0,0002 <0,001 0,004 0,0025 0,016 0,11
5 0,9 0,004 0,0004 <0,001 0,004 0,003 0,013 0,11
вДП 0,95 0,012 0,0004 <0,001 0,0044 0,005 0,005 0,095
ТУ 001.257–853 0,9…1,1 ≤0,05 ≤0,005 ≤0,008 ≤0,02 ≤0,006 ≤0,02 0,06…0,14
ТУ 95.166–984 0,9…1,1 ≤0,05 ≤0,005 ≤0,008 ≤0,02 ≤0,006 ≤0,02 ≤0,10
Примечание. 1. Основа сплава — Zr. 2. во всех плавках в металле присутствуют следы Mg, W, Тa, Cr, Ni, Cu, Ti, V, Co. 3. ТУ 001.257–85 на
украинский сплав КТЦ110. 4. ТУ 95.166–98 на российский сплав Э110.
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства заготовок из сплава Zr1Nb в поперечном разрезе
Способ получения заготовок σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
Литье в кокиль 467,35
180,97
418,5
163,99
14,65
19,47
34,2
65,30
Центробежное литье 528,80
168,89
502,25
145,37
15,15
24,67
65,00
56,00
Литье с ЭМП в форме 463,30
171,70
390,00
135,00
12,75
23,30
47,75
73,20
вДП 445,00
162,50
390,00
127,50
14,50
16,00
49,75
74,75
Примечание. Над чертой приведены показатели при температуре испытаний 293 К, под чертой — 653 К.
39ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
однородностью структуры металла центробеж-
нолитой заготовки. Установление причины этой
неоднородности и ее влияния на свойства важно
потому, что получение центробежнолитых загото-
вок перспективно в связи с сокращением опера-
ций их механической обработки, поскольку цен-
тробежнолитые заготовки могут формироваться с
отверстиями, т. е. в технологической цепочке ис-
ключается сверление отверстий.
Механические свойства сплава Zr1Nb для
труб-оболочек ТвЭЛ изучали на образцах труб,
изготовленных из заготовок, полученных литьем в
кокиль, в продольном и поперечном разрезах. Тру-
бы-оболочки были получены в условиях опытного
завода ГП «НИТИ» и промышленного производ-
ства на Никопольском ЮТЗ. Результаты исследо-
ваний приведены в табл. 4.
Исследования механических свойств труб при
испытаниях на растяжение в продольном и попе-
речном направлениях показали, что при темпера-
турах 293 и 653 К металл труб обладает хорошей
пластичностью при высоком уровне прочностных
характеристик, значительно превышающих как
требования ТУ России, так и стандартов ASTM.
в целом результаты выполненного анализа
дают основание заключить, что проблема получе-
ния изделий из сплавов на основе циркония каль-
цийтермического восстановления в рамках соз-
дания отечественного ЯТЦ может быть успешно
решена. Причем это относится как к производству
труб-оболочек ТвЭЛ, так и к комплектующим из-
делий тепловыделяющих сборок (ТвС). Что же
касается комплексной оценки качества получае-
мых твэльных труб, то необходимо проведение
дальнейших исследований по их коррозионной
стойкости, малоциклической усталости, ползуче-
сти и радиационной стойкости, причем эти иссле-
дования должны быть проведены в условиях экс-
плуатации труб-оболочек ТвЭЛ в действующих
реакторах.
Список литературы
1. Чернов А. П., Семенов Г. Р., Лапшин в. И. и др. (2000)
Исследования и разработки по развитию производства
циркониевых сплавов и изделий в Украине. Тр. 14-й Меж-
дунар. конф. по физике радиационных явлений и радиаци-
онному материаловедению, 12–17 июня 2000 г., Алушта,
Крым. Харьков, ННЦ ХФТИ, сс. 98–100.
2. Займовский А. С., Никулина А. в., Решетников Н. Г.
(1994) Циркониевые сплавы в ядерной энергетике. Мо-
сква, Энергоиздат.
3. (1997) Отчет о НИР «Разработка технологии и изго-
товление опытно-промышленной партии труб из спла-
ва КТЦ-110 для ТВЭЛ». Днепропетровск, ГП НИТИ,
ГР № 01979002254.
4. (2002) Звіт про НДР «Розробка технології одержання
зливків цирконію з застосуванням електромагнітного пе-
ремішування розплаву у кристалізаторі». Київ, ФТІМС
НАН України, ДР № 01024005464.
5. (2002) Звіт про НДР «Розробка технології та устат-
кування для отримання складнолегованих сплавів на ос-
нові цирконію у гарнісажних печах з електромагнітним
перемішуванням розплаву». Київ, ФТІМС НАН України,
ДР № 01024005465.
Т а б л и ц а 3 . Механические свойства горячепрессованных treX-труб
Способ
получения заготовок
Температура
прессования, К
σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
Литье в кокиль 1370…1380 490,00 420,00 21,00 65,50
Центробежное литье 1370…1380 599,00 562,00 18,30 66,50
Литье с ЭМП в форме 1320…1330 568,00 505,00 23,00 –
вДП 1370…1380 577,50 495,00 21,50 –
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства труб-оболочек ТВэЛ из сплава Zr1Nb
завод-изготовитель
Продольное направление Поперечное направление
σв, МПа σ0,2, МПа δ, % σв, МПа σ0,2, МПа δ, %
ОЗ ГП «НИТИ» 580…590
–
415…425
–
34…36
–
550…600
226…235
500…533
222…226
16,1…16,7
27…30
ОАО ЮТЗ* 615…650
235…265
480…495
135…153
30…33
–
605…650
225…240
560…595
190…200
13…13,3
27…36
вДП – – – 294
225
210
195
29
47
ТУ 95-105–89 (не менее) 410
–
240
80
20
–
–
148
–
130
12
33
Примечание. Над чертой приведены показатели при температуре испытаний 293 К, под чертой — 653 К. *Бывший цех по производ-
ству труб для атомной энергетики Никопольского ЮТЗ в настоящее время переформирован в завод ПО ОСКАР.
40 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
6. (2004) Звіт про НДР «Виробництво промислової партії
зливків сплаву Zr1Nb з вітчизняної сировини для виготов-
лення твельних труб, стрічок та інших виробів для ре-
акторів ВВЕР-1000». Харків, ННЦ ХФТІ НАН України,
ДР № 0104U004885.
7. (2004) Звіт про НДР «Виробництво партії зливків сплаву
Zr1Nb на основі сплаву КТЦ110 та йодидного цирконію
способом електронно-променевої плавки з електро-
магнітним перемішуванням». Київ, ФТІМС НАН Украї-
ни, ДР № 0104U004885.
8. (2005) Звіт про НДР «Дослідження властивостей ма-
теріалів і комплектуючих ТВЗ зі сплаву Zr1Nb українсько-
го виробництва на основі кальційтермічного цирконію».
Харків, ННЦ ХФТІ НАН України, ДР № 01004U0006582.
9. (2007) Звіт про НДР «Розробка технологічних процесів
одержання в електронно-променевих установках литих
виробів та зливків з використанням зовнішніх впливів
на розплав, що кристалізується». Київ, ФТИМС НАН
України, ДР № 0104 U007753.
10. (2008) Звіт про НДР «Видача вихідних даних для одер-
жання TREX-труби із сплаву Zr1Nb, виплавляємого в
умовах ДНВП «Цирконій». Дніпропетровськ, ДП НДТІ,
робота виконувалась за договором № 39-2008.
11. Коровин Ю. Ф., Чупринко в. К., Линдт К. А. и др. (1994)
Производство циркония и гафния на ПО ПХЗ для удов-
летворения потребностей атомной энергетики Украины.
Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиаци-
онных повреждений и радиационного материаловедения,
2, 114–124.
12. Ажажа в. М., вахрушева в. С., Дергач Т. А. и др. (1999)
Технология изготовлеия изделий из циркониевых сплавов
для атомной энергетики и некоторые свойства сплавов
циркония. Харьков, ННЦ ХФТИ.
13. Ажажа в. М., Болков А. Ф., Борц Б. в. (2005) вакуум-
но-дуговой способ получения трубной заготовки из спла-
ва Zr1%Nb. Вопросы атомной науки и техники. Сер.
Физика радиационных повреждений и радиационного ма-
териаловедения, 5, 110–114.
14. вахрушева в. С. (2003) Формування структури та вла-
стивостей сталі і сплавів при виготовленні труб для
ядерних енергетичних установок: автореф. дис. … докт.
техн. наук. Дніпропетровськ.
15. Буряк Т. М. (2005) Структуроутворення і формування
властивостей трубної заготовки і труб для атомної
енергетики з використанням нових способів виробни-
цтва: автореф. дис. … канд. техн. наук. Дніпропетровськ.
16. Ажажа в. М., Борц Б. в., Бутенко І. М. та ін. (2006) ви-
робництво партії трубних заготовок трекс-труб та виго-
товлення дослідно-промислової партії твельних труб зі
сплаву Zr1Nb із вітчизняної сировини. Наука та іннова-
ції, 6, 18–30.
17. (2007) Электронно-лучевая плавка в литейном производ-
стве. Ладохин С. в. (ред.). Киев, Изд-во «Сталь».
18. Ладохин С. в., вахрушева в. С. (2008) Перспективы при-
менения электронно-лучевой плавки для получения спла-
вов циркония в Украине. Современная электрометаллур-
гия, 4, 22–26.
19. Гладков А. С. (2009) Особливості електронно-променевої
гарнісажної плавки сплаву Zr1Nb і розробка технології
виготовлення трубних заготовок: автореф. дис. … канд.
техн. наук. Київ.
20. вахрушева в. С. (2014) Проблемы создания производства
циркониевого проката в Украине. Вопросы атомной нау-
ки и ттехники. Сер. Физика радиационных повреждений
и радиационного материаловедения, 2, 62–68.
21. (2018) Звіт про діяльність Національної академії наук
України у 20017 р. НАН України. Київ, Академперіодика.
References
1. Chernov, A.P., Semenov, G.R., Lapshin, V.I. et al. (2000) In-
vestigations and developments on manufacture of zirconium
alloys and products in Ukraine. In: Proc. of 14th Int. Сonf.
on Physics Radiation Effects and Radiation Materials Science
(Alushta, Crimea, June 12–17, 2000). Kharkov, NSC KIPT,
98–100 [in Russian].
2. Zajmovsky, A.S., Nikulina, A.V., Reshetnikov, N.G. (1994)
Zirconium alloys in nuclear power engineering. Moscow, En-
ergoizdat [in Russian].
3. (1997) Report on research: Development of technology and
manufacture of pilot batch of tubes from KTTs110 alloy for
fuel elements. Dnepropetrovsk, SE NITI [in Russian].
4. (2002) Report on research: Development of technology for
zirconium ingots production with the use of electromagnetic
stirring of melt in mould. Kyiv, PTIMA [in Ukrainian].
5. (2002) Report on research: Development of technology and
equipment for complexly alloyed zirconium alloy production
in skull furnaces with electromagnetic stirring of melt. Kyiv,
PTIMA [in Ukrainian].
6. (2004) Report on research: Production of industrial lot of
Zr1Nb alloy ingots with the use of domestic raw materials
for manufacture of fuel element tubes, strips and other items
for WWER-1000 reactor. Kharkiv, NSC KIPT [in Ukrainian].
7. (2004) Report on research: Production of lot of Zr1Nb al-
loy ingots based on KTTs110 alloy and iodic zirconium by
electron beam melting with electromagnetic stirring. Kyiv,
PTIMA [in Ukrainian].
8. (2005) Report on research: Investigation of materials proper-
ties and component parts for fuel elements from Zr1Nb alloy
of Ukrainian production on the basis of calcium zirconium.
Kharkiv, NSC KIPT [in Ukrainian].
9. (2007) Report on research: Development of technological
processes for production in electron beam installations of cast
items and ingots under the external effects on the melt being
solidified. Kyiv, PTIMA [in Ukrainian].
10. (2008) Report on research: Initial data issued for TREX-tubes
production from Zr1Nb alloy melted at SSPE Zirconium. SE
DTI [in Ukrainian].
11. Korovin, Yu.F., Chuprinko, V.K., Lindt, K.A. et al. (1994) Zir-
conium and hafnium production at PKhZ for satisfaction of
Ukrainian nuclear power engineering demand. Voprosy Atom-
noj Nauki i Tekhniki. Series: Physics of Radiation Damage
and Radiation Materials Science, 2, 114–124 [in Russian].
12. Azhazha, V.M., Vakhrusheva, V.S., Dergach, T.A. et al. (1999)
Technology of items production from zirconium alloys for nu-
clear power engineering and some zirconium alloy proper-
ties. Kharkov, NSC KIPT [in Russian].
13. Azhazha, V. M., Bolkov, A.F., Borts, B.V. et al. (2005) Vacu-
um arc method of tubular billet production from Zr1Nb alloy.
Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki. Series: Physics of Radi-
ation Damage and Radiation Materials Science, 5, 110–114
[in Russian].
14. Vakhrusheva V.S. (2003) Formation of structure and proper-
ties of steel and alloys in tubes production for nuclear power
units: Syn. of Thesis for Dr. of Techn. Sci. Degree. Dniprope-
trovsk [in Ukrainian].
15. Buryak, T.M. (2005) Structure and properties forming of
tubular billet and tubes for nuclear power engineering us-
ing new methods of production: Syn. of Thesis for Cand. of
Techn. Sci. Degree. Dnipropetrovsk [in Ukrainian].
41ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (133), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
16. Azhazha, V.M., Borts, B.V., Butenko, I.M. et al. (2006) Pro-
duction of TREX-tubular billets lot for manufacture of pilot
batch of fuel tubes from Zr1Nb alloy of domestic raw materi-
als. Nauka ta Innovatsii, 6, 18–30 [in Ukrainian].
17. (2007) Electron beam melting in foundry. Ed. by S.V. La-
dokhin. Kiev, Stal [in Russian].
18. Ladokhin, S.V., Vakhrusheva, V.S. (2008) Perspectives of
electron beam melting using in zirconium alloy production in
Ukraine. Sovrem. Elektrometall., 4, 22–26 [in Russian].
19. Gladkov, A.S. (2009) Peculiarities of electron beam scull
melting of Zr1Nb alloy and development of the technology of
tubular billet production: Syn. of Thesis for Cand. of Techn.
Sci. Degree. Kyiv [in Ukrainian].
20. Vakhrusheva, V.S. (2014) Problems of creation of zirconium
rolled production in Ukraine. Voprosy Atomnoj Nauki i Tekh-
niki. Series: Physics of Radiation Damage and Radiation Ma-
terials Science, 2, 62–68 [in Russian].
21. (2018) Report on activities of National Academy of Sciences
of Ukraine in 2017. Kyiv, Academperiodika [in Ukrainian].
ВИКоРИСТАННЯ ЕЛЕКТРоННо-ПРоМЕНЕВої ПЛАВКИ
ДЛЯ оДЕРЖАННЯ СПЛАВіВ ЦИРКоНіЮ В уКРАїНі
С. В. Ладохін¹, В. С. Вахрушева²
¹Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України.
03142, м. Київ, бульв. Академіка вернадського,34/1. E-mail: e_luch@ptima.kiev.ua
²Придніпрівська державна академія будівництва і архітектури.
49005, м. Дніпро, вул. Чернишевського, 24, а. E-mail: Vs062@ukr.net
Наведено обґрунтування доцільності використання в Україні технологій кальційтермічного відновлення цир-
конію із тетрафторіду цирконію і послідуючого рафінування цього металу способом електронно-променевої
плавки з проміжною ємністю з подальшою виплавкою з нього сплавів цирконію електронно-променевою гарні-
сажною плавкою з одержанням вилитих трубних заготовок для виготовлення труб-оболонок тепловиділяючих
елементів АЕС. Бібліогр. 21, табл. 4.
К л ю ч о в і с л о в а : цирконій; сплави; електронно-променева плавка; вакуумно-дуговий переплав; литі заго-
товки; виливок; хімічний склад; механічні властивості
applicatioN of electroN beam meltiNg for proDuciNg ZircoNium alloyS iN ukraiNe
S. v. laDokhiN1, v. S. vakhruSheva2
1Physical-and-Technological Institute of Metals and Alloys.
34/1 Academician Vernadsky Blvd, 03142, Kyiv. E-mail: e_luch@ptima.kiev.ua
2Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture.
24 a Chernyshevsky Str,. 49005, Dnipro. E-mail:Vs062@ukr.net
The expediency of application of technologies of calcium thermal recovery of zirconium from zirconium tetrafluoride
and next refining of this metal by the method of electron beam cold hearth melting with a further melting of zirconium
alloys from it by the electron beam skull melting with producing cast tubular billets for manufacture of tubes-shells of
heat-generating elements of NPP in Ukraine was grounded. Ref. 21, Tabl. 4.
K e y w o r d s : zirconium; alloys; electron beam melting; vacuum-arc remelting; cast billets; ingot; chemical
composition; mechanical properties
Поступила 03.07.2018
|