Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов

Проведены коррозионные испытания ампульных образцов из сплава Zr–1%Nb в воде под давлением 16,8 МПа при температуре 350ºС в течение 500…1000 ч. В процессе коррозионных испытаний некоторые из образцов претерпели схлопывание (коллапс). При металлографическом исследовании образцов, прошедших коррозионн...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2001
Main Authors:	Грицина, В.М., Петельгузов, И.А., Рагулина, Н.И., Стукалов, А.И., Черняева, Т.П.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2001
Series:	Вопросы атомной науки и техники
Subjects:	Материалы ядерных реакторов
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78353
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:	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов / В.М. Грицина, И.А. Петельгузов, Н.И. Рагулина, А.И. Стукалов, Т.П. Черняева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 104-106. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78353
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-783532025-02-09T16:31:46Z Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов Грицина, В.М. Петельгузов, И.А. Рагулина, Н.И. Стукалов, А.И. Черняева, Т.П. Материалы ядерных реакторов Проведены коррозионные испытания ампульных образцов из сплава Zr–1%Nb в воде под давлением 16,8 МПа при температуре 350ºС в течение 500…1000 ч. В процессе коррозионных испытаний некоторые из образцов претерпели схлопывание (коллапс). При металлографическом исследовании образцов, прошедших коррозионные испытания, установлено, что в образцах, претерпевших схлопывание, происходит несвойственное выбранному температурному режиму коррозии достаточно интенсивное образование гидридов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о влиянии коллапса на образование гидридов при коррозии. Проведені корозійні випробування ампульних зразків із сплаву Zr-1%Nb у воді під тиском 16,8 МПа при температурі 350ºС впродовж 500…1000 годин. У процесі корозійних випробувань деякі із зразків зазнали схлопування (колапс). При металографічному дослідженні зразків, що пройшли корозійні випробування, встановлено, що в зразках, що зазнали схлопування, відбувається невластиве обраному температурному режиму корозії достатньо інтенсивне утворення гідридів. Результати проведених досліджень свідчать про вплив колапсу на утворення гідридів при корозії. The corrosion tests of the Zr-1%Nb ampoule samples in water under pressure of 16.8 MPa at the temperature 350ºС during 500…1000 hours are conducted. During corrosion tests some ampoule samples have undergone creep collapse. A metalographic investigations of samples, past corrosion tests, is established, that in samples, undergo collapse, the relatively high level of hydrides formation, what is an unusual for selected temperature conditions of corrosion. The results of carried out investigations testify to the collapse effect on the hydrides formation with corrosion. 2001 Article Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов / В.М. Грицина, И.А. Петельгузов, Н.И. Рагулина, А.И. Стукалов, Т.П. Черняева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 104-106. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78353 621.039 ru Вопросы атомной науки и техники 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 ядерных реакторов Материалы ядерных реакторов
spellingShingle	Материалы ядерных реакторов Материалы ядерных реакторов Грицина, В.М. Петельгузов, И.А. Рагулина, Н.И. Стукалов, А.И. Черняева, Т.П. Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов Вопросы атомной науки и техники
description	Проведены коррозионные испытания ампульных образцов из сплава Zr–1%Nb в воде под давлением 16,8 МПа при температуре 350ºС в течение 500…1000 ч. В процессе коррозионных испытаний некоторые из образцов претерпели схлопывание (коллапс). При металлографическом исследовании образцов, прошедших коррозионные испытания, установлено, что в образцах, претерпевших схлопывание, происходит несвойственное выбранному температурному режиму коррозии достаточно интенсивное образование гидридов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о влиянии коллапса на образование гидридов при коррозии.
format	Article
author	Грицина, В.М. Петельгузов, И.А. Рагулина, Н.И. Стукалов, А.И. Черняева, Т.П.
author_facet	Грицина, В.М. Петельгузов, И.А. Рагулина, Н.И. Стукалов, А.И. Черняева, Т.П.
author_sort	Грицина, В.М.
title	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
title_short	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
title_full	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
title_fullStr	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
title_full_unstemmed	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
title_sort	коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2001
topic_facet	Материалы ядерных реакторов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78353
citation_txt	Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов / В.М. Грицина, И.А. Петельгузов, Н.И. Рагулина, А.И. Стукалов, Т.П. Черняева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 104-106. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT gricinavm kollapsiobrazovaniegidridovvcirkonievyhélementahkonstrukciiaktivnyhzonvodoohlaždaemyhreaktorov AT petelʹguzovia kollapsiobrazovaniegidridovvcirkonievyhélementahkonstrukciiaktivnyhzonvodoohlaždaemyhreaktorov AT ragulinani kollapsiobrazovaniegidridovvcirkonievyhélementahkonstrukciiaktivnyhzonvodoohlaždaemyhreaktorov AT stukalovai kollapsiobrazovaniegidridovvcirkonievyhélementahkonstrukciiaktivnyhzonvodoohlaždaemyhreaktorov AT černâevatp kollapsiobrazovaniegidridovvcirkonievyhélementahkonstrukciiaktivnyhzonvodoohlaždaemyhreaktorov
first_indexed	2025-11-28T00:52:11Z
last_indexed	2025-11-28T00:52:11Z
_version_	1849993343663079424
fulltext	УДК 621.039 КОЛЛАПС И ОБРАЗОВАНИЕ ГИДРИДОВ В ЦИРКОНИЕВЫХ ЭЛЕ- МЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ АКТИВНЫХ ЗОН ВОДООХЛАЖДАЕМЫХ РЕАКТОРОВ В.М. Грицина, И.А. Петельгузов, Н.И. Рагулина, А.И. Стукалов, Т.П. Черняева Научно-технический комплекс «Ядерный топливный цикл», Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт, г. Харьков, Украина, e-mail: chernyaeva@kipt.kharkov.ua; fax: (0572)-35-27-54, телефон (0572)-35-60-26 Проведені корозійні випробування ампульних зразків із сплаву Zr-1%Nb у воді під тиском 16,8 МПа при температурі 350°С впродовж 500…1000 годин. У процесі корозійних випробувань деякі із зразків зазнали схлопування (колапс). При металографічному дослідженні зразків, що пройшли корозійні випробування, встановлено, що в зразках, що зазнали схлопування, відбувається невластиве обраному температурному режиму корозії достатньо інтенсивне утворення гідридів. Результати проведених досліджень свідчать про вплив колапсу на утворення гідридів при корозії. Проведены коррозионные испытания ампульных образцов из сплава Zr–1%Nb в воде под давлением 16,8 МПа при температуре 350°С в течение 500…1000 ч. В процессе коррозионных испытаний некоторые из образцов претерпели схлопывание (коллапс). При металлографическом исследовании образцов, прошедших коррозионные испытания, уста- новлено, что в образцах, претерпевших схлопывание, происходит несвойственное выбранному температурному режиму коррозии достаточно интенсивное образование гидридов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о влиянии коллапса на образование гидридов при коррозии. The corrosion tests of the Zr-1%Nb ampoule samples in water under pressure of 16.8 MPa at the temperature 350°С during 500…1000 hours are conducted. During corrosion tests some ampoule samples have undergone creep collapse. A metalographic in- vestigations of samples, past corrosion tests, is established, that in samples, undergo collapse, the relatively high level of hydrides for- mation, what is an unusual for selected temperature conditions of corrosion. The results of carried out investigations testify to the col- lapse effect on the hydrides formation with corrosion. ВВЕДЕНИЕ В практике эксплуатации ядерных реакторов из- вестны случаи, когда взаимосвязь явлений, происхо- дящих в материале узлов и деталей активной зоны, непредсказуема и приводит к аварийным ситуациям. Полагают [1], что разрыв канальной трубы АЭС «Pickering-2» канал G16, происшедший в августе 1983г., частично был вызван провисанием каналь- ной трубы и ее соприкосновением с трубой ка- ландра. Как следствие, холодное пятно, образовав- шееся при контакте, стало местом накопления водо- рода, в нем образовались крупные гидриды, по кото- рым произошло хрупкое разрушение. В рассмотрен- ном случае формоизменение под облучением и на- грузкой не в силу единой или взаимосвязанной при- роды явлений, а в силу сложившейся ситуации (стечения ряда неблагоприятных факторов - сопри- косновение канальной трубы с трубой каландра и ее локальное охлаждение) способствовало образова- нию гидридов, привело к разрушению трубы из-за замедленного гидридного растрескивания и в ре- зультате к созданию аварийной ситуации. В начале 70-х были случаи выхода твэлов PWR из строя из-за явления крипового коллапса - локаль- ного схлопывания и разрушения оболочек твэлов под действием внешнего давления воды (рис.1) [2]. Условием, необходимым для крипового коллапса, является большой перепад давления на тонкой стен- ке и щель (длиной не менее одного-двух диаметров оболочки) под ней. Причины этого явления были быстро осознаны, и криповый коллапс был техноло- гически исключен. В то же время о явлении крипо- вого коллапса забывать нельзя, стоит упустить его из виду и оно может проявить себя самым неожи- данным и роковым образом. Рис.1. Один из твэлов, претерпевший коллапс при эксплуатации в реакторе PWR (образец слева) [2] На пустотелых тонкостенных ампульных образ- цах из сплава Zr–1%Nb (патрубки от оболочечных труб с заглушками), претерпевших схлопывание при ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.104-106. 104 коррозионных испытаниях, мы обнаружили относи- тельно интенсивное образование гидридов, несвой- ственное для принятых температур коррозионных испытаний. Результаты наблюдений представлены в данной работе. 1. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ Материал всех составляющих (патрубков, заглу- шек, внутренних прутков) образцов, предназначен- ных для коррозионных испытаний, – сплав Zr-1%Nb. Коррозионные испытания проведены на трубча- тых образцах трех типов: − пустотелые ампульные образцы, представ- ляющие собой отрезки труб, с обоих концов которых стоят заглушки (торцы заварены), − ампульные образцы с сердечником (патруб- ки, в которых находится пруток, с зазором 0,05 мм, торцы заварены) – имитаторы твэлов; − пустотелые ампульные образцы с утолщен- ной стенкой. Длина образцов 50 мм, их внешний диаметр 9,1 мм, внутренний – 7,8 мм на образцах двух пер- вых типов и ∅10,1 мм × 8,3 мм на последнем из них. Термообработка образцов - штатная (отжиг 580°С в течение 3 ч). Коррозионные испытания проведены в автокла- вах из нержавеющей стали при температуре 350°С в воде под давлением 16,8 МПа. Характеристика воды: уровень pH – 6…6,5; исходная электропровод- ность – (2…5)·10-6 сименс/см. Длительность испыта- ний от 500 до 1000 ч. На образцах, прошедших коррозионные испыта- ния, проведены: − осмотр внешнего вида – цвета окисной пленки и формы; − определение привеса; − металлографические исследования. Металлографически исследовано поперечное се- чение образцов, прошедших коррозионные испыта- ния. Подготовка образцов к исследованиям включа- ла – порезку, шлифовку и химическую полировку при комнатной температуре в электролите состава: H2SO4 – 30 мл, HNO3 – 30 мл, H2O – 30 мл и HF –10 мл. Исследования проведены на микроскопе МИМ- 8М. Увеличение при съемке – 200х. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Внешний вид. Все образцы, прошедшие корро- зионные испытания, равномерно покрыты блестя- щей темно-синей окисной пленкой. Пустотелые ам- пульные образцы, прошедшие коррозионные испы- тания длительностью 500 ч и более, претерпели схлопывание; форма образцов двух других типов при коррозионных испытаниях не претерпела фик- сируемых изменений (рис.2,а, б). а б Рис.2. Внешний вид пустотелых ампульных образ- цов (а) и ампульных образцов с сердечником (б) по- сле коррозионных испытаний в воде под давлением 16,8 МПа при 350°С в течение 1000 ч Привесы. На образцах, прошедших коррозион- ные испытания в воде под давлением 16,8 МПа при температуре 350 °С, величина привесов составляет 40 мг/дм2 на пустотелых ампульных образцах и 35 мг/дм2 на образцах двух других типов. Рассчитан- ная по результатам привеса толщина окисной пленки, образовавшейся в процессе окисления, рав- на 2,68 мкм на пустотелых ампульных образцах и 2,35 мкм на образцах с сердечником и с утолщенной стенкой. Гидриды. Коррозионные испытания при приня- том режиме не приводят к интенсивному образова- нию гидридов – в материале ампульных образцов с сердечником и образцов с утолщенной стенкой, про- шедших коррозионные испытания, гидриды не яв- ляются характерной составляющей структуры (встречаются отдельные гидриды, что присуще и ис- ходному материалу). Исключение составляют образ- цы, претерпевшие коллапс, в которых на местах округления присутствуют многочисленные гидриды (рис. 3,а, б). ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.104-106. 105 50µ а 50µ б Рис.3. Гидриды в образцах, претерпевших схлопыва- ния в процессе коррозионных испытаний в воде под давлением 16,8 МПа при 350°С в течение 1000 ч. а – область вдоль внешней поверхности, б – область вдоль внутренней кромки Распределение гидридов по сечению труб, пре- терпевших схлопывание, имеет ряд особенностей: − слой шириной около 200 мкм вдоль внешней поверхности предрасположен к образованию окружных гидридов (см. рис.3,а). В этом слое гидриды имеют размер до 20 мкм, их средний размер 13 мкм, концентрация 1,3·104 ч/см2, коэффициент ориентации гид- ридов – Fn = 0,1; − область вдоль внутренней кромки изгиба предрасположена к образованию радиальных гидридов (см.рис.3,б). В этой области трубки гидриды имеют длину до 25 мкм, их средняя длина 16 мкм, концентрация 1,3·104 ч/см2, ко- эффициент ориентации гидридов – Fn = 0,88. − внутренний слой труб не имеет ярко выра- женной предрасположенности к образова- нию гидридов определенной ориентации. Внутри труб гидриды меньшего размера и менее многочисленны, чем в приповерхност- ных слоях. Количество водорода в материале труб, прошед- ших коррозионные испытания, представляет сумму его содержания в исходном материале (предельно- допустимое содержание водорода в циркониевых трубах 25 ppm, обычно его содержание в серийных трубах из сплава Zr-1%Nb не превышает 15 ppm) и количество водорода, поглощенного при испытани- ях. Количество водорода, поглощенного в процессе окисления: Zr + 2H2O→ZrO2 + 4H, характеризуется коэффициентом поглощения, опре- деляемым как процент поглощенного водорода от образовавшегося в процессе реакции. Для наблюдае- мых привесов последнее равно 85 ppm. При приня- тых режимах коррозионного испытания коэффици- ент поглощения водорода обычно не превышает (10…20) %. Для развития системы гидридов, обна- руженной в образцах, претерпевших схлопывание, коэффициент поглощения водорода должен превы- шать 50 %. Результаты проведенных исследований предоставляют неопровержимые доказательства того, что коллапс при коррозии способствует погло- щению водорода и интенсифицирует образование гидридов. Зависимость предрасположенности мате- риала труб к образованию гидридов определенной ориентации, по–видимому, отражает направления течения материала в процессе коллапса, а также ха- рактер пространственного распределения напряже- ний, возникающих при схлопывании. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведено металлографическое исследование поперечного сечения пустотелых ампульных образ- цов из сплава Zr-1%Nb, прошедших коррозионные испытания в воде под давлением. Некоторые из образцов в ходе коррозионных ис- пытаний претерпели схлопывание. Установлено, что в образцах, претерпевших схлопывание, присутству- ет хорошо выраженная популяция гидридов, что не- свойственно используемым температурным режи- мам коррозионных испытаний. Полученный результат свидетельствует о необ- ходимости исследования взаимосвязи явлений, происходящих в материалах активной зоны ядерных реакторов, и оценки опасности каждого из происхо- дящих явлений с учетом непосредственного или косвенного их влияния на сопутствующие процес- сы. ЛИТЕРАТУРА 1. B. Knox. All zirconium tubes to be replaced at Pick- ering unite 1 and 2 // Nuclear Engineering Internation- al. 1984, v. 29, № 355, p.15-20. 2. D.G. Franklin, R.B. Adamson. Implication of zirconi- um creep and growth to light water reactor performance //J. Nucl. Mater. 1988, v.159, compl., p.12-21. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.104-106. 106 ВВЕДЕНИЕ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА

Коллапс и образование гидридов в циркониевых элементах конструкции активных зон водоохлаждаемых реакторов

Institution

Similar Items