сплаве Э110 на основе губки и смеси

В.А. Маркелов,
В.В. Новиков, М.М. Перегуд, В.Ф. Коньков, В.Н. Шишов, А.А. Балашов
ФГУП ВНИИНМ им. А.А.Бочвара, Москва
ОПТИМИЗАЦИЯ СПЛАВА
Э110 ДЛЯ ОБОЛОЧЕК
ТВЭЛОВ ВВЭР-1000
5-я международная научно-техническая конференция
«Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
29 мая-1 июня 2007 г., Подольск, Россия
ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС»
ВВЕДЕНИЕ
 Штатный
сплав
Э110
на
основе
смеси
электролитического и иодидного Zr обеспечивает
оболочкам твэлов ВВЭР-1000 проектные параметры
эксплуатации;
 Осваивается производство губчатого Zr и переход на
него в качестве основы сплава Э110;
 Э110 на основе губки из электролитического Zr ОАО
«ЧМЗ» уступает по сопротивлению
штатному сплаву Э110;
ползучести
 Задача оптимизировать состав сплава Э110 на
основе
губки
для
обеспечения
проектных
параметров по ползучести твэлов ВВЭР-1000.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВА Э110 НА
ОСНОВЕ ГУБКИ
• Нет различий со штатным Э110 в
структурно-фазовом состоянии;
текстуре;
кратковременных механических
свойствах
Коррозионная стойкость
Маркер
№ плавки
основа сплава
▲

□
210-02
312-03
317-03
губка ОАО «ЧМЗ»

155-99
○
705-99
Французская
губка
Электролитический
и иодидный Zr
cодержание элемента, ppm
Fe
O
120
340
90
500
160
300
440
440
120
350
Кинетика коррозии сплава Э110 на разной шихтовой основе
Радиационный рост
Зависимость деформации радиационного роста от флюенса нейтронов
оболочечных труб из сплава Э110 на основе смеси электролитического и
иодидного () и губчатого () циркония (облучение в БОР-60)
Термическая ползучесть
Зависимость окружной деформации термической ползучести от
времени для оболочечных труб из сплава Э110 штатного состава по
кислороду (300) и железу (100 ppm) при испытании под внутренним
давлением (400 ˚С, 100 МПа)
Поведение при высокотемпературном
окислении
(а)
(б)
Внешний вид образцов из сплава
Э110 на основе
электролитического и иодидного
циркония (а) и губчатого циркония
(б) после окисления в паре при
1100 ОС до ЛГО=9,8% и ЛГО=18%,
соответственно.
Зависимость остаточной
пластичности оболочек из
сплава Э110 на основе губки
от ЛГО
Влияние кислорода и железа на свойства
оболочек твэлов из сплава Э110
 Fe и O – основные легирующие или примесные
элементы сплавов Zr;
 В Э110 на губке ЧМЗ содержание Fe (100 ppm),
O (≤ 300 ppm) и других примесей низкое из-за
очистки
электролитического
циркония
при
переработке в губку;
 Сопротивление ползучести и прочность под
облучением Э110 на основе губки ЧМЗ ниже, чем
штатного Э110;
 Исследовали сплавы типа Э110 с содержанием:
O – до 1300 ppm;
Fe – до 2400 ppm
Структура и фазовый состав
до облучения:
- распределение выделений β–Nb и более
крупных – фазы Лавеса Zr(Nb,Fe)2
после облучения в реакторе БОР-60:
- выделения типа β–Nb и мелкодисперсные
радиационно–индуцированные выделения,
обогащенные ниобием
Кратковременные механические свойства
 ЖЕЛЕЗО – упрочняет сплав под облучением при рабочей
температуре
350 ºC
КИСЛОРОД – упрочняет сплав при комнатной температуре, что
влияет на технологичность
Термическая ползучесть
Зависимость скорости окружной
термической ползучести для
оболочек твэлов при испытании
под внутренним давлением (400
˚С, 100 МПа) от содержания О2 в
сплаве Э110 на основе смеси
электролитического и иодидного
циркония
Зависимость скорости
осевой термической
ползучести при 400 ˚С, 100
МПа для оболочек твэлов от
содержания О2 в сплаве
Э110 на основе губки и
смеси электролитического и
иодидного циркония
Радиационная ползучесть
Влияние кислорода и железа на радиационную ползучесть
оболочечных труб из сплава Э110 на основе смеси
электролитического и иодидного циркония в зависимости от
флюенса в реакторе БОР-60
330 ˚С, 130 МПа
340 ˚С, 110 МПа
ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА И ЖЕЛЕЗА НА
ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВА Э110
Характеристика
Кислород
Железо
20 ºС
+++
о
350 ºС
+
о
20 ºС
+ +
+++
350 ºС
+
+++
термическая
+++
о
радиационная
+
+++
Равномерная
коррозия
автоклав
о
+
реактор
о
о
Нодулярная
коррозия
автоклав
о
++
реактор
о
+
Механические
свойства
до облучения
Механические
свойства
после
облучения
Ползучесть
Радиационный рост
о - не влияет
о
+++
+ - влияет
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проанализировано
влияние
губчатой
основы, добавок Fe и O на структуру и
основные свойства сплава Э110;
Для
обеспечения оболочек твэла из сплава
Э110
на
основе
губки
проектными
характеристиками
по
формоизменению
необходимо оптимизировать его состав
путём легирования кислородом до 700-800
ppm и железом до 400-500 ppm.
Циркониевый угол диаграммы Zr-Fe-O
Э110
оптимизированный
Э110
штатный