ОПТИМИЗАЦИЯ СПЛАВА Э110 ДЛЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ ВВЭР-1000

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

5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

29 мая-1 июня 2007 г., Подольск, РоссияФГУП 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 ползучести штатному сплаву Э110;

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

Маркер № плавки основа сплаваcодержание элемента, ppm

Fe O▲ 210-02

губка ОАО «ЧМЗ»120 340

312-03 90 500□ 317-03 160 300

155-99Французская

губка440 440

○ 705-99Электролитический

и иодидный Zr120 350

Коррозионная стойкость

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

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

(а)

(б)

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

после облучения в реакторе БОР-60:- выделения типа β–Nb и мелкодисперсные радиационно–индуцированные выделения,

обогащенные ниобием

до облучения:- распределение выделений β–Nb и более

крупных – фазы Лавеса Zr(Nb,Fe)2

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

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

Радиационная ползучесть

Характеристика Кислород Железо

Механические свойства

до облучения

20 ºС + + + о

350 ºС + о

Механические свойства

после облучения

20 ºС + + + + +

350 ºС + + + +

Ползучестьтермическая + + + о

радиационная + + + +

Равномерная коррозия

автоклав о +

реактор о о

Нодулярная коррозия

автоклав о + +

реактор о +

Радиационный рост о + + +

ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА И ЖЕЛЕЗА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВА Э110

о - не влияет + - 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

Э110штатный

Э110оптимизированный