Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Металловедение и термическая обработка металлов

Диссертационная работа:

Белов, Владислав Алексеевич. Сопротивление разрушению модифицированных циркониевых сплавов для оболочечных труб атомных реакторов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.01 / Белов Владислав Алексеевич; [Место защиты: Нац. исслед. технол. ун-т].- Москва, 2011.- 145 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3500

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы

Сопротивление разрушению является важнейшей характеристикой оболочек ТВЭЛов - наиболее ответственных элементов тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных реакторов. Растрескивание циркониевых изделий при изготовлении повышает процент брака на производстве, а при эксплуатации - снижает ресурс, эксплуатационную надежность и безопасность работы реакторов. Поэтому задача получения новых знаний о деформации и разрушении циркониевых сплавов для повышения их технологической пластичности и сопротивления разрушению чрезвычайно актуальна.

Основным из направлений совершенствования сплавов циркония для ТВС является создание новых модификаций промышленных сплавов, в которых за счет изменения химического состава по легирующим и примесным элементам достигается повышение прочностных характеристик, коррозионной и радиационной стойкости. Основной целью совершенствования промышленных циркониевых сплавов и разработки их новых модификаций является для сплава Э110 повышение прочности, а для сплава Э635 - повышение коррозионной стойкости.

Для обоснования использования новых модификаций циркониевых сплавов в качестве конструкционных материалов активной зоны помимо экспериментально-подтвержденных закономерностей влияния химического состава сплавов на коррозионную стойкость и радиационную ползучесть необходимо оценить их влияние на пластичность и сопротивление разрушению в различных условиях нагружения.

При эксплуатации ТВЭЛов в составе ТВС в реакторах, возможны ситуации, при которых сопротивление разрушению является наиболее критическим параметром. Это различного рода аварии (аварии с потерей теплоносителя, реактивностные аварии, скачки мощности при маневренных режимах работы реактора и др.). При авариях с потерей теплоносителя (аварии типа LOCA), циркониевые оболочки нагреваются до высоких температур (900 - 1100 С) и активно окисляются в паре, после чего резко охлаждаются системой аварийной защиты. Это приводит к охрупчиванию, в результате чего трубы могут разрушиться при последующей выгрузке ТВС из активной зоны реактора. Наиболее крупными авариями типа LOCA, произошедшими на атомных станциях в мире являются авария на АЭС «Три-майл-Айлэнд» (США, 1979 г.) и авария на АЭС «Фукусима-1» (Япония, 2011 г.).

Не менее опасным процессом, ограничивающим эксплуатационную надежность элементов ТВС особенно после достаточно глубокого выгорания топлива, является коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) оболочек ТВЭЛов под воздействием механических напряжений, возникающих в результате расширения топлива, и воздействия йода, выделяющегося в качестве продукта деления топлива. Процесс КРН может привести к образованию сквозных трещин в оболочках и их разгерметизации.

Поэтому важной задачей является выявление основных факторов определяющих сопротивление разрушению оболочек ТВЭЛов в условиях КРН и LOCA определение параметров, адекватно характеризующих степень охрупчивания труб из различных модификаций сплавов.

Для определения сопротивления разрушению тонкостенных труб из достаточно пластичных циркониевых сплавов в различных условиях необходимы новые нестандартные высокочувствительные методы, позволяющие не только исследовать механизмы и кинетику разрушения на разных (особенно на начальных) стадиях, но и определять характеристики вязкости разрушения.

Актуальность диссертационной работы подтверждается её выполнением в рамках договоров и контрактов НИТУ «МИСиС», с предприятиями Госкорпорации «Росатом» и Топливной компании «ТВЭЛ» по направлениям, определенным ФЦП «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года», корпоративной Программой «Обеспечение потребностей атомной энергетики и промышленности конкурентоспособными циркониевыми материалами и изделиями», рассчитанной на 2009-2015 годы, а также при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект № 08-03-00490-а) и Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 2.1.2/14024).

Цель работы

Исследование деформации и сопротивления разрушению тонкостенных оболочечных труб из модифицированных сплавов циркония в сравнении со сплавами штатных составов в различном структурном состоянии, определение характеристик сопротивления разрушению при различных условиях нагружения для уточнения химического состава и деформационно-термической обработки оболочечных труб.

Основные задачи:

1. Разработать методики и провести испытания по оценке запаса пластичности
и трещиностойкости тонкостенных оболочечных труб из циркониевых сплавов
Э110 и Э635 различного химического состава, определить характеристики
пластичности и трещиностойкости новых модификаций сплавов циркония в
различных условиях нагружения.

  1. Определить факторы, ограничивающие пластичность и трещиностойкость оболочечных труб из циркониевых сплавов Э110, Э635 и их модификаций в состоянии поставки, при КРН в среде метанол-йод, а также после высокотемпературного окисления в паре (испытания типа LOCA).

  2. Изучить механизмы и кинетику КРН модифицированных сплавов циркония и определить влияние коррозионных повреждений на вязкость разрушения оболочечных труб.

Научная новизна работы:

1. Разработаны новые методики определения характеристик и трещиностойкости тонкостенных труб из циркониевых сплавов, что позволило выявить основные факторы, ограничивающие их пластичность и трещиностойкость,

в том числе, после агрессивного воздействия коррозионной среды и высокотемпературного окисления.

  1. Впервые при испытании образцов труб внутренним давлением с измерением акустической эмиссии от старта трещины определены характеристики вязкости разрушения тонкостенных труб из новых модификаций циркониевых сплавов в состоянии поставки, после КРН-испытаний и высокотемпературного окисления в паре.

  2. Показано, трубы из сплава Э110М в состоянии поставки при прочности в 1,3 раза выше, чем для труб из сплава Э110, характеризуются сравнимой с ним деформационной способностью. При этом вязкость разрушения труб из сплава Э1 ЮМ в 3 раза ниже, чем для сплава Э110.

  3. Показано, что при одинаковых условиях КРН-испытаний для труб из сплава Э110М время до начала разрушения в 2 раза меньше, а количество и площадь коррозионных дефектов в 1,5 раза больше, чем для сплава Э110 при одинаковом механизме разрушения. Образование и накопление коррозионных дефектов в образцах труб из сплавов Э110 и Э110М при КРН-испытаниях в течение 8 часов не повлияло на их трещиностойкость.

  4. Впервые определены количественные характеристики структуры, изломов и трещиностойкости Кс образцов труб из модифицированных сплавов Э110М, Э635М и Э110Г после высокотемпературного окисления в паре в сравнении со штатными составами сплавов.

  5. Показано, что основными факторами, ограничивающими пластичность и трещиностойкость сплавов после высокотемпературного окисления являются: доля крупных участков обогащенной кислородом a-Zr-фазы, доля структуры типа «корзиночное плетение» и содержание выделений водородосодержащей гидридной фазы в «ех-(3»-слое. Уменьшение суммарного содержания примесей в сплавах уменьшает степень охрупчивания труб.

Практическая ценность работы:

  1. Разработанные методики испытаний на растяжение и статическую трещиностойкость с измерением АЭ использованы при исследовании механических свойств и разрушения циркониевых оболочечных труб для оптимизации их химического состава и микроструктуры, обеспечивающих необходимую технологическую пластичность и трещиностойкость при сохранении комплекса коррозионных и других механических свойств.

  2. Результаты работы использованы для совершенствования режимов деформационно-термической обработки труб из новых модификаций циркониевых сплавов Э110 и Э635.

  3. Результаты исследований будут использованы при разработке новых усовершенствованных модификаций циркониевых сплавов для элементов ТВС, что позволит обеспечить высокое сопротивление разрушению при их изготовлении и эксплуатации в реакторах нового поколения в условиях запланированных высоких нагрузок.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научных конференциях:

1. Научная сессия МИФИ 2005. IV Научно - Техническая конференция
«Научно-инновационное сотрудничество», 24-28 января 2005, Москва, МИФИ.

2. Ш-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность
неоднородных структур, ПРОСТ 2006», 18-20 апреля 2006 г. Москва, МИСиС.

3. Российская научная конференция. Материалы ядерной техники «От
фундаментальных исследований к инновационным решениям», 3-7 октября 2006 г.,
Краснодарский край, г. Туапсе.

  1. V-я Научно-практическая конференция материаловедческих обществ России «Цирконий: металлургия, свойства, применение», 24-28 ноября, 2008, г. Звенигород.

  1. 9-th International Symposium of Croatian Metallurgical Society «Materials and metallurgy», June 20 - 24, 2010, Sibenik, Croatia.

  2. ІХ-я Российская конференция по реакторному материаловедению, 14-18 сентября 2009 г., г. Димитровград.

7. V-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность
неоднородных структур», 20-22 апреля 2010 г., Москва, НИТУ «МИСиС».

8. Всероссийская научно-техническая конференция «Материалы ядерной
техники» (МАЯТ-2010), 26 сентября-02 октября 2010 г., Краснодарский край, г.
Туапсе.

9. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011. Техническая конференция
«Инновационные ядерные технологии» 1-5 февраля 2011. г. Москва. НИЯУ МИФИ.

10. 8-th International Congress «Machines, Technologies, Materials», September 19-
21, 2011, Varna, Bulgaria.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей в изданиях, включенных в перечень журналов рекомендованных ВАК, 17 работ в сборниках трудов научных конференций.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 145 страницах, содержит 67 рисунков и 15 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net