HOME

Equipment

Address

Разработаны и реализованы новые методы создания в циркониевых сплавах радиационностойких структур при изготовлении изделий из этих сплавов для активных зон водо-водяных энергетических реакторов (канальные и твэльные трубы, чехлы, дистанционирующие решетки).
В основе этих разработок используется новая концепция формирования радиационностойких структур, разработанная в ННЦ ХФТИ на основе допущения об активной рекомбинации радиационных точечных дефектов, являющихся основной причиной радиационного формоизменения изделий из циркониевых сплавов (рост, ползучесть) и деградации физико-механических свойств (охрупчивание, упрочнение).
Для устранения направленного радиационного роста и обеспечения возможности рекомбинации точечных дефектов структура изделий из циркониевых сплавов должна удовлетворять следующим требованиям:

• полная кристаллографическая изотропия изделий;
• максимально мелкозернистая структура с большим количеством границ раздела (границы зерен, двойников, блоков);
• высокая плотность равновесных выделений вторичных фаз, стабильных под облучением и когерентно связанных с матрицей основного металла.

Подобная структура была создана в двойных цирконий - ниобиевых сплавах (Zr-1% Nb, Zr-2,5% Nb), благодаря применению трёхступенчатой термомеханической обработки: созданию определенной структуры деформации с заранее заданной текстурой, высокочастотного скоростного нагрева изделий до температуры существования бета - фазы с последующей закалкой и старения закалённых изделий в высокотемпературной области альфа - фазы.
В результате реализации трехступенчатой обработки полнометражных изделий промышленного производства из сплавов Zr-1% Nb и Zr-2,5% Nb получена структура, которая характеризуется следующим комплексом свойств (приводятся данные для сплава Zr-2,5% Nb):

• практически полная кристаллографическая изотропия; максимально мелкозернистая структура с размером зерна 1 мкм, что в 10 раз меньше, чем в исходном сплаве промышленного производства; большое количество границ (границ зерен и блоков, двойников, линий скольжения);
• диспергированные выделения вторичных фаз (размером ~ 40 нм, что в 10-20 раз меньше, чем в исходном сплаве) высокой плотности (10¹⁶ см^-3, что в 10³ раз выше, чем в исходном сплаве), когерентно связанные с матрицей сплава.

Кроме того, необходимо отметить высокую прочность (на 25% выше, чем в исходном сплаве), достаточную пластичность (18%), высокие значения коррозионной стойкости и трещиностойкости. Циркониевые сплавы с подобной структурой получены впервые. Ни один из известных циркониевых сплавов не имеет такой структуры и подобного комплекса свойств.
Разработанная в ННЦ ХФТИ комплексная термомеханическая обработка была применена к полнометражным канальным трубам из сплава Zr-2,5% Nb для реакторов РБМК, к твэльным трубам, а также к центральному каналу реактора СМ-2 из того же сплава.
Радиационные испытания канальных и твэльных труб, обработанных по развитой в ННЦ ХФТИ технологии, показали отсутствие радиационного роста (флюенс (2,2-2,9) 10²⁶ н/м²), уменьшение радиационной ползучести в 8 раз, отсутствие радиационного упрочнения и снижение охрупчивания. Центральный канал реактора СМ-2 работал в реакторе 5 лет без существенного формоизменения до флюенса 3,1 10²⁶ н/м².
Результаты дореакторных исследований и радиационных испытаний подтверждают высокую работоспособность изделий из сплава Zr-2,5% Nb, изготовленных по предлагаемой технологии, и эта технология рекомендуется для промышленного использования.
В нашем институте разработаны первые промышленные установки для скоростной высокочастотной термообработки полнометражных изделий - канальных, твэльных и чехловых труб из циркониевых сплавов, а также вакуумные автоклавы для отжига изделий. Мы располагаем подробной научно - технической информацией о физико - механических свойствах и радиационном поведении изделий, обработанных по новой технологии.
Мы готовы к совместным исследованиям с заинтересованными организациями в данном направлении.