Лекция 10. Сплавы циркония в атомной промышленности
Применение циркониевых сплавов
Цирконий и принципы его легирования
Промышленные сплавы циркония и их свойства
Технология изготовления оболочечных труб и каналов
Влияние облучения на свойства циркониевых сплавов
Применение циркониевых сплавов
Реактор |
Элементы и узлы из сплавов циркония |
ВВЭР |
Оболочки и заглушки твэлов Элементы каркаса ТВСА (уголки, центральная и направляющие трубы) Дистанционирующие решётки (ДР) |
РБМК |
Оболочки и заглушки твэлов Канальные трубы Дистанционирующие решётки (ДР) |
ТВВР |
Оболочки твэлов |
МИР |
Оболочки твэлов Канальные трубы |
СМ |
Чехлы экспериментальных каналов |
Цирконий и принципы его легирования
Цирконий и его свойства
Содержание в земной коре |
0,28 % (11 место после Cu, Zn, Ni, Pb) |
Способы получения |
Восстановление хлорида (губча-тый), иодидный (из губчатого), электролитный (из солей Zr) |
Аллотропия |
(до 862оС) с ГПУ решёткой, (862-1855оС) с ОЦК решёткой |
Температура плавления |
1855оС |
Положение в таблице Менделеева |
IVa-группа, Z=40, 4s24p64d25s2, A=91,22 |
Сечение поглощения т.н. |
0,185 б (сталь – 2-3 б) |
Атомный радиус |
0,160 нм |
Параметры -фазы (ГПУ) |
а=0,323 нм, с=0,515 нм, с/а=1,592 (идеал. – 1,63) плотность 6,51 г/см3 |
Параметры -фазы (ОЦК) |
а=0,359 нм, плотность 6,54 г/см3 |
Оси координат
ГПУ-решётки
2. Механические свойства циркония – у иодидного высокая пластичность и низкая прочность, у губчатого и электролизного прочность несколько выше (больше кислорода и других примесей), но недостаточна для практического использования
Коррозионная стойкость – высока только у высокочистого циркония, у технического – недостаточна
Принципы легирования в целях повышения механических и коррозионных свойств
комплексный подход
не в ущерб другим свойствам, включая сечение захвата тепловых нейтронов, ограничение радиактивности трансмутантов
растворимость в цирконии, эффективность термообработки
низкая стоимость добавок
результат отбора
Группа |
Элемент |
Достоинства |
IVa |
Sn |
Является хорошим упрочнотелем Ослабляет вредное влияние N на коррозию при наличии добавок Fe, Cr, Ni Диаграмма состояния Zr –Sn позволяет проводить эффективную термообработку |
Va |
Nb |
Является хорошим упрочнителем Имеет небольшое сечение захвата (1,1 б) Устраняет вредное влияние на коррозию примесей (C, Al, Ti) Снижает поглощение водорода цирконием Диаграмма состояния Zr –Nb позволяет проводить эффективную термообработку |
VIa |
Cr, Мо |
Не сильно увеличивают сечение захвата теп. нейтронов Совместно с Fe полезны при работе в перегретом паре (400-500оС) |
VIIIa |
Fe |
Ослабляет коррозию при комплексном легировании |
Диаграмма состояния системы цирконий-ниобий