Влияние водорода на сопротивление оболочек из сплава Zr-1%Nb малоцикловой усталости

Abstract

При работе в водном теплоносителе циркониевые оболочки твэлов поглощают часть водорода, образующегося при их окислении. Накопленный за время эксплуатации водород способен повлиять на усталостную прочность циркониевых оболочек. На образцах шириной 3 мм, вырезанных из оболочечных труб Zr-1%Nb (Ø 9,13 мм, толщиной стенки 0,68 мм) в состоянии поставки (финальный отжиг 580 °С в течение 3 ч, рекристаллизованное состояние), а также на образцах, вырезанных из отрезков труб, гидрированных в газообразном водороде, образующемся при диссоциации TiH₂, проведены испытания на малоцикловую усталость. Содержание водорода в гидрированных образцах – 200 и 500 ppm; температура усталостных испытаний – 350 °С, частота колебаний – 0,2 Гц, амплитуда деформации – 10⁻³…10⁻². По результатам проведенных испытаний построены кривые усталости для негидрированных и гидрированных образцов Zr-1%Nb. Установлено, что при температуре 350 °С усталостная прочность гидрированных образцов слегка выше, это может быть обусловлено тем, что та часть водорода, которая находится в твердом растворе, повышает пластичность циркония и циркониевых сплавов.

При роботі у водному теплоносії цирконієві оболонки твелів поглинають частину водню, що утворюється при їх окисленні. Накопичений за час експлуатації водень здатний вплинути на утомлюючу міцність цирконієвих оболонок. На зразках шириною 3 мм, вирізаних із оболонкових труб Zr-1%Nb (Ø 9,13 мм, товщиною стінки 0,68 мм) у стані поставки (фінальний відпал 580 °С, 3 год, рекристалізований стан), а також на зразках, вирізаних з відрізків труб, гідрованих у газоподібному водні, що утворюються при дисоціації TiH₂, проведені випробування на малоциклову утому. Вміст водню в гідрованих зразках – 200 і 500 ppm; температура утомлюючих випробувань – 350 °С, частота коливань – 0,2 Гц, амплітуда деформації 10⁻³…10⁻². За результатами проведених випробувань побудовані криві утоми для негідрованих та гідрованих зразків Zr-1%Nb. Встановлено, що при температурі 350 °С утомлююча міцність гідрованих зразків трішки вища, це може бути обумовлено тим, що та частина водню, яка знаходиться в твердому розчині, підвищує пластичність цирконію та цирконієвих сплавів.

When operated in aqueous coolant, zirconium fuel rod claddings absorb part of hydrogen formed during their oxidation. Hydrogen accumulated during the period of operation can affect the fatigue strength of zirconium claddings. This paper describes the low-cycle fatigue testing conducted on the samples 3 mm wide, cut out from Zr-1%Nb cladding tubes (Ø 9.13 mm, wall thickness 0.68 mm), in as-received state (finish annealing at 580 °С, 3 hours, recrystallized condition), as well as on the samples cut out from the tube sections hydrogenated in gaseous hydrogen, formed during the TiH₂ dissociation. Hydrogen concentration in the hydrogenated samples – 200 and 500 ppm; temperature of the fatigue tests – 350 °С; oscillation frequency – 0.2 Hz; strain amplitude – 10⁻³…10⁻². Based on the results of the tests, fatigue curves were plotted for non-hydrogenated and hydrogenated Zr-1%Nb samples. It was established that at the temperature of 350 °С, the fatigue strength of hydrogenated samples is slightly higher. This may be due to the fact, that part of hydrogen that is in the solid solution increases the plasticity of zirconium and zirconium alloys.