Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350

Исследованы конструкционные материалы, которые эксплуатировались в быстром реакторе при сравнительно низких температурах (280…420 ºС). Материалы облучены до максимальных повреждающих доз в интервале 0,25…59 сна и затем находились в воде бассейна-отстойника от 4-х до 8 лет. Эксперименты по исследован...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Максимкин, О.П., Тиванова, О.В., Турубарова, Л.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2007
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110669
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 / О.П. Максимкин, О.В. Тиванова, Л.Г. Турубарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 142-149. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-110669
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1106692017-01-06T03:03:46Z Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 Максимкин, О.П. Тиванова, О.В. Турубарова, Л.Г. Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Исследованы конструкционные материалы, которые эксплуатировались в быстром реакторе при сравнительно низких температурах (280…420 ºС). Материалы облучены до максимальных повреждающих доз в интервале 0,25…59 сна и затем находились в воде бассейна-отстойника от 4-х до 8 лет. Эксперименты по исследованию отработавших сборок выявили тот факт, что изменение структуры и свойств сталей неодинаково не только по высоте сборки и ширине граней, но и по толщине стенки чехла. В последнем случае различие особенно велико на внешней и внутренней поверхностях стенки в тепловыделяющих сборках, где использовали делящийся уран. Досліджено конструкційні матеріали, які експлуатувалися у швидкому реакторі при порівнюючи низьких температурах (280...420 ºС). Матеріали опромінені до максимальних доз, що ушкоджують, в интервале 0,25...59 сна й потім перебували у воді басейну-відстійника від 4-х до 8 років. Експерименти по дослідженню складань, що відробили, виявили той факт, що зміна структури й властивостей сталей неоднаково не тільки по висоті складання й ширині граней, але й по товщині стінки чохла. В останньому випадку розходження особливо велике на зовнішній і внутрішній поверхнях стінки в тепловиділяючих складаннях, де використовували уран, що ділиться. Influences of neutron irradiation (0,25…59 dpa) and further wet storage (4-8 years) on structure and properties of both inner and outer walls of the BN-350 fuel assembly shrouds made of stainless steels were investigated for the first way. The experiments on spent assembly studying indicated that structure and properties of steels changed in a different way as throughout the height as throughout the thickness of different shroud walls. Besides, the distinction between inner and outer faces of a shroud is especially great for assemblies earlier containing fissible uranium. 2007 Article Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 / О.П. Максимкин, О.В. Тиванова, Л.Г. Турубарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 142-149. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110669 621.039 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
spellingShingle	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок Максимкин, О.П. Тиванова, О.В. Турубарова, Л.Г. Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 Вопросы атомной науки и техники
description	Исследованы конструкционные материалы, которые эксплуатировались в быстром реакторе при сравнительно низких температурах (280…420 ºС). Материалы облучены до максимальных повреждающих доз в интервале 0,25…59 сна и затем находились в воде бассейна-отстойника от 4-х до 8 лет. Эксперименты по исследованию отработавших сборок выявили тот факт, что изменение структуры и свойств сталей неодинаково не только по высоте сборки и ширине граней, но и по толщине стенки чехла. В последнем случае различие особенно велико на внешней и внутренней поверхностях стенки в тепловыделяющих сборках, где использовали делящийся уран.
format	Article
author	Максимкин, О.П. Тиванова, О.В. Турубарова, Л.Г.
author_facet	Максимкин, О.П. Тиванова, О.В. Турубарова, Л.Г.
author_sort	Максимкин, О.П.
title	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350
title_short	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350
title_full	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350
title_fullStr	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350
title_full_unstemmed	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350
title_sort	различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших твс реактора бн-350
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных установок
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110669
citation_txt	Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350 / О.П. Максимкин, О.В. Тиванова, Л.Г. Турубарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 142-149. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT maksimkinop različiestrukturyisvojstvpoverhnostejšestigrannogočehlaotrabotavšihtvsreaktorabn350 AT tivanovaov različiestrukturyisvojstvpoverhnostejšestigrannogočehlaotrabotavšihtvsreaktorabn350 AT turubarovalg različiestrukturyisvojstvpoverhnostejšestigrannogočehlaotrabotavšihtvsreaktorabn350
first_indexed	2025-07-08T00:57:37Z
last_indexed	2025-07-08T00:57:37Z
_version_	1837038315039096832
fulltext	УДК: 621.039 РАЗЛИЧИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ШЕСТИГРАННОГО ЧЕХЛА ОТРАБОТАВШИХ ТВС РЕАКТОРА БН-350 О.П. Максимкин, О.В. Тиванова, Л.Г. Турубарова Институт ядерной физики НЯЦ РК, г. Алматы, Казахстан; E-mail: maksimkin@inp.kz, факс: +7 (3272) 262639 Исследованы конструкционные материалы, которые эксплуатировались в быстром реакторе при сравни- тельно низких температурах (280…420 °С). Материалы облучены до максимальных повреждающих доз в интервале 0,25…59 сна и затем находились в воде бассейна-отстойника от 4-х до 8 лет. Эксперименты по исследованию отработавших сборок выявили тот факт, что изменение структуры и свойств сталей неодина- ково не только по высоте сборки и ширине граней, но и по толщине стенки чехла. В последнем случае раз- личие особенно велико на внешней и внутренней поверхностях стенки в тепловыделяющих сборках, где ис- пользовали делящийся уран. ВВЕДЕНИЕ Известно, что в качестве чехлов ТВС первого промышленного реактора на быстрых нейтронах БН-350 в свое время использовали шестигранные трубы (размером «под ключ» 96 мм и толщиной стенки 2 мм), выполненные из аустенитных не- ржавеющих сталей 12Х18Н10Т и 08Х16Н11М3 в со- стоянии механико-термической обработки (МТО): после профилирования проводили стабилизирую- щий отжиг при температуре 800 °С в течение 1 ч. Начиная с 2001 года, в рамках декомиссии реак- тора БН-350 проводились комплексные материало- ведческие работы, направленные на характеризацию состояния материала чехлов после длительного об- лучения и хранения в воде. Исследовали конструк- ционные материалы, которые эксплуатировались в быстром реакторе при сравнительно низких темпе- ратурах (280…420°С), облучены до максимальных повреждающих доз в интервале 0,25…59 сна и затем находились в воде бассейна-отстойника от 4-х до 8 лет. В результате было показано, в частности [1], что микроструктура и физико-механические свойства нержавеющих сталей отличаются в различных участках чехла по его периметру и высоте. Напри- мер, имеются существенные различия фазового со- става, микротвердости, плотности и распухания ста- лей в области ребер по сравнению с серединой гра- ни чехла. Предварительные исследования показали [2] на- личие существенных различий в коррозионной по- вреждаемости наружной и внутренней поверхностей стенки чехла. В литературе имеется еще ряд разроз- ненных сведений о различиях внутренней и наруж- ных поверхностей чехла (см., например, [3]). В настоящей работе исследования были сфокуси- рованы на выявлении и установлении возможных причин различий в структуре и свойствах внутрен- ней и внешней сторон стенки чехлов ТВС, экранно- го и топливного типа реактора БН-350. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В табл. 1 и 2 приведены элементный состав, па- раметры облучения и длительность мокрого хране- ния исследованных сталей. Образцы для исследова- ний изготавливали из пластин размером 50х10х2 мм, которые вырезали из граней чехлов на различ- ных высотах (рис. 1). +1200 мм ЦАЗ -1200 мм 280 460 Те мп ер ат ур а об лу че ни я, 0 С n0 внешняя внутренняя Рис. 1. Схема облучения и разделки чехла тепловы- деляющей сборки реактора БН-350 (стрелками по- казаны исследуемые поверхности) Металлографические исследования облученных образцов выполняли на оптическом микроскопе Neophot-2. С целью изучения перераспределения элементов в сталях использовали растровый элек- тронный микроскоп Amrey-1200 с рентгеновским анализатором. Изменение прочностных свойств ма- териала в результате облучения и последующего мо- крого хранения изучали с помощью микротвердоме- ра ПМТ-3 при нагрузке на индентор 50 г. Намагниченность образцов определяли с помощью феррозондового измерителя. Особое внимание уде- лялось изучению состояния внешней и внутренней поверхностей стенки чехла ТВС. При этом принима- лось во внимание то, что в процессе длительной экс- __________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 142-149. 142 mailto:maksimkin@inp.kz плуатации жидкий натрий мог взаимодействовать с материалом стенки, приводя к селективному удале- нию некоторых элементов из состава стали [2], влияя тем самым на коррозионную и механическую стойкость. Таблица 1 Элементный состав нержавеющих сталей Материал Состав, мас. % Fe Al C Cr Ni Mo Nb Ti Si Mn Mg V 12Х18Н10Т Осно- ва – 0,12 17,0 10,66 – – 0,5 0,34 1,6 – – 08Х16Н11 М3 Осно- ва – 0,08 17,5 11,1 1,65 0,05 – 1,5 – – Таблица 2 Параметры облучения и хранения в воде нержавеющих сталей Материал Сборка БН-350 Уровень от ЦАЗ, мм Максимальная повреждающая доза, сна Рабочая темпе- ратура, Т °С Время хранения в воде, год 12Х18Н10Т (аналог AISI 321) Н 214(I) экранная ТВС, тип I -375 +75 12,3 280...400 +375 ∼8 ЦЦ-19 топливная, ТВС -160 55,7 330 0 58,92 350 +160 55,4 370 +300 46,6 405 ∼8 08Х16Н11М3 (аналог AISI 316) Н 214(II) экранная ТВС, тип I 0 15,6 337 -500 7,08 309 -900 1,27 281 -1200 0,25 280 В300, внутренний экран ТВС -500 10,8 302 +500 11 346 В337, внутренний экран ТВС -500 11,9 305 ∼4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ РАЗЛИЧИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ВНЕШНЕЙ И ВНУТРЕННЕЙ СТОРОНЫ СТЕНКИ ЧЕХЛА В результате проведенных металлографических исследований установлено, что структура облучен- ной нейтронами стали 08Х16Н11М3 оказалась неод- нородной не только по ширине и высоте грани, но также и по толщине стенки чехла. При этом зерна на внутренней и внешней поверхности стенки, как пра- вило, мельче, чем в середине. Это хорошо видно в торцевом сечении стенки чехла ТВС Н214(II) на от- метке -1200 мм. На отметке «0» средняя величина зерна становится значительно больше, чем на отмет- ке −1200 мм. При этом различие между структурами внутренней и внешней стороны сохраняется, но су- щественно уменьшается. Необходимо подчеркнуть, что в стали 12Х18Н10Т неоднородность структуры по толщине стенки чехла наблюдается уже в исходном (до обу- чения) состоянии (рис. 2,в). Очевидно, что основной причиной тому являются технологические операции на стадии изготовления чехла. При исследовании образца, вырезанного из отра- ботавшей сборки Н214(II), методом послойного сня- тия удалось выявить изменение структуры стали 08Х16Н11М3 по толщине стенки чехла. Установле- но, что при одинаковых условиях подготовки метал- лографических шлифов (температура и время трав- ления) на наружной поверхности стенки чехла зерна светлые и ограничены сферическими выделениями, скорее всего Cr23C6, а также различимы включения и фазы внедрения на светлом фоне зерна (см. рис. 2,а). В то время как на внутренней стороне чехла ТВС цвет поверхности большинства зерен черный и представляет субструктуру (рис. 2,б), вероятнее всего, в составляющие которой входят выделения σ- фазы. Гидростатическим взвешиванием установле- но, что плотность стали 08Х16Н11М3 с внешней стороны на 2,5 % ниже, чем средняя плотность по всей толщине. Обращает на себя внимание следующее важное обстоятельство: после электролитического травле- ния на лицевой поверхности (топливная сборка ЦЦ- 19 отметки 0, +160, +300 мм) выявились чередую- щиеся светлые и темные полосы параллельно ребру (рис. 3,а), свидетельствующие о различной степени протравленности зерен. Внешн. Внешн. Внешн. Внутр. а Внутр. б Внутр. в Рис. 2. Сборка Н214/I. Различие микроструктуры по толщине стенки чехла: а – сталь 08Х16Н11М3, сборка Н-214(II), отметка -1200 мм; б – сталь 08Х16Н11М3, сборка Н-214(II), отметка 0мм; в – сталь 12Х18Н10Т, исходный образец, х 200 а б Рис. 3. Особенности структуры (а) и прочности (б) внешней поверхности стенки чехла ТВС ЦЦ-19 При большом увеличении видно, что в «темных» зернах присутствует множество линий скольжения, особенно в местах стыков границ. Причина появле- ния светлых и темных полос не установлена, но ока- залось, что они имеют также различную твердость (см. рис. 3,б). РАЗЛИЧИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ СТОРОН СТЕНКИ ЧЕХЛА Измерения микротвердости показали различную степень прочности приповерхностных слоев стенки чехла ТВС. На рис. 4 показано как изменяется твердость стали вдоль грани чехла на обеих поверх- ностях стенки. Видно, что вблизи центра грани твердость обоих поверхностей практически одина- кова, тогда как вблизи ребер соотношение твердо- стей различается: около одного из них прочность внутренней стороны чехла больше, чем наружной (на ∼15%); на другом ребре ситуация прямо проти- воположная. Возможно этот эффект является ре- зультатом неодинаковости температур различных граней чехла во время облучения. Аналогичный эффект различия твердости вну- тренней и внешней стороны стенки после облучения наблюдали, изучая образец стали 12Х18Н10Т, вы- резанный с отметки -900 мм сборка Н214(I). В этом случае прочность внутренней поверхности была выше на ∼10%. Рис. 4. Сталь 12Х18Н10Т. Распределение микротвердости вдоль грани по внутренней и наружной поверхностях чехла ТВС ЦЦ-19 (отметка +300 мм от ЦАЗ) В другом эксперименте при изучении твердости образца облученной стали 08Х16Н11М3 (сборка Н214(II), отметка -500 мм), постепенно очищая с по- мощью полирования материал с внешней поверхно- сти, обнаружили, что по мере утонения образца ми- кротвердость стали уменьшалась и на расстоянии 0,6 мм от внутренней поверхности она составила 360 кг/мм2, в то время как значение Нµ на внешней поверхности равнялось 410 кг/мм2 (рис. 5). Рис. 5. Сталь 08Х16Н11М3. Распределение микро- твердости по толщине (от внешней к внутренней стороне) стенки чехла (ТВС Н214 (2) отметка -500 мм) РАЗЛИЧИЕ КОРРОЗИОННОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СТЕНОК ЧЕХЛА ТВС Визуальное исследование состояния поверхности отработанных чехлов ТВС реактора БН-350 после их длительного хранения в воде показало, что на всех исследованных сборках, облученных до макси- мальной повреждающей дозы 58,9 сна и хранивших- ся в воде ∼8 лет, имеются следы коррозии. Внутрен- няя сторона, как правило, шершавая, коричневая (бурая), как бы покрыта пленкой, которая легко уда- ляется электрополировкой. Буро-коричневый цвет обычно имеет гидроокись большого количества за- киси железа FeO (рис. 6). а б Рис. 6. Различие коррозионной повреждаемости на внешней и внутренней поверхности чехла ТВС ЦЦ-19, 0 мм отметка от ЦАЗ В частности, осмотр внешнего вида образцов стали 12Х18Н10Т чехла ТВС ЦЦ-19 (отметки –160, 0, +160, +300 мм от ЦАЗ) показал, что в результате облучения и последующего мокрого хранения тол- щина коррозионного слоя внешней и внутренней сторон стенки шестигранного чехла неодинакова (рис. 7,а): на внутренней стороне, которая интенсив- но омывалась натрием, толщина коррозионного слоя существенно больше, чем на внешней стороне и до- стигает в ряде случаев 25 мкм. Детальное изучение прокорродировавшего внутреннего слоя показало, что в некоторых его местах наблюдается проявление несплошностей в виде межкристаллитной коррозии на внешней стороне и глубоких коррозионных ка- верн на внутренней стенке чехла ТВС. Таким об- разом, в чехлах сборок топливного типа можно вы- делить два типа коррозии: поверхностный относи- тельно ровный коррозионный слой (см. рис. 6,а) и глубокие коррозионные каверны на внутренней стенке чехла (см. рис. 7,б). Металлографическое исследование коррозион- ной повреждаемости чехлов ТВС различных типов показало, что по сравнению с чехлами сборок экран- ного типа толщина прокорродировавшего слоя, включая коррозионные каверны на внутренней поверхности чехла топливной ТВС ЦЦ-19, может распространиться на всю толщину чехла (ЦЦ-19 от- метка +300 мм). а б Рис. 7. Изменение толщины коррозионного слоя на внутренней и внешней поверхностях стенки чехла ТВС ЦЦ-19 (сталь 12Х18Н10Т) – а; коррозионная каверна на внутренней стенке чехла (отметка 0 мм) – б Для экранной сборки Н214/II обнаружено, что коррозия может носить как внутрикристаллитный, так и межкристаллитный характер (рис. 8), причем в большинстве случаев не превышает 3...5 мкм. С использованием метода рентгенодиспер- сионного микроанализа проведены работы по изуче- нию элементного состава облученных стальных об- разцов на внутренней и внешней поверхностях. Отдельно исследовали элементный состав корро- зионных слоев. Анализировалось содержание таких элементов, как Cr, Ni, Ti, Fe, наиболее эффективно влияющих на физико-механические свойства стали. Исследование элементного состава коррозион- ных слоев показало, что содержание никеля и хрома практически одинаково на черной (внешней) и ко- ричневой (внутренней) стороне чехла и соответству- ет их содержанию в теле зерен. В то же время обна- ружено, что на внешней стороне стенки в отличие от внутренней присутствует титан в количестве 0,15%. После удаления коррозионного слоя проведе- но исследование элементного состава поверхности образца стали 12Х18Н10Т (ТВС Н214/I, отметка -375 мм от ЦАЗ). а б Рис. 8. Коррозионное растрескивание на поверхно- сти чехла ТВС, изготовленного из стали 08Х16Н11М3: а – микротрещины на внешней (лице- вой) поверхности образца стали ТВС Н214(II) от- метка 0 мм; б – межкристаллитная коррозия на внутренней поверхности стенки чехла ТВС В-337 отметка -500 мм Усредненные результаты микроанализа приведе- ны в табл. 3, из которой видно, что содержание основных легирующих элементов на светлой и ко- ричневой поверхностях значительно отличаются. Так, содержание Ni на внутренней поверхности стенки чехла ниже в среднем на 1,9 вес.%, чем на внешней, тогда как содержание хрома, наоборот, – выше на внутренней поверхности, чем на внешней на 0,5%. Содержание Ti также выше на внутренней поверхности чехла. Таблица 3 Элементный состав на внешней и внутренней поверхности чехла тепловыделяющей сборки (сталь 12Х18Н10Т) Отметка Элемент, вес.% Cr Ni Fe Ti Поверхность чехла -375 мм 17,09 12,39 69,78 0,47 Внешняя (без оксидного слоя) 17,78...17,9 10,4 71,16 0,7...0,8 Внутренняя (коричневая) +75 мм 18...21 9,2 69,2 1,1...1,3 Внутренняя (коричневая) +375 мм 18...20 7...8 71,4 0,9...1,0 Внутренняя (коричневая) Изменение элементного состава было обнаруже- но также на поверхностях стенки чехла ТВС ЦЦ-19 на отметке +160 от ЦАЗ: на одной из сторон содер- жание Fe – 71%, Cr – 18%, на другой поверхности содержание железа снизилось до 61 %, а хрома – увеличилось до 27 %. ОБРАЗОВАНИЕ ФЕРРИТНОГО СЛОЯ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЧЕХЛА Установлено, что после облучения и длительного хранения образцы стали 12Х18Н10Т сборки Н214 (1) и ЦЦ-19 намагничены по объему. Причем в об- разцах, вырезанных из сборки ЦЦ-19 в отличие от сборки Н214(1) степень намагниченности внутрен- ней и внешней сторон различна (рис. 9). Более высо- кая намагниченность внутренней стороны чехла мо- жет быть результатом взаимодействия натрия с по- верхностью при более высокой скорости течения и температуре облучения. В образце, вырезанном из середины грани (см. рис. 9,а) содержание феррофазы на внутренней по- верхности в 2 раза выше, чем на внешней. При ска- нировании вдоль длины образца было обнаружено, что количество ферромагнитной фазы монотонно уменьшается как на внутренней, так и на внешней сторонах чехла (см. рис. 9,б) от ребра к середине грани. 0 10 20 30 40 50 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 внешняя внутренняя С од ер ж ан ие ф ер ро ма гн ит но й ф аз ы , % Расстояние от ребра, мм а б Рис. 9. Различие в содержание феррофазы на внутренней и внешней поверхностях чехла ТВС ЦЦ-19 отметка -160 9х4х2 мм (а) и +300 45х10х2 мм (б) мм от ЦАЗ В исследованном диапазоне температур облуче- ния (уровни по высоте чехла) обнаружено увеличе- ние содержания ферромагнитной фазы с ростом температуры (рис. 10). Рис. 10. Различие в намагниченности внутренней и внешней поверхностей стенки чехла ТВС ЦЦ-19 в зависимости от температуры облучения Исследование торцевой поверхности образца по- казало, что на внутренней поверхности чехла об- разовался ферромагнитный слой, толщина которого не превышала 500 мкм. Для более точной оценки его толщины образец, вырезанный из центра грани, был подвергнут послойной электролитической по- лировке. При этом каждый раз замерялось содержа- ние феррофазы в нескольких точках, и в этих же точках промерялась толщина образца. Образец уто- нялся до тех пор пока среднее содержание феррофа- зы в одной из точек не вышло на постоянное значе- ние, которое приравнялось к содержанию, среднему по объему ∼0,35…0,4% (рис. 11). Рис. 11. Уменьшение содержания феррофазы при послойном снятии материала путем шаговой элек- тролитической полировки (точки на кривой) на внутренней поверхности образца ТВС ЦЦ-19 от- метка 160 мм от ЦАЗ Для установления природы ферромагнитного слоя образец, вырезанный из середины грани чехла, был подвергнут отжигу от 320 0С с шагом 40...50 0С, при этом каждый раз замерялось содержание ферро- фазы на внутренней и внешней поверхностях чехла. Установлено (рис. 12), что на внешней поверхности чехла содержание феррофазы уменьшалось вплоть до 650...670 оС, с ростом температуры оно составля- ло ≤0,05%. В то же время на внутренней поверхно- сти чехла количество феррофазы уменьшалось до температуры 820...850 °С. Выше температуры 850 ° С содержание феррофазы по всему образцу состави- ло ≤0,05%. Рис. 12. Уменьшение содержания феррофазы на внутренней и внешней поверхностях при отжиге образца ТВС ЦЦ-19 отметка 160 мм от ЦАЗ В работе [4] было показано, что в стали 12Х18Н10Т, длительно эксплуатировавшейся в ак- тивной зоне реактора Бор-60, обнаружено наличие ферритной альфа-фазы в количестве 30...35% на по- верхности, находившейся в контакте с натриевым носителем. Проведенное после электролитического удале- ния поверхностного слоя рентгенографическое изу- чение образца показало наличие слабого рефлекса 110 ОЦК-фазы в объеме образца. Таким образом, можно предположить, что фер- ромагнитный слой в 200 мкм на внутренней поверх- ности образовался как в результате влияния темпе- ратуры и жидкого натрия на элементный состав ста- ли, так и вследствие изменения фазового состава стали. В то же время намагниченность объема мате- риала чехла объясняется образованием ферромаг- нитной альфа-фазы в результате облучения. Необхо- димо отметить, что после вырезки пластин 50х10х2 мм из грани чехла ТВС ЦЦ-19 пластины изогнулись так, что сжимающие напряжения на вну- тренней стороне и растягивающие на внешней – так- же могли индуцировать мартенситное γ→α′-превра- щение. В то же время в образцах ТВС Н214 (1) со- держание феррофазы было около 0,2 %, изгиб пла- стин зафиксирован не был. РАЗЛИЧИЕ ПОВЕДЕНИЯ СТЕНОК ЧЕХЛА ПРИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ После механической вызрезки пластины из чехла ТВС ЦЦ-19 (20х2х0,33 мм) она изогнулась внешней поверхностью стенки наружу. Отклонение от пря- мой линии составило 700...8500 мкм. Последующее одноосное растяжение таких пластин показало, что видимая локализация деформации и разрушение начинаются, как правило, с внутренней поверхности и распространяются по толщине стенки к ее внешней поверхности. В плоском образце стали, вырезанном с отметки +500 мм ТВС В300, наблюдается аналогичная кар- тина, причем разрушение носит межкристаллитный характер (рис. 13). 2 мм Рис. 13. Магистральная зернограничная трещина (от внутренней поверхности) в облученной нейтро- нами деформированной стали 08Х16Н11М3 (ТВС В300, отметка +500 мм). Торцевая поверхность стенки чехла ЗАКЛЮЧЕНИЕ Впервые исследовано различие влияния ней- тронного облучения и последующего мокрого хра- нения на структуру и свойства внешних и внутрен- них приповерхностных слоев стенки чехлов ТВС ре- актора БН-350, изготовленных из аустенитных не- ржавеющих сталей. Эксперименты по исследованию отработавших сборок выявили тот факт, что изменение структуры и свойств сталей неодинаково не только по высоте сборки и ширине граней, но и по толщине стенки чехла. В последнем случае различие особенно вели- ко на внешней и внутренней поверхностях стенки в тепловыделяющих сборках, где использовали деля- щийся уран. Наличие существенных различий в коррозион- ной повреждаемости поверхностных слоев стенки чехла может сыграть важную роль в обеспечении безопасного хранения отработавших ТВС в бассей- нах-отстойниках. ЛИТЕРАТУРА 1. О.П. Максимкин. Анализ результатов и новая концепция исследования материалов тепловы- деляющих сборок реактора БН-350 //Сборник материалов международной конференции «Ядерная и радиационная физика», (26-29 сен- тября 2005 г.), Алматы, 2006, т. 1, с. 98–134. 2. О.П. Максимкин. Радиационные эффекты в конструкционных материалах атомных реакто- ров ВВР-К и БН-350 //Материалы 9-й Между- народной конференции, 4-7 июня 2007 г. Алма- ты: ИЯФ НЯЦ РК, 2001, с. 470–489. 3. М.Д Абрамович, С.Н. Вотинов, А.Г. Иолту- ховский. Радиационное материаловедение на АЭС. М.: «Энергоатомиздат», 1984, 136 с. 4. В.К. Шамардин, З.Е. Островский, А.М. Пече- рин, В.М. Косенков, В.В. Яковлев, Ф.В. Рисова- ная. Исследование чехла экранной сборки Э-26 после 22-летней эксплуатации в реакторе БОР- 60 //Сб. докладов V Межотраслевой конферен- ции по реакторному материаловедению. Ди- митровград, 1998, т. 2, ч. 2, с. 25–40. 5. К. Фукуя, М. Накано, К. Фуджи, Т. Торимару. Влияние вызванной облучением сегрегации по границам зерен стали на коррозионное растрес- кивание под напряжением //Атомная техника за рубежом. 2005, №2, с. 20–25. РОЗХОДЖЕННЯ СТРУКТУРИ Й ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОВЕРХОНЬ ШЕСТИГРАННОГО ЧОХЛА, ЩО ВІДРОБИЛИ, ТВС РЕАКТОРА БН-350 О.П. Максимкин, О.В. Тиванова, Л.Г. Турубарова Досліджено конструкційні матеріали, які експлуатувалися у швидкому реакторі при порівнюючи низьких температу- рах (280...420 С). Матеріали опромінені до максимальних доз, що ушкоджують, в интервале 0,25...59 сна й потім перебу- вали у воді басейну-відстійника від 4-х до 8 років. Експерименти по дослідженню складань, що відробили, виявили той факт, що зміна структури й властивостей сталей неоднаково не тільки по висоті складання й ширині граней, але й по товщині стінки чохла. В останньому випадку розходження особливо велике на зовнішній і внутрішній поверхнях стінки в тепловиділяючих складаннях, де використовували уран, що ділиться. DIFFERENCES IN STRUCTURE AND PROPERTIES BETWEEN INNER AND OUTER FACES OF A BN-350 SPENT FUEL ASSEMBLY HEXAGONAL SHROUD O.P. Maksimkin, O.V. Tivanova, L.G. Turubarova Influences of neutron irradiation (0,25…59 dpa) and further wet storage (4-8 years) on structure and properties of both inner and outer walls of the BN-350 fuel assembly shrouds made of stainless steels were investigated for the first way. The experi- ments on spent assembly studying indicated that structure and properties of steels changed in a different way as throughout the height as throughout the thickness of different shroud walls. Besides, the distinction between inner and outer faces of a shroud is especially great for assemblies earlier containing fissible uranium. Институт ядерной физики НЯЦ РК, г. Алматы, Казахстан; E-mail: maksimkin@inp.kz, факс: +7 (3272) 262639 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Таблица 1 Элементный состав нержавеющих сталей Таблица 2 Параметры облучения и хранения в воде нержавеющих сталей Таблица 3 Элементный состав на внешней и внутренней поверхности чехла тепловыделяющей сборки (сталь 12Х18Н10Т) ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА

Различие структуры и свойств поверхностей шестигранного чехла отработавших ТВС реактора БН-350

Репозитарії

Схожі ресурси