CS201252B1 - Alloy based on zirconium for nuclear reactors - Google Patents

Description

Vynález ae týká pětieložkovó zirkoniové slitiny typu zirkonium - mě3 - železo molybden - vanad použitelné vzhledem k výhodným vlastnostem, pro povlaky palivových elementů Jaderných reaktorů v proetředi horké vody nebo přehřáté póry.The present invention relates to a zirconium-me3-iron-molybdenum-vanadium pentagonal zirconium alloy useful for advantageous properties for the coating of fuel elements of nuclear reactors in a hot water environment or superheated pores.

V současné době jeou průmyslově aplikovány pro povlakové trubky jaderného paliva dva typy zirkoniových slitin. 3e to jednak pětieložkovó slitina zirkonium - cín - žele-At present, two types of zirconium alloys are industrially applied to the coating tubes of nuclear fuel. 3e it is a five-alloy zirconium-tin-iron-

zo - chrom - nikl, jednak dvousložková slitina zirkonium - niob. Směrné složeni těchto z - chromium - nickel, two - component zirconium - niobium alloy. Indicative composition of these slitin se pohybuje Alloys moves v mezích : within limits: zirkonium - cín - železo - chrom - nikl : zirconium - tin - iron - chrome - nickel: 1,20 - 1,70 1.20 - 1.70 hmot. % cínu wt. % tin 0,07 - 0,20 0.07 - 0.20 hmot. % železa wt. % iron 0,05 - 0,15 0.05 - 0.15 hmot. % chrómu wt. % chromium 0,03 - 0,08 0.03 - 0.08 hmot. % niklu wt. % nickel zirkonium - niob : zirconium - niobium: 0.90 - 1,10 0.90 - 1.10 hmot. % niobu. wt. % niobium. Oba typy elitin ea Both types of elitins ea používají v tlakovodnich reaktorech, kde pracuji v proetředi used in pressurized water reactors, where I work in the environment tlakové pressure

vody o teplotě nižší než 3OO°C. 3eou málo odolné v prostředí páry o teplotě 400 - 500°C.water temperature below 300 ° C. 3eou are not resistant to steam at temperatures of 400 - 500 ° C.

V patentové e odborné literatuře je dosud zaznamenáno několik nových typů zirkoniových elitin. Pouze u tři jeou věak uvedeny informace potřebné pro srovnáni vlastnostíSeveral new types of zirconium elitins have been reported in patent and technical literature. However, only three have the information needed to compare properties

201 252201 252

201 2S2 o navrhovanou «litinou. Tyto alitlny však dopoaud nebyly aplikovány v praxi. 3de o třisložkové slitiny typu zlrkonium - mě3 -železo, zirkonlum - chrom - železo o směrných •loženích <201 2S2 o the proposed «cast iron. However, these alitins have not yet been applied in practice. 3de of three-component alloys of the type zirconium - copper3 - iron, zirconium - chromium - iron with direct bearing <

zirkonlum - mě3 - železo izirconium - me3 - iron i

1,10 - 1,30 haot. % médi1.10 - 1.30 haot. % media

0,20 - 0,40 hmot. % železa zirkonlum - chrom - železo i0.20-0.40 wt. % iron zirconium - chromium - iron i

1,00 - 1,20 haot. % chrómu1.00 - 1.20 haot. % chromium

0,10 - 0,15 hmot. % železa a čtyřaložkové slitiny zirkonlum - niob - cin - chrom - železo, připadni molybden, o0.10 - 0.15 wt. % of iron and quadruple alloy zirconium - niobium - cin - chromium - iron, molybdenum,

eaěrnám složeni i and the composition of i 0,50 - 0.50 - 1,00 1.00 haot. haot. % % niobu niobium 0,05 - 0,05 - 0,10 0.10 hmot. wt. % % dnu gout 0,01 - 0,01 - 0,05 0.05 hmot. wt. % % chrómu of chromium 0,02 - 0,02 - 0,05 0.05 hmot. wt. % % železa irons

Hlavni nevýhody těchto slitin, zejména obou slitin doposud využívaných v technické praxi, spočívají v jejich nízké korozní t.j. oxidační a hydridačnl odolnosti v proetředi přehřáté páry při vyšších teplotách. Tim je znemožněno, při použiti těchto elltln, zvýšeni pracovních teplot jaderných reaktorů.The main disadvantages of these alloys, in particular the two alloys used hitherto in technical practice, are their low corrosion i.e. oxidation and hydration resistance in the superheated steam environment at higher temperatures. This makes it impossible to increase the operating temperatures of the nuclear reactors when using these elltin.

Uvedená nevýhody odetraňuje zlrkonlová elitina pro jaderné reaktory podle vynálezu, jejíž podetata spočívá v tom, že obeahuje legující prvky měS, železo, molybden a vanad v anožatvl 0,1 až 0,8 hmotnostních % mědi, 0,1 až 0,8 hmotnostních % železe, 0,2 až 1,0 hmotnostních % molybdenu, 0,1 až 0,8 hmotnostních % vanadu, zbytek tvoři zirkonlum.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the zirconium elite for nuclear reactors according to the invention, which is based on the fact that it contains the alloying elements copper, iron, molybdenum and vanadium in an amount of 0.1 to 0.8% by weight of copper, 0.1 to 0.8% by weight. iron, 0.2 to 1.0 wt.% molybdenum, 0.1 to 0.8 wt.% vanadium, the remainder being zirconium.

Celkový obeah legur ae pohybuje v rozmezí 1,2 až 2,8 hmotnostních %.The total amount of alloy is between 1.2 and 2.8% by weight.

Docílená vlaatnoati jaou výsledkem vzájemného působeni všech čtyř legujících prvků v zirkoniu.The attained vlaatnoati result from the interaction of all four alloying elements in the zirconium.

Hlavni výhody zlrkonlová slitiny podle vynálezu epočlvejl v její velmi dobrá korozní odolnosti zejména v prostředí přehřátá páry při zachováni dostatečných mechanických vlaatnoati.The main advantages of the zirconium alloy according to the invention have been its very good corrosion resistance, especially in the superheated steam environment while maintaining sufficient mechanical properties.

Příkladná provedeni a porovnáni vlaatnoati alltln dle vynálezu a doaud známými slitinami ja uvedeno v následujících tabulkách.Exemplary embodiments and comparisons of the inventive alloys and the alloys known to date are shown in the following tables.

Tabulka 1.Table 1.

Rychlost oxidace /mg/dm . den/Oxidation rate / mg / dm. day/

Slitina /haot. %/ Alloy / haot. % / voda 300°C water 300 ° C pára 400°C steam 400 ° C pára 500°C steam 500 ° C ilitiny dle ilitiny podle Zr-0,7 Cu-0,4 Fs-0,7 Mo-0,1 V Zr-0.7 Cu-0.4 Fs-0.7 Mo-0.1 V 0,15 0.15 0,18 0.18 0,66 0.66 zynálezu of the invention Zr-0,3 Cu-0,4 Fe-0,7 Mo-0,4 V Zr-0.3 Cu-0.4 Fe-0.7 Mo-0.4 V 0,08 0.08 0,18 0.18 1,12 1.12

201 252201 252

Zr-1,2 Sn-0,15 Fe-0.1 Cr-0,05 Ni Zr-1.2 Sn-0.15 Fe-0.1 Cr-0.05 Ni 0,08 0.08 1,40 1.40 9,60 9.60 Známé Known Zr-1,2 Cu-0,3 Fe Zr-1.2 Cu-0.3 Fe 0,06 0.06 0,22 0.22 1,00 1.00 slitiny alloys Zr-1,1 Cr-0,1 Fe Zr-1.1 Cr-0.1 Fe 0,07 0.07 0.28 0.28 0,8-1,5 0,8-1,5 Zr-1,0 Nb Zr-1.0 Nb 0,10 0.10 0,60 0.60 5,31 5.31 Zr-0,5 Nb-0,06 Sn-0,5 Cr-0,04 Fe Zr-0.5 Nb-0.06 Sn-0.5 Cr-0.04 Fe 0,05 0.05 0,56 0.56 - - Tabulka 2 Table 2 Rychlost Speed hydridace /ppm/den/ pro tlouštku vzorku ~ 1 mm hydridation (ppm / day) for a sample thickness of ~ 1 mm Slitina /hmot. %/ Alloy / wt. % / voda 300°C water 300 ° C pára 400°C steam 400 ° C pára 500°C steam 500 ° C slitiny alloys Zr-0,7 Cu-0,4 Fs-0,2 Mo-0,4 V Zr-0.7 Cu-0.4 Fs-0.2 Mo-0.4 V 0,34 0.34 0,14 0.14 0,53 0.53 dle according to vynálezt invent Zr-0,5 Cu-0,3 Fe-0,95 Mo-0,25 V Zr-0.5 Cu-0.3 Fe-0.95 Mo-0.25 V 0,25 0.25 0,29 0.29 0,48 0.48 Zr-1,2 Sn-0,15 Fe-0,1 Cr-0,05 Ni Zr-1.2 Sn-0.15 Fe-0.1 Cr-0.05 Ni - - 0,68 0.68 13,00 13.00 Zr-1,2 Cu-0,3 Fe Zr-1.2 Cu-0.3 Fe 0,50 0.50 1,80 1.80 Známé Known Zr-1,1 Cr-0,1 Fe Zr-1.1 Cr-0.1 Fe 0,25 0.25 0,40 0.40 3,40 3.40 slitiny alloys Zr-1 Nb Zr-1 Nb 6,15 6.15 1,58 1.58 10,90 10.90 Zr-0,5 Nb-0,06 Sn-0,5 Cr-0,04 Fe Zr-0.5 Nb-0.06 Sn-0.5 Cr-0.04 Fe 0,20 0.20 0,74 0.74 - -

Tabulka 3.Table 3.

Mechanické vlastnostiMechanical properties

Slitina /hmot. %/ Alloy / wt. % / 20° C Deň: 18 ° C 400° C 400 ° C 450° C 450 ° C Pt /MPa/ Pt / MPa / 0,2 /MPa/ 0.2 / MPa / /%/ /% / Pt /MPa/ Pt / MPa / 0,2 /MPa/ 0.2 / MPa / /%/ /% / Pt /MPa/ Pt / MPa / 0.2 /MPa/ 0.2 / MPa / /%/ /% / slitiny dle alloys according to Zr-0,7 Cu-0,4 Fe- 0,7 Mo-0,4 V Zr-0.7 Cu-0.4 Fe- 0.7 Mo-0.4 V 400 400 220 220 40 40 a· and· 205 205 60 60 vynále- zu invention zu Zr-0,9 Cu-0,3 Fe0,95 Mo-0,55 V Zr-0.9 Cu-0.3 Fe0.95 Mo-0.55 V 420 420 250 250 31 31 - - - - - - 205 205 - - 58 58 Zr-1,2 Sn-0,15 Fe0,1 Cr-0,05 Ni Zr-1.2 Sn-0.15 Fe 0.1 Cr-0.05 Ni 471 471 382 382 22 22nd Známé Known Zr-1,2 Cu-0,3 Fe Zr-1.2 Cu-0.3 Fe 441 441 382 382 31 31 186 186 167 167 '48 '48 - - - - - - Zr-1,1 Cr-0,1 Fe Zr-1.1 Cr-0.1 Fe 350 350 200 200 45 45 170 170 55 55 slitiny alloys Zr-1 Nb Zr-1 Nb 539^X 390539 ^X 390 412^X 220412 ^X 220 15* 37 15 * 37 205 205 115 115 35 35 - - - - - - Zr-0,5 Nb-0,06 Sn0,5 Cr-0,04 Fe Zr-0.5 Nb-0.06 Sn0.5 Cr-0.04 Fe 470 470 350 350 - - - - - - - - - - - - - -

pozn.t mechanické vlastnosti jsou do značné míry ovlivněny obsahem příměsí a metalurgickou historii materiálu, např. údaje označené x platí pro slitinu s vyšším obsahem kysli ku cca 500 ppm.Note: the mechanical properties are largely influenced by the admixture content and the metallurgical history of the material, for example, data denoted by x apply to an alloy with a higher oxygen content of about 500 ppm.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Zirkonlová slitina pro Jaderné reaktory, vyznačené tin, že obeehuje legující kovové prvky železo, ně9, molybden s vanad v množství 0,1 ež 0,8 hmotnostních % železa,1. A zirconium alloy for nuclear reactors, characterized in that it encircles the alloying metal elements iron, not 9, molybdenum with vanadium in an amount of 0.1 to 0.8% by weight of iron; 0,1 až 0,8 hmotnostních % médi, 0,2 ež 1,0 hmotnostních % molybdenu, 0,1 ež 0,8 hmot nostnlch % vanadu, zbytek tvoří zlrkonium.0.1 to 0.8% by weight of the medium, 0.2 to 1.0% by weight of molybdenum, 0.1 to 0.8% by weight of vanadium, the remainder being zirconium. 2. Zirkonlová slitina podle bodu 1, vyznačené tim, že obsah legujících kovových prvků leži v rozmez! 1,2 až 2,8 hmotnostních % a zbytek tvoři zlrkonium.2. The zirconium alloy according to claim 1, characterized in that the content of the alloying metal elements lies within a range of approx. 1.2 to 2.8% by weight and the remainder being zirconium.