Особливості структуроутворення та оцінка технологічної пластичності з використанням акустичної емісії при виготовленні труб-оболонок твел зі сплаву Zr1Nb

Уточнено параметри процесу виготовлення труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb на стадії гарячої деформації, які забезпечують формування в гарячепресованих трубних заготовках найбільш високого рівня пластичності. Проведено вибір ступенів деформації на першому холодному переділі, що дозволяють найбільш повно використовувати ресурс пластичності сплаву Zr1Nb. Вдосконалено технологію виробництва труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb шляхом зменшення кількості циклів холодної прокатки з п'яти до чотирьох. Створено технічну документацію на виробництво труб-оболонок твел із сплаву Zr1Nb. За вдосконаленою технологією виготовлено дослідну партію труб-оболонок твел, що за показниками якості відповідають вимогам ТУ У 27.4-05757883-206:2008.

Ключові слова: атомна енергетика, сплав, цирконій, ніобій, труба, мікроструктура, гаряче пресування, холодна деформація, технологічна пластичність, акустична емісія.

Анотация

Коленкова О.А. Особенности структурообразования и оценка технологической пластичности с использованием акустической эмиссии при изготовлении труб-оболочек твэл из сплава Zr1Nb. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», Днепропетровск, 2009.

Диссертация направлена на разработку ресурсосберегающей технологии изготовления труб-оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) атомных реакторов из нового сплава циркония с ниобием Zr1Nb украинского производства.

В работе выполнен анализ условий эксплуатации, основных технологических схем изготовления труб из циркониевых сплавов для атомных реакторов, применяемых в мире, а также факторов, оказывающих влияние на технологическую пластичность сплавов циркония с ниобием в трубном производстве. Исследованы особенности структуры слитков из сплавов циркония с ниобием электронно-лучевого, вакуумно-дугового переплавов и гарнисажной плавки с электромагнитным перемешиванием расплава. Методом дифракции электронов установлено, что прослойки между пластинами -циркония в сплаве Zr1Nb представляют собой -фазу ниобия с ОЦК решеткой. Установлена взаимосвязь между шириной пластин -циркония в пакетной структуре слитков разных способов выплавки и развитием процессов -превращения при нагреве. Предложена схема структурообразования при распаде -твердого раствора ниобия в цирконии в слитках из сплава Zr1Nb. Установлены закономерности структурообразования и формирования технологических свойств в горячепрессованных трубах из сплавов циркония с ниобием в зависимости от исходной литой структуры, содержания кислорода, ниобия, а также температурно-деформационных параметров прессования. Выбраны режимы отжига и нагрева под закалку, обеспечивающие формирование в горячепрессованных трубах наиболее высокого уровня технологической пластичности.

Установлена взаимосвязь между структурой, химическим составом (содержанием кислорода и ниобия), а также пластичностью и повреждаемостью горячепрессованных труб и параметрами акустической эмиссии (АЭ). Методом АЭ установлено, что горячепрессованные трубы со структурой мартенситного типа имеют более высокий уровень технологической пластичности по сравнению со структурой бейнитного типа. Разработана методика оценки уровня пластичности труб из сплава Zr1Nb по данным АЭ.

Уточнены параметры процесса производства труб-оболочек твэл из сплава Zr1Nb на стадии горячей деформации, обеспечивающие формирование в горячепрессованных трубных заготовках наиболее высокого уровня пластичности. С помощью АЭ проведен выбор степеней деформации на первом холодном переделе, позволяющих наиболее полно использовать ресурс пластичности сплава Zr1Nb. Усовершенствована технология производства труб-оболочек твэл из сплава Zr1Nb путем уменьшения количества циклов холодной прокатки с пяти до четырех. Создана техническая документация на производство холоднодеформированных труб из сплава Zr1Nb, в соответствии с которой по усовершенствованной технологии изготовлена опытная партия труб-оболочек твэл, по качественным характеристикам соответствующая требованиям ТУ У 27.4-05757883-206:2008.

Ключевые слова: атомная энергетика, сплав, цирконий, ниобий, труба, микроструктура, горячее прессование, холодная деформация, технологическая пластичность, акустическая эмиссия.

Abstract

Kolenkova O.A. Features of structure formation and evaluation of process plasticity using acoustic emission in making nuclear fuel cladding tubes of Zr1Nb alloy.- Manuscript.

Candidate of Technical Sciences thesis, specialty 05.02.01 - Material Technology. - State Higher Education Establishment “Pridneprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture”, Dnepropetrovsk, 2009.

The thesis objective is development of a resource-saving technology for manufacturing nuclear fuel cladding tubes of a new zirconium-niobium alloy Zr1Nb of Ukrainian production.

Features of structure formation in ingots obtained by electron-beam, vacuum-arc and skull-furnace melting with electromagnetic stirring have been investigated at the manufacturing stage. It has been ascertained by electron diffractions method that the layer between б-zirconium platelets in Zr1Nb alloy is niobium в-phase with a body-centered cubic lattice. Scheme of structure formation during decomposition of в-solid niobium solution in zirconium in Zr1Nb alloy ingots has been proposed. Regularities of structure formation and creation of processing properties in hot-extruded tubes of zirconium-niobium alloy depending on the initial cast structure, oxygen and niobium content and extrusion temperature-and-deformation parameters have been established. Schedules of hardening anneal and heat treatment ensuring formation of highest processing plasticity in hot-extruded tubes have been developed.

Interconnection between structure, chemical composition (oxygen and niobium contents) and plasticity and damageability of hot-extruded tubes and parameters of acoustic emission (AE) has been established. Using AE method, it has been established that hot-extruded tubes having martensite structure feature a higher level of processing plasticity in comparison with the bainite-type structure. A procedure of assessment of plasticity level of Zr1Nb alloy tubes on the basis of AE data has been worked out.

Parameters of making nuclear fuel cladding tubes of Zr1Nb alloy at the step of hot working have been refined. The new parameters ensure formation of the highest plasticity in hot-extruded trex-tubes. Using AE data, deformation ratios for the first cold cold-rolling cycle have been chosen to ensure a complete use of Zr1Nb alloy plasticity resource. The technology of making nuclear fuel cladding tubes of Zr1Nb alloy has been corrected to reduce the number of cold-rolling cycles from five to four cycles. An experimental lot of nuclear fuel cladding tubes has been produced in the plant conditions. The tubes meet requirements of specification ТУ У 27.4-05757883-206:2008.

Key words: nuclear-power engineering, alloy, zirconium, niobium, tube, microstructure, hot extrusion, cold working, processing plasticity, acoustic emission.

Размещено на Allbest.ru