Циркониевый лист Э110К в Минске

Циркониевый лист Э110К: характеристики, сортамент и применение в атомной энергетике

Циркониевый лист Э110К — полуфабрикат из коррозионностойкого циркониевого сплава Э110К (Zr–1Nb), легированного ниобием в пределах 0,9–1,1 % масс. Сплав относится к системе Zr–Nb и предназначен для изготовления элементов активной зоны ядерных реакторов на тепловых нейтронах. Листовая продукция из Э110К поставляется в отожжённом состоянии с регламентированной текстурой и контролируемым размером зерна, что критично для радиационной стойкости и сопротивления радиационному росту.

Нормативная база и маркировка

Циркониевый лист Э110К выпускается по отраслевым стандартам и техническим условиям, гармонизированным с требованиями ГОСТ и международными аналогами (ASTM B352, Zircaloy-подобные системы). Химический состав регламентируется по содержанию ниобия, кислорода, железа, олова и примесей гафния. Гафний — ключевая лимитируемая примесь: его содержание не должно превышать 0,01–0,02 % масс., поскольку гафний обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов и снижает нейтронно-физические характеристики активной зоны.

• Сплав: Э110К (Zr–1Nb), система цирконий–ниобий
• Ниобий: 0,9–1,1 % масс.
• Гафний: не более 0,01–0,02 % масс.
• Кислород: 0,08–0,12 % масс. (регламентируется по ТУ)
• Состояние поставки: отожжённый, рекристаллизованный
• Контроль: УЗК, металлографический анализ зерна, испытания на растяжение

Механические и физические свойства

Прочностные характеристики листа Э110К зависят от степени деформации и режима термообработки. В отожжённом состоянии предел текучести при 20 C составляет 200–280 МПа, временное сопротивление — 350–450 МПа. При рабочих температурах теплоносителя 280–350 C наблюдается умеренное снижение прочности без потери пластичности. Модуль упругости циркониевого сплава Э110К — около 95–99 ГПа. Плотность — 6,55 г/см, что существенно ниже стали и обеспечивает выигрыш по массе тепловыделяющих сборок.

Сплав Э110К характеризуется низким сечением захвата тепловых нейтронов (около 0,18 барн для циркония), высокой коррозионной стойкостью в воде и пароводяной среде при 300–350 C, а также сопротивлением радиационному росту и радиационному охрупчиванию. Ниобиевое легирование повышает коррозионную стойкость в перегретом паре по сравнению с цирконием, легированным оловом.

Сортамент и геометрия

Циркониевый лист Э110К поставляется в виде горячекатаных и холоднокатаных полос толщиной от 0,5 до 5,0 мм, шириной до 1000 мм и длиной до 3000 мм. Кромки обрезаются на гильотинных ножницах или дисковых пилах с последующей зачисткой. Плоскостность контролируется на поверочной плите; допуск на серповидность — не более 3 мм на 1 м длины. Поверхность не должна иметь трещин, расслоений, закатов и включений; допускаются следы правки и абразивной зачистки в пределах минусового допуска по толщине.

Применение в атомной энергетике

Основное назначение листа Э110К — изготовление оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) и каналов СУЗ в реакторах типа ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, РБМК и транспортных энергетических установках. Из листа штампуют дистанционирующие решётки, концевые детали ТВС, элементы чехловых труб и внутрикорпусных устройств. В реакторах на быстрых нейтронах лист Э110К применяется ограниченно из-за радиационного роста, однако в тепловых реакторах он остаётся основным конструкционным материалом активной зоны.

• Оболочки твэлов реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200
• Каналы СУЗ и элементы ТВС РБМК-1000
• Дистанционирующие решётки и концевые детали сборок
• Чехловые трубы и внутрикорпусные устройства
• Транспортные энергетические установки (ТЭУ) судового базирования
• Экспериментальные петлевые каналы исследовательских реакторов

Технологические особенности обработки

Циркониевый лист Э110К обрабатывается резанием с применением твердосплавного инструмента и обильного охлаждения из-за склонности циркония к схватыванию и возгоранию стружки. Сварка выполняется в среде аргона или гелия с защитой обратной стороны шва; при содержании кислорода выше 0,12 % масс. наблюдается охрупчивание сварного соединения. Формовка и гибка проводятся при комнатной температуре с минимальным радиусом гиба не менее 2,5 толщины листа. Отжиг после холодной деформации — в вакууме или инертной среде при 580–650 C.

Вопросы и ответы