Гафниевый пруток ГФИ-2 в Минске

Пруток гафниевый ГФИ-2 — технические характеристики и применение

Пруток гафниевый ГФИ-2 — это полуфабрикат из йодидного гафния, получаемый методом вакуумной дуговой или электронно-лучевой плавки с последующей деформацией. Марка ГФИ-2 относится к категории реакторного гафния с нормированным содержанием примесей, что определяет его применение в узлах, работающих в условиях нейтронного облучения и высоких температур.

Материал поставляется в виде горячедеформированных или холоднодеформированных прутков круглого сечения. Химический состав регламентируется техническими условиями, при этом ключевым требованием выступает ограничение по содержанию гафния — не менее 99,5 % (сумма примесей не более 0,5 %). Отличительная особенность ГФИ-2 — пониженное содержание циркония, который в обычных марках гафния присутствует как трудноотделяемый аналог.

Химический состав и металлургические особенности

Гафний ГФИ-2 характеризуется низким содержанием газовых примесей (кислород, азот, водород) и металлических включений. Металлургическое качество контролируется по ультразвуковому методу контроля сплошности, что гарантирует отсутствие расслоений и неметаллических включений в объёме прутка.

Основные нормируемые примеси в ГФИ-2:

• цирконий — не более 0,5 %;
• кислород — не более 0,05 %;
• азот — не более 0,01 %;
• углерод — не более 0,02 %;
• железо — не более 0,02 %.

Ограничение по цирконию принципиально важно: сечение захвата тепловых нейтронов у гафния составляет около 115 барн, что делает его эффективным материалом для регулирующих стержней ядерных реакторов. Примесь циркония снижает нейтронно-физические характеристики, поэтому для реакторного применения используется именно марка ГФИ-2 с пониженным содержанием Zr.

Механические свойства и эксплуатационные параметры

Прутки ГФИ-2 поставляются в отожжённом или нагартованном состоянии. Механические характеристики зависят от степени деформации и режима термической обработки. В отожжённом состоянии материал демонстрирует сочетание прочности и пластичности, достаточное для последующей механической обработки и сборки узлов.

Температура плавления гафния составляет 2233 C, что обеспечивает работоспособность изделий из ГФИ-2 при температурах до 800 C в инертной атмосфере или вакууме. На воздухе при нагреве свыше 400 C наблюдается заметное окисление, поэтому для высокотемпературной эксплуатации требуется защитная среда или вакуумирование.

Сортамент и геометрические параметры

Прутки ГФИ-2 выпускаются в диапазоне диаметров от 8 до 80 мм. Длина прутков составляет от 500 до 3000 мм в зависимости от диаметра и согласовывается при заказе. Допуски на диаметр соответствуют классу точности по ГОСТ 2590 для горячекатаного проката либо более жёстким допускам для калиброванных прутков.

Поверхность прутков не должна иметь трещин, плен, закатов и других дефектов, выводящих размер за предельные отклонения. Допускается зачистка дефектов пологой зачисткой с обеспечением плавного перехода.

Области применения прутков ГФИ-2

Основное назначение прутков ГФИ-2 — изготовление поглощающих элементов систем управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов. Высокое сечение захвата тепловых нейтронов и стабильность свойств под облучением делают гафний предпочтительным материалом для регулирующих стержней в реакторах с водяным замедлителем.

• поглощающие стержни СУЗ реакторов типа ВВЭР и PWR;
• элементы органов регулирования исследовательских реакторов;
• мишени для наработки изотопов в ядерных установках;
• катоды и аноды в вакуумной электронике;
• легирующие добавки при производстве жаропрочных сплавов;
• компоненты химической аппаратуры, работающей в агрессивных средах.

В атомной отрасли прутки ГФИ-2 используются для изготовления чехлов и оболочек поглощающих элементов, работающих при температурах до 350 C в водной среде с борным регулированием. Устойчивость гафния к коррозии в горячей воде сопоставима с циркониевыми сплавами, что обеспечивает длительный ресурс изделий.

Особенности механической обработки

Гафний ГФИ-2 склонен к налипанию на режущий инструмент при механической обработке. Рекомендуется применение твердосплавного инструмента с положительными передними углами и обильным охлаждением. Стружка гафния пирофорна в мелкодисперсном состоянии, поэтому операции шлифования и полировки требуют соблюдения мер пожарной безопасности.

Сварка прутков ГФИ-2 выполняется в среде аргона высокой чистоты или в вакууме. Электронно-лучевая сварка обеспечивает наиболее качественное соединение без загрязнения атмосферными газами. Перед сваркой обязательна зачистка поверхности до металлического блеска и обезжиривание.

Вопросы и ответы