Слиток циркония Э100 в Минске

Слиток циркония Э100 — технические характеристики и применение

Слиток циркония Э100 — это полуфабрикат из циркониевого сплава, легированного ниобием (1,0–1,3 % Nb), предназначенный для последующей пластической деформации в трубы, прутки, листы и проволоку. Материал относится к группе циркониевых сплавов ядерной чистоты и применяется в изделиях, работающих в условиях высоких температур, давления и радиационного воздействия.

Химический состав и структура

Сплав Э100 — двухфазный материал на основе -циркония с дисперсными выделениями -фазы, обогащённой ниобием. Такая структура обеспечивает сочетание прочности и пластичности, необходимое для холодной и горячей деформации. Содержание примесей (гафний, железо, кремний, углерод, азот) строго регламентировано и контролируется на каждом этапе выплавки.

Ключевые характеристики слитков Э100:

• предел прочности при растяжении — 420–540 МПа (после деформации и отжига);
• предел текучести — 300–420 МПа;
• относительное удлинение — не менее 18 %;
• температура плавления — около 1850 C;
• плотность — 6,51 г/см;
• сечение слитков — от 200 до 600 мм, масса — до 3 т.

Технология производства слитков

Выплавка слитков Э100 выполняется методом вакуумно-дугового переплава с расходуемым электродом. Для получения однородного распределения ниобия применяется двойной или тройной переплав. Контроль химического состава проводится методом спектрального анализа на пробах, отобранных от донной и прибыльной частей слитка.

После выплавки слитки подвергаются обточке для удаления поверхностных дефектов и коркового слоя, затем — ультразвуковому контролю сплошности. Допустимые отклонения по геометрии регламентируются техническими условиями на поставку.

Применение слитков Э100

Слитки циркония Э100 являются исходным сырьём для производства комплектующих ядерных реакторов типа ВВЭР и РБМК. Из них изготавливают:

• оболочки твэлов — трубы диаметром 9,1–13,6 мм с толщиной стенки 0,5–0,9 мм;
• каналы СУЗ и направляющие каналы тепловыделяющих сборок;
• чехлы и дистанционирующие решётки ТВС;
• прутки и проволоку для крепёжных элементов активной зоны;
• листовой прокат для теплообменного оборудования атомных станций.

Помимо атомной отрасли, сплав Э100 востребован в химическом машиностроении для изготовления аппаратуры, работающей с агрессивными средами — концентрированными кислотами, щелочами и расплавами солей при температурах до 350 C.

Эксплуатационные свойства

Циркониевый сплав Э100 характеризуется низким сечением захвата тепловых нейтронов (0,18 барн), что делает его предпочтительным материалом для внутриреакторных конструкций. Коррозионная стойкость в воде и паре при температуре до 350 C обеспечивается формированием плотной оксидной плёнки ZrO.

Механические свойства слитков после деформации и термической обработки зависят от режимов отжига. Рекристаллизационный отжиг при 580–650 C формирует равноосную структуру с размером зерна 5–15 мкм, что обеспечивает оптимальное сочетание прочности и сопротивления ползучести.

Контроль качества и документация

Каждая партия слитков Э100 сопровождается сертификатом качества с указанием фактического химического состава, результатов механических испытаний и данных ультразвукового контроля. Маркировка наносится на торец слитка и содержит номер плавки, обозначение сплава и клеймо ОТК.

При приёмке проверяется отсутствие расслоений, трещин, газовых пузырей и инородных включений. Допускается зачистка поверхностных дефектов глубиной не более 3 % от диаметра слитка с последующим контрольным ультразвуковым сканированием.

Вопросы и ответы