Слиток циркония Э125 в Минске

Слиток циркония Э125: характеристики, маркировка и применение

Слиток циркония Э125 — полуфабрикат из губчатого циркония марки Э125, полученный методом вакуумно-дугового переплава (ВДП) или электронно-лучевой плавки (ЭЛП). Марка Э125 относится к цирконию ядерной чистоты: суммарное содержание примесей нормируется на уровне не более 0,25 % масс., а гафний — основной нейтронопоглощающий элемент — ограничен значением 0,010 % масс. Именно низкое содержание Hf обеспечивает малое сечение захвата тепловых нейтронов (порядка 0,18 барн), что делает слиток пригодным для работы в активной зоне реакторов на тепловых нейтронах.

Слиток выплавляется в вакууме при остаточном давлении 10–10 Па, что подавляет насыщение металла кислородом и азотом. Типичная масса слитка — от 1 до 6 т, диаметр — 300–800 мм, длина — до 3000 мм. После плавки поверхность обдирается на токарных станках для удаления альфированного слоя и литейной корки.

Химический состав и примесные ограничения

Марка Э125 регламентирует содержание примесей внедрения, которые определяют механические свойства и радиационную стойкость:

• Кислород — не более 0,10 % масс.; превышение охрупчивает металл при облучении.
• Азот — не более 0,008 % масс.; влияет на предел прочности и склонность к коррозионному растрескиванию.
• Углерод — не более 0,05 % масс.; образует карбиды, снижающие пластичность.
• Железо — не более 0,15 % масс.; входит в состав интерметаллидов Zr–Fe.
• Гафний — не более 0,010 % масс.; критичен для нейтронно-физических характеристик.
• Кремний, титан, алюминий — суммарно не более 0,05 % масс.

Механические и физические свойства

В отожжённом состоянии слиток Э125 демонстрирует предел прочности 350–450 МПа, предел текучести 250–350 МПа, относительное удлинение 20–30 %. Твёрдость по Бринеллю — 90–130 HB. Температура полиморфного превращения составляет 862 C; выше этой отметки цирконий переходит в объёмно-центрированную кубическую решётку и теряет коррозионную стойкость в водяном паре.

Плотность — 6,51 г/см, модуль упругости — 95 ГПа, коэффициент теплопроводности — 22 Вт/(мК) при 20 C. Малое сечение захвата тепловых нейтронов — ключевое преимущество перед нержавеющими сталями в реакторостроении.

Области применения

Слиток Э125 служит исходной заготовкой для производства труб, прутков, листов и проволоки, используемых в следующих системах и оборудовании:

• ТВЭЛы и каналы СУЗ водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР-1000, ВВЭР-1200).
• Оболочки тепловыделяющих элементов реакторов типа PWR и BWR.
• Внутрикорпусные устройства и элементы активной зоны исследовательских реакторов.
• Теплообменники и трубопроводы контуров с водяным теплоносителем высоких параметров.
• Химическое аппаратостроение: реакторы синтеза уксусной кислоты, узлы переработки агрессивных сред.
• Медицинские имплантаты и оборудование для стерилизации (устойчивость к коррозии в физиологических средах).

Технологические особенности переработки

При механической обработке слитка Э125 наблюдается склонность к налипанию стружки на режущий инструмент, поэтому применяют твёрдосплавный инструмент с износостойкими покрытиями и обильное охлаждение. Сварка выполняется в среде аргона или гелия; кислород и азот атмосферы вызывают охрупчивание шва. Горячую деформацию проводят при 700–800 C с последующим отжигом для снятия наклёпа.

Вопросы и ответы