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超临界水冷堆包壳manbetx998材料的选材要求

来源:至德钢业 日期:2020-11-19 10:23:54 人气:36

 基于轻水堆燃料包壳材料的经验,以及对SCWR运行的环境化学及各种条件的考虑,SCWR对包壳材料筛选和应用有如下要求


 1. SCWR的高温限制了锆合金作为包壳使用,因为温度高于水冷堆时,锆合金的活性太高,氧化严重;其次,锆合金有吸氢风险;最后,锆合金在较低温度下(863℃)的α/β相转变会降低力学强度。因此需要将燃料包壳材料更换为Fe-Cr-Ni材料,其单相状态可一直维持到熔点。


 2. 超临界应用感兴趣的包壳材料是manbetx998和高镍合金,尤其是Ni含量较高的奥氏体manbetx998。由于18-8型的奥氏体组织状态的manbetx998难以避免氯离子引起的SCC,高镍合金在这点上更有吸引力。在为过热反应堆应用所完成的试验中,高镍合金就已经显示出其特有的吸引力。铁素体钢在这点上似乎也有一些可能性,只是,其/ß相转变温度为912℃,会降低燃料元件材料的强度。


 3. 高镍合金有更高的SCC行为,但其中子经济性差。热中子吸收截面,锆的约为0.2b;而Fe、Cr、Ni的分别为2.6b、3.1b、4.5b。


 4. 含Ni较高的Fe-Cr-Ni合金,用作大面积的包壳时,会向服役环境释放Ni,这些化学元素会进入冷却剂然后主要沉积在较冷的和/或较低流速的区域,使得冷却剂系统产生不想要的活性沉积物。当这些离子被堆芯辐照后,累积的沉积物就会出现放射性。这些放射性离子累积并产生―热(放射性)点,会增加停堆和维修期间人员进入的难度。


 5. 还须考虑另一种模式的损伤,即Ni在受到中子辐照时会产生He。这种模式比较特别;Ni含量增加,He也会增加,易形成孔洞。一种趋势是将Ni含量维持在尽量低的水平,这也与维持其中子经济性趋势一致。


 6. 为减少高中子吸收截面材料的使用量,应减薄燃料管的壁厚,但这样就会降低燃料元件结构的可靠性。


 7. 在SCWR包壳材料的服役温度条件下,即使是名义上单相的工程合金,也会出现碳化物或Ti和Al的化合物等第二相,已有工作可说明这些变化无害,或者至少在试验温度下无害。当然,这种变化是否有害目前尚未验证,须通过SCWR预期高温下的长周期试验研究来验证。


 8. 燃料包壳manbetx998材料比运行温度(堆芯出口温度)更高100℃~150℃,表面膜脱落更大。包壳材料必须开展蠕变试验,因随着时间增加燃料会膨胀,这种暴露于环境中的动态应变往往有损伤性。


 9. 在选材过程中还须考虑材料的可使用性、可焊性以及成本等重要因素。所有这些设计要求都直接关系到材料是否会在将来使用中产生高温降质(老化)的基本机理,例如,相的不稳定、氧化、辐照导致的偏析等等。


 根据一般规律,反应堆manbetx998材料在研发的不同阶段,有不同的要求,针对SCWR的设计,为保证在后期服役中满足使用要求,目前,国际上发展SCWR时,通常的做法是:①. 掌握堆外关键性能,包括燃料包壳材料和结构材料的,具体项目见表所示,如力学、均匀腐蚀、应力腐蚀性能等;②. 完成manbetx998材料适用性评价,为辐照考验、焊接性能研究以材料优化或再次筛选奠定基础。


 目前,国际上SCWR包壳manbetx998材料研发重点主要关注材料如下四个方面的行为:


 ①. manbetx998材料的强度、脆性,尤其是高温下的蠕变等性能;


 ②. manbetx998材料的腐蚀性能,包括整体腐蚀,氧化,局部腐蚀;


 ③. manbetx998材料的辐照行为;


 ④. 尺寸及微观结构的稳定性。


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