Исследование явления «перелома» на кинетических кривых коррозии Zr-1%Nb-сплавов

Abstract

Исследована кинетика коррозии (окисления) в воде и водяном паре труб для оболочек твэлов реакторов типа ВВЭР из штатного сплава Э110, применяющегося в современных реакторах, и экспериментального сплава с повышенной концентрацией кислорода Zr-1%Nb (Zr1Nb), разработанного в Украине. Исследования проводили в воде при 350 °C, давлении 16,5 МПа и в водяном паре при 400 и 500 °C при времени выдержки 1000…35000 ч. Показано, что процесс окисления при 350 °C в период до 5 тыс. ч описывается законом, близким к кубическому, а затем происходит ускорение процесса, называемого «переломом», после которого окисление протекает по степенному закону с переходом к линейному. Сходная картина изменения кинетики наблюдается и при окислении в паре при 400 и 500 °C. Проанализирован механизм появления «переломов» в кинетике окисления циркониевых сплавов. Установлено, что с некоторым приближением кинетика окисления сплавов Э110 и Zr1Nb при 350 °C представляется линейной в широком диапазоне исследований. Установлены кинетические закономерности окисления сплавов.

Досліджено кінетику корозії (окислення) у воді і водяній парі труб для оболонок твелів реакторів типу ВВЕР зі штатного сплаву Е110, що застосовується в сучасних реакторах, і експериментального сплаву з підвищеною концентрацією кисню Zr-1%Nb(Zr1Nb), розробленого в Україні. Дослідження проводили у воді при 350 °C, тиску 16,5 МПа і у водяній парі при 400 і 500 °C за час витримки 1000…35000 год. Показано, що процес окислення при 350 °C в період до 5 тис. год описується кубічним законом, а потім відбувається прискорення процесу, так званий «перелом», після якого окислення протікає за степеневим законом з поступовим переходом до лінійного. Схожа картина зміни кінетики спостерігається і при окисленні в парі при 400 і 500 °C. Проаналізовано механізм появи «переломів» у кінетиці окислення цирконієвих сплавів. Встановлено, що з деяким наближенням кінетика окислення сплавів Е110 і Zr1Nb при 350 °C представляється лінійною в широкому діапазоні досліджень. Встановлено кінетичні закономірності окиснення сплавів.

Corrosion (oxidation) kinetics in water and water vapor of cladding tubes for WWER reactors from industrial zirconium alloy E110 used in current reactor and experimental alloy Zr1Nb developed in Ukraine with a higher concentration of oxygen was investigated. Studies were carried out in water at 350 °C, pressure 16.5 MPa, and water vapor at 400 and 500 °C with exposure time from 1000 to 35000 hours. It’s shown that oxidation at 350 °C in a period to 5 thousand hours is described by the cubic law and then there is an acceleration of the process, called “breakaway”, after which the oxidation proceeds according to a power law with gradual transition to a linear law. An essentially similar pattern of change in the kinetics is observed during the oxidation in steam at 400 and 500 °C. The mechanism of the “breakaway” appearance in the oxidation kinetics of zirconium alloys is analyzed. It is found that with some approximation, the oxidation kinetics of Zr1Nb and E110 alloys at 350 °C is linear over a wide range of experiments. Kinetic laws of oxidation of alloys were established.