نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، صندوق پستی: 115-83145، اصفهان- ایران

2 پژوهشکده رآکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران- ایران

10.24200/nst.2022.1448

چکیده

آلیاژNb 1%-Zr متداول‌ترین آلیاژ جهت استفاده به عنوان غلاف سوخت هسته‌ای در رآکتورهای روسی است. در فرایند تولید غلاف سوخت هسته‌‌ای، عملیات نورد سرد پیلگر و هم‌راستاسازی نهایی منجر به ایجاد تنش‏های باقی‌مانده و تغییر در توزیع این تنش‎‏ها در داخل غلاف سوخت می‌گردد. تنش‌های باقی‌مانده بر افزایش کسر هیدریدی در غلاف‏های سوخت هسته‎‌ای که در شرایط کاری با جذب هیدروژن آب، تشکیل می‏شوند و اثرات تخریبی دارند، مؤثر شناخته شده‏اند. در این تحقیق تنش‌های باقی‌مانده ایجاد شده در مراحل مختلف ساخت غلاف سوخت شامل نمونه‌های قبل از عملیات آنیل، بعد از آنیل و بعد از هم‌راستاسازی، با استفاده از روش‌های تفرق‌سنجی اشعه ایکس (XRD) و شیارزنی اندازه‏گیری شد. علاوه براین، میزان کسر هیدرید در نمونه‌های مختلف ارزیابی شد. تأثیر عملیات آنیل بر جهت‏گیری هیدریدها، در آنیل در دماهای 500، 540 و °C580 به مدت زمان 4 ساعت انجام شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of residual stress changes and formation of hydride phase in production stages of Zr-1%Nb alloy

نویسندگان [English]

  • S.A. Miresmaeili Hafdani 1
  • M. Asadi Asadabad 2
  • Gh.H. Borhani 1

1 Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, P.O.Box: 83145-115, Isfahan – Iran

2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran - Iran

چکیده [English]

Zr-1%Nb alloy is the most common alloy used as nuclear fuel cladding in Russian reactors. In producing a nuclear fuel cladding, the cold rolling (pilger) and the final straightening lead to the creation of residual stresses and a change in the distribution of these stresses within the fuel cladding. The residual stresses are known to be effective in increasing the hydride fraction in nuclear fuel pods formed under working conditions by hydrogen adsorption of water and have destructive effects. In this study, the residual stresses created in different stages of fuel cladding fabrication, including samples before annealing, post-annealing, and straightening, were measured using X-ray diffraction and splitting. In addition, the amount of hydride fraction in different samples was evaluated. The effect of annealing on the orientation of hydrides was performed in annealing at 500, 540, and 580 °C for 4 hours.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zr-1%Nb alloy
  • Residual stress
  • Hydride
  • XRD
1. N. Mahmut, Cinbinz and D.A. Koss and A. T. Mutta, The influence of stress state on the reorientation of hydrides in a zirconium alloys, J. Nucl. Mater., 477, 157 (2016).
 
2. Yoon-Soo Lim, Hyun-Gil Kim, Yong-Hwan Jeong, Recrystallization behavior of Zr-xNb alloys, Mater. Trans., 49, 1702 (2008).
 
3. N.A.P.K. Kumar, Hydride formation in Zirconium alloys, McGill University, Montreal, (2011).
 
4. D. Hardie, M.W. Shanahan, The effect of residual stresses on hydride orientation in Zirconium-2.5%Nionium Alloy, J. Nucl. Mater., 50, 40 (1974).
 
5. Hideo Maki, M. Ooyama, Behavior of Zircaloy fuel cladding tubes, J. Nucl. Sci. Technol., 13, 43 (1976).
 
6. R.K. Singh, et al, Residual stresses in Indian pressurized heavy water reactor, SMiRT14, BLDW/16 (Lyon, France), 17-22 (1997).
 
7. K. Kapoor, et al, X-ray measurement of near surface residual stress in textured cold-worked stress-relieved Zr–2.5%Nb pressure tube material, J. Nucl. Mater., 303, 147 (2002).
 
8. Igor Matsegorin, et al, Studies on the Stress-strain State of Spacer Grids and Claddings, Structural Mechanics in Reactor Technology, SMiRT, 17, (Prague, Czech Republic), (2003).
 
9. L.B. Zuev, B.S. Semukhin, S.Yu. Zavodchikov, Deformation localization and internal residual stresses in billets for Zr–Nb pipe rolling, Mater. Lett., 57, 1015 (2002).
 
10. D. Gloaguen, et al, Examination of residual stresses and texture in zirconium alloy cladding tubes after a large plastic deformation: Experimental and numerical study, J. Nucl. Mater., 374, 138 (2008).
 
11. S.A. Miresmaeili Hafdani, et al, The effect of residual stress on hydride fraction of Zr-1%Nb alloy, iMAT Conference, (2020) (In Persian).
 
12. M.E. Fitzpatrick, et al, Determination of Residual Stresses by X-ray Diffraction – Issue 2, (Teddington, Middlesex, United Kingdom, 2008).
 
13. R.K. Singh, et al, Residual stresses in Indian pressurized heavy water reactor, 14th International conference on structure mechanics in reactor technology (SMiRT14), Lyon, France, 17-22 (1997).
 
14. N.A.P. Kiran Kumar, EBSD studies on microstructure and crystallographic orientation of δ-hydrides in zircaloy-4, Zr-1Nb and Zr-2.5Nb, Mater. Sci. Eng. A, 528, 6366– 6374 (2015).
 
15. D. Gloaguen, et al,  Examination of residual stresses and texture in zirconium alloy cladding tubes after a large plastic deformation: Experimental and numerical study, J. Nucl. Mater, 374, 138-146 (2008).
 
16. S.V. Ivanova, et al, Research of the texture and residual stress in E110 after surface modification and hydrogen exposure, J. Physics, 13th International Conference on Films and Coatings, 857 (2017).
 
17. H.K. Namburi, et al, Study of the creep and hydride Re-Orientation behavior in E110 Fuel cladding at Dry storage conditions, Int. J. Contemp. Energy, 4 (2018).
 
18. W. Qin, et al, Intergranular δ-hydride nucleation and orientation in zirconium alloys, Acta Mater., 59, 7010 (2011).