Microstructure of fracture surfaces after radial compression of annular specimens made of cladding austenitic steel exposed to damaging dose above 100 dpa

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Short-term mechanical testing of annular specimens made of a segment of the fuel element cladding irradiated in the BN-600 reactor up to damaging dose above 100 dpa has been performed. The specimens were compressed in the radial direction at different temperatures to plot experimental diagrams and analyze the stress-strain state. After testing, the fracture character and microstructure of the fracture surface were studied. It is shown that fracture of specimens at the microlevel occurs transgranularly, and the segments of fracture are observed along characteristic structural elements of cold deformed austenitic steel, along and transverse to packets of deformation twins. In general, fracture occurs with a strong deformation localization at different types of appeared defects.

About the authors

R. P. Karagergi

AO Institute of Nuclear Materials

Author for correspondence.
Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechnyi, Sverdlovsk oblast, 624250

A. V. Kozlov

AO Institute of Nuclear Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechnyi, Sverdlovsk oblast, 624250

V. Y. Yarkov

AO Institute of Nuclear Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechnyi, Sverdlovsk oblast, 624250

V. I. Pastukhov

AO Institute of Nuclear Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechnyi, Sverdlovsk oblast, 624250

S. V. Barsanova

AO Institute of Nuclear Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechnyi, Sverdlovsk oblast, 624250

T. A. Churyumova

Bochvar High-Technology Research Institute of Inorganic Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

N. M. Mitrofanova

Bochvar High-Technology Research Institute of Inorganic Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

M. V. Leont’eva-Smirnova

Bochvar High-Technology Research Institute of Inorganic Materials

Email: karagergi_rp@irmatom.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

References

  1. Поролло С.И., Конобеев Ю.В, Шулепин С.В. Анализ поведения оболочек твэлов БН-600 из стали 0Х16Н15М3БР при высоком выгорании топлива // Ат. Энерг. 2009. Т. 106. № 4. С. 188–194.
  2. Баканов М.В., Мальцев В.В., Ошканов Н.Н., Чуев В.В. Основные результаты контроля работоспособности твэлов с оболочками из аустенитных сталей нового поколения // Изв. Вузов. Яд. Энерг. 2011. № 1. С. 187–195.
  3. Митрофанова Н.М., Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П., Иолтуховский А.Г., Леонтьева-Смирнова М.В., Решетников Ф.Г., Бибилашвили Ю.К., Шкабура И.А., Иванов Ю.А. Конструкционные материалы для оболочек твэлов и чехлов реактора БН-600 // Изв. Вузов. Яд. Энерг. 2011. № 1. С. 211–223.
  4. Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П., Иолтуховский А.Г., Митрофанова Н.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Шкабура И.А., Забудько Л.М., Козлов А.В., Мальцев В.В., Повстянко А.В. Разработка конструкционной стали для твэлов и ТВС быстрых натриевых реакторов // Ат. Энерг. 2010. Т. 108. № 4. С. 217–222.
  5. Митрофанова Н.М., Чурюмова Т.А. Сталь ЭК164 – конструкционный материал оболочек твэлов реакторов БН // ВАНТ. 2019. № 2(98). С. 100–109.
  6. Аккузин С.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Чернов В.М. Микроструктура и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 после термических обработок // Изв. вузов 2019. Т. 62. № 4. С. 125–130.
  7. Аккузин С.А., Литовченко И.Ю. Влияние температуры пластической деформации на микроструктуру и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 // Вектор науки ТГУ. 2020. № 2. С. 7–14.
  8. Пастухов В.И., Панченко В.Л., Портных И.А., Аверин С.А., Козлов А.В. Неоднородность радиационной пористости оболочки твэла из аустенитной стали Х16Н19М2Г2БТФПР // ВАНТ. 2018. 5(96). С. 13–22.
  9. Козлов А.В. Действие нейтронного облучения на металлы при различных температурах и возможность самоорганизации протекающих при этом процессов // Физ. Элементарных частиц и ат. ядра. 2006. Т. 37. № 4. С. 1110–1150.
  10. Козлов А.В. Радиационные дефекты в аустенитных сталях при нейтронном облучении и их влияние на физико-механические свойства // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 1. С. 196–210.
  11. Козлов А.В., Портных И.А., Пастухов В.И. Миграция точечных дефектов в поле градиента температуры // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 415–422.
  12. Портных И.А., Козлов А.В. Сравнительные исследования пористости, сформировавшейся в материале оболочек твэлов из стали ЧС-68, изготовленных по технологии ПНТЗ и усовершенствованной технологии МСЗ, после эксплуатации в реакторе БН-600 // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 1. С. 231–239.
  13. Высокотемпературные механические свойства коррозионностойкой стали для атомной техники: Труды конференции. Пер. с англ. Под ред. С.Б. Масленикова. М.: Металлургия, 1987. 480 с.
  14. Hamilton M.L., Fan-Hsiang Huang, Walter J.S. Yang, and Garner F.A. Mechanical Properties and Fracture Behavior of 20% Cold-Worked 316 Stainless Steel Irradiated to Very High Neutron Exposures // Influence of Radiation in Material Properties: 13th International Symposium (Part II), ASTM STP 956. 1987. P. 245–270.
  15. Козлов А.В. Зависимость концентрации точечных дефектов в аустенитной стали ЧС-68 от скорости их генерации и температуры при нейтронном облучении // ФММ. 2009. Т. 107. № 6. С. 574–581.
  16. Karagergi R.P., Evseev M.V., Kozlov A.V. Distribution of plastic deformation along the perimeter of circular specimen of thin-wall fuel-element cladding during its expansion // Mat. Phys. and Mech. 2021. Т. 47. № 1. P. 74–88.
  17. Herb J., Sievers J., Sonnenburg H. A new cladding embrittlement criterion derived from ring compression tests // Nucl. Eng. Design. 2014. № 273. P. 615–630.
  18. Martin-Rengel M.A., Gomez Sanchez F.J., Ruiz-Hervias J., Caballero L. Determination of the hoop fracture properties of unirradiated hydrogen-charged nuclear fuel cladding from ring compression tests // JNM. 2013. V. 436. P. 123–129.
  19. Desquines J., Guilbert S. Effect of an oxide layer on the result of a ring compression test on a fuel cladding sample after a simulated LOCA transient // Top fuel Proc. Prague, Czech Republic, 2018.
  20. Аверин С.А., Сафонов В.А., Солонин М.И. Физические аспекты разрушения оболочек твэлов ядерных реакторов // ВАНТ. 1990. № 3(54). С. 62–68.
  21. Сафонов В.А., Аверин С.А. Основные закономерности поведения аустенитных нержавеющих сталей под воздействием нагрузок, среды и облучения // ВАНТ. 2007. № 1(68–69). С. 90–160.
  22. Коновалов А.В., Партин А.С. “Программа конечно-элементного моделирования растяжения овального образца на полуцилиндрических опорах” / Екатеринбург. ИМАШ УрО РАН. Свид. № 2020612158. 2020.
  23. Kozlov A.V., Portnykh I.A.,, Skryabin L.A., Kinev E.A. Temperature effect on characteristics of void population formed in austenitic steel under neutron irradiation up to high doze // JNM. 2002. № 307–311. P. 956–960.
  24. Козлов А.В., Портных И.А., Брюшкова С.В., Кинев Е.А. Влияние вакансионной пористости на прочностные характеристики аустенитной стали ЧС-68 // ФММ. 2003. Т. 95. № 4. С. 87–97.
  25. Чуев В.В., Митюрев К.В., Коновалов В.В. Выявление факторов ускоренного накопления повреждений в оболочках твэлов, облученных в реакторе БН-600, неразрушающими методами контроля // Изв. Вузов. Яд. энерг. 2011. № 2. С. 171–180.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».