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