Study of the stress corrosion cracking of zirconium alloys in iodine vapor and its relation with nuclear fuel element failures for pellet-cladding interaction
Description
Fission product induced Stress Corrosion Cracking (SCC) susceptibility of Zirconium alloy cladding is a relevant attribute to be considered when evaluating nuclear fuel performance in power reactors. It is normally introduced in the codes through a typical parameter, namely the threshold stress needed to start a brittle fissure in normal reactor operating conditions. Iodine induced SCC of Zircaloy-4 cladding was measured at 350 and 400 C degrees by the pressurised-tube technique, method which permits an accurate control of the tensile hoop stress applied on the material. Materials with two different thermo-mechanical treatments were used, essentially differing in the number of roll steps used to arrive to tube finale dimensions. Threshold stress values of about 180-200 MPa were obtained in both cases at 400 C degrees, whereas the results at 350 C degrees have been strongly affected by the different fabrication routes. From the microscopic failure analysis carried out using optical and electronic microscopy, it was concluded that improper treatment may produce surface defects which can act as SCC initiators, giving way to failure at much lower applied stresses than in the case of well finished tubes
Availability note (English)
Available from Centro de Informacion CAC, Centro Atomico Constituyentes, Comision Nacional de Energia Atomica (AR)Abstract (Spanish)
Los codigos de computacion usados para simular el comportamiento de las vainas combustibles de Zircaloy (Zry) son alimentados con diferentes parametros, entre ellos aquellos correspondientes al material tales como su resistencia mecanica, endurecimiento por irradiacion, dependencia de las propiedades con la temperatura, etc. Tambien es tenida en cuenta la susceptibilidad de la aleacion a la corrosion bajo tension (SCC) inducida por los productos de fision; esto es generalmente introducido a traves de la tension tangencial umbral (σth) necesaria para promover este tipo de falla. Sin embargo, no se conoce realmente si la propagacion podria ocurrir a tensiones menores, ya que normalmente no hay datos de ensayos realizados por mas de 240 horas. El objetivo de este trabajo es, en un sentido general, la comprension de los mecanismos involucrados en el fenomeno de SCC, para lo cual se propuso caracterizar materiales con distintas historias de fabricacion midiendo dicha tension umbral. Parte de este objetivo es aportar datos validos a los programas de simulacion de los reactores nucleares y dar una base mas confiable para la prediccion de fallas. Estas mediciones son hechas para distintos tipos de vainas (Atucha y CAREM), y bajo condiciones de temperatura de 350 grados C y 400 grados C. Con tal proposito, se estudio la SCC inducida por Yodo en las vainas de Zry mediante la tecnica de tubos presurizados, la cual es experimentalmente simple y permite un control de las tensiones actuantes sobre la pared de la vaina, mientras que el resto de los parametros permanecen constantes. Los ensayos realizados con tubos Atucha mostraron, tanto a 350 grados C como a 400 grados C, un comportamiento consistente, en lo que respecta a tensiones aplicadas sobre las paredes versus tiempo de falla, y los valores obtenidos de σth fueron 390 y 200MPa respectivamente. Con los tubos CAREM no sucedio lo mismo: en el caso de las probetas ensayadas a 350 grados C la respuesta frente a la SCC fue impredecible, probablemente debido a la influencia de defectos superficiales de fabricacion, no lograndose entonces estimar un valor de σth; a 400 grados C si se pudo obtener un valor de σth, de aproximadamente 180MPa, pero el material manifesto una importante inestabilidad plastica. (autor)Additional details
Additional titles
- Original title (Spanish)
- Estudio de corrosion bajo tension de aleaciones de circonio en vapores de yodo, en relacion con las fallas de elementos combustibles nucleares por interaccion pastilla-vaina
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 81 p.
- Report number
- IT-T--78-03
INIS
- Country of Publication
- Argentina
- Country of Input or Organization
- Argentina
- INIS RN
- 38068195
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- CRACKS; FAILURES; FISSION PRODUCTS; FUEL CANS; FUEL ELEMENTS; IODINE; NUCLEAR FUELS; STRESS CORROSION; ZIRCALOY 4
- Descriptors DEC
- ALLOY-ZR98SN-4; ALLOYS; CHEMICAL REACTIONS; CHROMIUM ADDITIONS; CHROMIUM ALLOYS; CORROSION; CORROSION RESISTANT ALLOYS; ELEMENTS; ENERGY SOURCES; FUELS; HALOGENS; HEAT RESISTANT MATERIALS; HEAT RESISTING ALLOYS; IRON ADDITIONS; IRON ALLOYS; ISOTOPES; MATERIALS; NONMETALS; RADIOACTIVE MATERIALS; REACTOR COMPONENTS; REACTOR MATERIALS; TIN ALLOYS; TRANSITION ELEMENT ALLOYS; ZIRCALOY; ZIRCONIUM ALLOYS; ZIRCONIUM BASE ALLOYS
Optional Information
- Notes
- 34 refs., figs., tabs.