Published December 1984 | Version v1
Journal article

Fracture mechanics analysis on stress corrosion crack growth in Zircaloy-2

  • 1. Nippon Nuclear Fuel Development Co. Ltd., Oarai, Ibaraki (Japan)

Description

To predict the response of Zircaloy-2 cladding tube in an iodine environment, a model of the stress corrosion cracking (SCC) process has been developed based on fracture mechanics. At first, SCC tests of Zircaloy-2 plate were performed at 250∼390℃ in iodine vapor to measure the crack growth rate da/dt and the threshold stress intensity factor for SCC growth KISCC. Tests were carried out using a WOL (Wedge Opening Loading) fracture mechanics specimen. The da/dt was shown to be da/dt=CKn, where K is the stress intensity factor and C and n are experimental constants. C,n and KISCC could be expressed as a function of temperature. Secondary, internal gas pressurization SCC tests for Zircaloy-2 cladding tubes were performed at 400℃ to measure time to failure at various hoop stresses. The stress intensity factor of semi-elliptical cracks, which were produced in the cladding tubes, was calculated by a three-dimensional FEM (Finite Element Method) to analyze the crack growth rate as a function of K. Comparison of experimental results with those calculated using the developed SCC fracture process model showed good agreement. (author)

Availability note (English)

Available from DOI: https://doi.org/10.3327/jaesj.26.1072

Abstract (Japanese)

ジルカロイの応力腐食割れ(SCC)進展特性に及ぼす温度の影響を調べておくことは、燃料被覆管の破損を予測するためにも重要と考えられる。KreynsらおよびShannらは、KとSCC進展速度の関係を用いて被覆管のSCC破損モデルを提案し、パラメータを適切に選べば実験結果と比較的よく一致することを示している。しかしこれらのモデルでは、被覆管にある特定形状の亀裂が生じたものと仮定した場合のKの値が用いられており、実際に被覆管に生じた亀裂のKの値とは異なると思われる。したがって、このようなモデルは被覆管のSCC破損特性を正しく表わしていないことが推測される。上記の状況に鑑み、本研究ではジルカロイ-2のSCC進展特性を明らかにするため、WOL (Wedge Opening Loading)試験片を用い、高温ヨウ素蒸気中で温度を250~390℃に変えてSCC試験を行なった。さらに、内圧加圧法によるジルカロイ-2被覆管のSCC試験を行い、3次元有限要素法(以下、FEM)によって実際に被覆管に生じたSCCのKの解析を行なった。そして、この結果をもとに被覆管の亀裂進展速度をKの関数として表わし、被覆管のSCC破損解析を試みた。(日本)

Additional details

Additional titles

Original title (Japanese)
ジルカロイ-2の応力腐食割れ進展に関する破壊力学的検討

Identifiers

Publishing Information

Journal Title
Nippon Genshiryoku Gakkai-Shi
Journal Volume
26
Journal Issue
12
Journal Page Range
p. 1072-1082
ISSN
0004-7120

Optional Information

Notes
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