"Procédé de traitement d'alliages de zirconium contre la corrosion".
<EMI ID=1.1>
La présente invention est relative à un procédé de traitement , contre la corrosion, de tôles métallique. en alliage de zirconium , destinées à une utilisation dans des réacteurs nucléaires.
Le facteur déterminant la durée de.vie d'une enveloppe ou gaine , réalisée en un alliage de zirconium , d'un assemblage combustible monté dans un réacteur à eau bouillante
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duellement , et que l'on appelle le fluage . Ce fluage est 'rapidement accéléré à cause de la consommation de matière se développant par corrosion .
Des essais réalisés en limitant les conditions régnant dans des réacteurs à eau bouillante , suivant les métho- des ASTM , ont démontré qu'un chauffage d'un alliage de zirconium jusqu'à une température supérieure à 900[deg.]C réduit d'environ 10% la résistance à la corrosion .
Toutefois , des examens, sur lesquels l'invention est basée et qui ont été réalisés en utilisant des assemblages combustibles ayant été en fonctionnement pendant plusieurs années dans un réacteur à eau bouillante , ont montré que, de façon surprenante , un traitement thermique du type précité augmente d'un facteur de 3 ou 4 la résistance à la corrosion d'un alliage de zirconium.
Comme un alliage de zirconium du type Zircalloy s'oxyde rapidement à une température élevée , ce type ce traitement contre la corrosion est assez difficile à réaliser pour des surfaces de feuille ayant les dimensions que l'on utilise généralement pour des pièces constitutives de réacteurs . Avec un
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tre admissible pour le chauffage dépassant 500[deg.]C et atteignant
900"C , puis, depuis cette température d'au moins 900[deg.]C , il
est possible de réduire immédiatement la température de 200[deg.]C
en 60 secondes au maximum.
L'invention sera décrite plus complètement avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 présente une coupe verticale d'une installation permettant la mise en oeuvre d'un procédé suivant une première forme de réalisation de l'invention. Dans cette for- <EMI ID=4.1> La figure 2 présente une coupe verticale d'une installation permettant la mise en oeuvre d'un procédé suivant cette dernière forme de réalisation de l'invention . La figure 3 présente , sous la forme d'une, coupe prise perpendiculairement à la. direction d'alimentation de la tôle , une représentation de l'écoulement laminaire estimé . Cette. représentation de l'écoulement laminaire illustre la convention au voisinage d'une tôle horizontale dans le cas d'une tempéra- <EMI ID=5.1> La figure 4 présente la répartition estimée des <EMI ID=6.1>
sement assuré suivant la figure 1 , c'est-à-dire sans utilisation d'un dispositif de soufflage de gaz '.
La figure.5 donne une représentation de l'écou- lement laminaire dans le cas d'un refroidissement par air forcé suivant l'invention.
Sur la Figure 1, le numéro de référence 1 désigne une tale laminée , d'une épaisseur de 4 mm , d'un alliage .de zirconium de la marque Zircalloy 4 . Cette tôle est emportée par des cylindres d'alimentation 2 pour traverser une bobine 3 qui est connectée à un générateur à haute fréquence 4, dont la ' fréquence peut être réglée dans l'intervalle de 0,2-30 MHz . Les cylindres -2 peuvent être entraînés par une vitesse périphérique variable , se situant dans l'intervalle de 0,5-3 m/s. Avant <EMI ID=7.1>
tôle a uniquement une structure a. Après passage à travers la bobine 3, la couche 5 de la tôle a acquis une structure dite
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ment de structure important. A chaque moment , une certaine zone superficielle de la tôle l'est chauffée par alimentation d'une
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sens de déplacement de la tôle, habituellement de moins de 3 cm, de préférence de moins de 1 cm.
Au Lieu de la bobine 3 représentée , on peut utiliser une bobine qui est dirigée de manière qu'une de ses surfaces extrêmes soit orientée vers le côté supérieur ou inférieur de la tôle.
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exemple tel qu'illustré par les dessins , la profondeur de pénétration du flux magnétique est réduite avec-une augmentation
de la fréquence . 'Par le choix d'une haute fréquence et d'une puissance élevée , seule une couche superficielle de la tôle en Zircalloy est chauffée . Lorsque , par conséquent , la tôle. a traversé la bobine d'induction , on obtient une réduction très' rapide de la température à l'endroit de la couche superficielle, en raison du fait que la chaleur superficielle est rapidement
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diculaire à celle-ci , et de cette manière il n'existe pas de problèmes d'oxydation ou de croissance de grains pouvant réduire la résistance . Le refroidissement est très uniforme et ne provoque pas de déformation de la tôle .
Suivant l'invention , il est également possible de permettre le chauffage de la tale dans son ensemble de manière � obtenir une modification des structures dans la totali-
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même lorsqu'on utilise un fluide de refroidissement , de refroi-
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seconde forme de réalisation de la présente invention , que l'on
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<EMI ID=20.1> <EMI ID=21.1> ainsi une plus basse température . Ceci a'pour résultât une forte déformation de la tôle. Dans le cas d'un refroidissement par air forcé suivant l'invention , tel qu'illustré par la figure 5
on obtient des conditions presque idéales , grace auxquelles les courbes correspondantes de températures (non représentées ) ont la forme de deux lignes horizontales droites , se situant à faible' distance l'une de l'autre .
Sur les dessins, le numéro de référence 11 dé- signe une tale en,alliage de zirconium. Cette tôle est déplacée grâce à des cylindres d'alimentation 12 pour- traverser une bobine 13 qui est connectée à un générateur à haute fréquence 14, dont la fréquence est de l'ordre de 1-1000 kHz. Les cylindres 12 peuvent être entraînés à une vitesse périphérique se situant dans l'intervalle de 0,1 à 30 cm/s. On projette sur la tôle un gaz
de refroidissement, de préférence un gaz inerte, tel que de l'argon, grace à des boites de soufllerie 16 et 17 comportant des ajutages dirigés..perpendiculairement à la tôle , chacun des courants d'air dirigés perpendiculairement à la tale ayant une lar-
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tages étant agencés de manière qu'environ la moitié d'entre eux se situe de part et d'autre d'un plan vertical imaginaire passant par l'axe de symétrie longitudinal de la tôle , cet axe étant orienté dans la direction du déplacement . Les cylindres
12 sont de préférence refroidis , soit grâce à de l'eau de refroidissement circulant à travers ces cylindres , soit grâce
à un courant de gaz de refroidissement dirigé vers la surface de ces cylindres.
REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement , contre la corrosion, d'une tôle métallique en alliage de zirconium , destinée à l'utilisation dans des réacteurs nucléaires, caractérisé en ce qu'on chauffe cette tôle en zones jusqu'à une température d'au moins
900[deg.]C , Le temps nécessaire pour l'augmentation de La température depuis 500[deg.]C jusqu'à la température susdite étant tout
au plus de 60 secondes , chaque zone chauffée étant ensuite im- médiatement soumise à une réduction de température d'au moins
200[deg.]C en un temps de 60 secondes au maximum.-
"Process for treating zirconium alloys against corrosion".
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to a method of treating, against corrosion, metal sheets. made of zirconium alloy, intended for use in nuclear reactors.
The factor determining the lifespan of an envelope or cladding, made of a zirconium alloy, of a fuel assembly mounted in a boiling water reactor
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dually, and which is called creep. This creep is rapidly accelerated due to the consumption of material developing by corrosion.
Tests carried out by limiting the conditions prevailing in boiling water reactors, according to ASTM methods, have demonstrated that heating a zirconium alloy to a temperature above 900 [deg.] C reduces by about 10% corrosion resistance.
However, examinations on which the invention is based and which were carried out using fuel assemblies which have been in operation for several years in a boiling water reactor, have shown that, surprisingly, a heat treatment of the aforementioned type increases the corrosion resistance of a zirconium alloy by a factor of 3 or 4.
Since a zirconium alloy of the Zircalloy type oxidizes rapidly at a high temperature, this type of corrosion treatment is quite difficult to achieve for sheet surfaces having the dimensions which are generally used for component parts of reactors. With a
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be admissible for heating exceeding 500 [deg.] C and reaching
900 "C, then, from this temperature of at least 900 [deg.] C, it
is possible to immediately reduce the temperature to 200 [deg.] C
in up to 60 seconds.
The invention will be described more fully with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a vertical section of an installation allowing the implementation of a method according to a first embodiment of the invention. In this form- <EMI ID = 4.1> FIG. 2 shows a vertical section of an installation allowing the implementation of a method according to this latter embodiment of the invention. Figure 3 shows, in the form of a section taken perpendicular to the. sheet feed direction, a representation of the estimated laminar flow. This. representation of laminar flow illustrates the convention in the vicinity of a horizontal sheet in the case of a temperature <EMI ID = 5.1> Figure 4 shows the estimated distribution of <EMI ID = 6.1>
Sement ensured according to Figure 1, that is to say without the use of a gas blowing device '.
FIG. 5 gives a representation of the laminar flow in the case of forced air cooling according to the invention.
In Figure 1, the reference numeral 1 denotes a rolled sheet, with a thickness of 4 mm, of a zirconium alloy of the brand Zircalloy 4. This sheet is carried by feed rollers 2 to pass through a coil 3 which is connected to a high frequency generator 4, the frequency of which can be set in the range of 0.2-30 MHz. The cylinders -2 can be driven by a variable peripheral speed, lying in the range of 0.5-3 m / s. Before <EMI ID = 7.1>
sheet only has a structure. After passing through the coil 3, the layer 5 of the sheet has acquired a structure called
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important structure. At each moment, a certain surface area of the sheet is heated by supplying a
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direction of movement of the sheet, usually less than 3 cm, preferably less than 1 cm.
Instead of the coil 3 shown, it is possible to use a coil which is directed so that one of its end surfaces is oriented towards the upper or lower side of the sheet.
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example as illustrated by the drawings, the penetration depth of the magnetic flux is reduced with an increase
frequency. 'By choosing a high frequency and high power, only a surface layer of the Zircalloy sheet is heated. When, therefore, the sheet. passed through the induction coil, a very rapid reduction in temperature is obtained at the location of the surface layer, due to the fact that the surface heat is rapidly
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dicular to it, and in this way there are no problems with oxidation or grain growth which can reduce resistance. The cooling is very uniform and does not cause deformation of the sheet.
According to the invention, it is also possible to allow the heating of the tale as a whole in a manner � obtain a modification of the structures in the total
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even when using coolant, coolant
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second embodiment of the present invention, which can be
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<EMI ID = 20.1> <EMI ID = 21.1> thus a lower temperature. This resulted in a strong deformation of the sheet. In the case of forced air cooling according to the invention, as illustrated in FIG. 5
almost ideal conditions are obtained, whereby the corresponding temperature curves (not shown) have the form of two straight horizontal lines, located at a short distance from each other.
In the drawings, reference numeral 11 denotes a zirconium alloy plate. This sheet is moved by means of feed rollers 12 to pass through a coil 13 which is connected to a high frequency generator 14, the frequency of which is of the order of 1-1000 kHz. The rolls 12 can be driven at a peripheral speed in the range of 0.1 to 30 cm / s. A gas is projected onto the sheet
cooling, preferably an inert gas, such as argon, thanks to blower boxes 16 and 17 comprising nozzles directed..perpendicular to the sheet, each of the air currents directed perpendicular to the plate having a large -
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floors being arranged so that about half of them are located on either side of an imaginary vertical plane passing through the longitudinal axis of symmetry of the sheet, this axis being oriented in the direction of displacement. Cylinders
12 are preferably cooled, either by cooling water circulating through these cylinders, or by
to a stream of cooling gas directed towards the surface of these cylinders.
CLAIMS
1. Process for the treatment, against corrosion, of a metal sheet made of a zirconium alloy, intended for use in nuclear reactors, characterized in that this sheet is heated in zones to a temperature of at least
900 [deg.] C, The time required for the temperature to rise from 500 [deg.] C to the above temperature being all
not more than 60 seconds, each heated zone then being immediately subjected to a temperature reduction of at least
200 [deg.] C in a time of 60 seconds maximum.-