CN101601101B - 根据轻水核反应堆的使用应力优化的燃料组件的设计方法以及由此得到的燃料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包括锆合金结构部件的核反应堆的燃料组件的设计方法：计算在燃料组件的寿命内所述部件将要经受的平均单轴拉伸或压缩应力；并根据以下标准选择用于制造所述部件的锆合金：经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力的部件用以下合金制造：该合金的Sn含量为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝-0.05.σ％；经受0至-10MPa的这种应力的部件用以下合金制造：该合金的Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05.σ+1)％；经受0至+10MPa的这种应力的部件用以下合金制造：该合金的Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.07.σ+1)％；经受+10至+20MPa的这种应力的部件用以下合金制造：该合金的Sn含量为0.50％至1.70％。本发明还涉及由该方法得到的燃料组件。
Description
技术领域
本发明涉及轻水核反应堆的燃料组件的设计。
背景技术
在沸水核反应堆(REB)或压水核反应堆(REP)的堆芯中，燃料组件的锆合金部件经受严酷的应力，这引起它们的变形。所涉及的主要部件为混合栅格、导向管、容纳燃料芯块的包壳和机壳
燃料组件的结构部件的变形可引起很多运行问题。例如，在运行时，基本上由导向管或机壳的变形引起的组件总体变形会妨碍控制棒束的操作，所述控制棒束使得可以控制反应堆。或者，在反应堆堆芯的加载和卸载操作期间，诸如栅格或机壳的部件的变形提高了摩擦和卡住的风险。这经常使得操作者去降低处理速度，因而提高了反应堆的不可用持续时间。同样，当超过某一阈值时，部件的变形使其不再能完全安全地保证其功能，并且可能使操作者过早地将涉及的燃料组件卸载。
这些部件经受的应力主要为：
-温度，
-可导致部件蠕变的机械应力；
-反应堆中循环的水的腐蚀；
-氢化作用；
-中子流的辐射，这引起增大现象(自由生长)并强化腐蚀。
在选择用于制造组件的结构部件的材料及其尺寸时必须考虑所有这些应力。为此已开发了不同种类的锆合金，但是材料的选择仍然是经验性的，这经常导致对于不同的部件如混合栅格和导向管(REP)或机壳(REB)使用相同的合金，甚至在它们并非经受相同的应力的情况下。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以根据所考虑的反应堆或反应堆组的特定运行条件对用于制造燃料组件的不同结构部件的材料的选择进行优化以便将部件的总变形最小化的方法。因此，这涉及对用于制造燃料组件的不同结构部件的Zr合金的化学组成进行定义，这将使得可以达到操作者所期望的可操作性、操作便利性、寿命等方面的性能。
为此，本发明的目的是包括锆合金结构部件(composants destructure)的轻水核反应堆的燃料组件(assemblage)的设计方法，其特征在于：
-计算在燃料组件的寿命内所述部件将要经受的平均单轴拉伸或压缩应力，
-并根据以下标准选择用于制造所述部件的锆合金：
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝-0.05.σ％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05.σ+1)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.07.σ+1)％
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.70％。
优选地：
-经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.025.σ+1)％；
-经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.25％。
优选地，用于制造所述部件的所述锆合金根据以下标准进行选择：
-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝(-0.05.σ-0.25)％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.025.σ+0.5)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.12.σ+0.5)％
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.70％
-对于处于松驰(détendu)状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05.σ-0.5)％至Sn＝-0.05.σ％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05.σ+1)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.075.σ％至Sn＝(0.07.σ+1)％
*经受10至20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.75％至1.70％。
优选地：
-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.075.σ+0.5)％；
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Z r以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.25％；
-对于处于松驰状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.075.σ％至Sn＝(0.025.σ+1.0)％；
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.75％至1.25％。
优选地：
-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05.σ-0.5)％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为≤0.15％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.1.σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为1％±0.2％；
-对于处于松驰状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05.σ-0.25)％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为-0.025.σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.1.σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为1％±0.2％；
-当Sn含量的所述计算值小于0.1％时，采用0.15％作为Sn含量的上限。
优选地，所述部件中的至少一些的除Zr以外的元素的总含量不超过3.5％。
所述部件中的至少一些可以具有0.5至3％的Nb含量。
所述部件中的至少一些可以具有0.5至3％的Nb含量并且还含有Fe和/或Cr和/或Cu和/或V和/或Ni，其中Fe+Cr+Ni+Cu+V＝0.03至0.5％。
本发明的目的还在于包括经受轴向或横向压缩或拉伸应力σ的Zr合金部件的轻水核反应堆的燃料组件，其特征在于所述部件由通过应用上述方法而选择的合金制造。
应当理解，本发明基于这样的原始推理：制造部件的合金的Sn含量对其性能具有显著影响，并且对该含量的选择应当根据反应堆使用过程中部件将要经受的热应力、机械应力和物理化学应力进行，最好还要考虑部件的再结晶或松驰状态的高低。
附图说明
通过阅读以下参照附图给出的说明，将会更好地理解本发明。
-图1给出了在合金为再结晶状态的情况下，根据本发明，根据部件所经受的轴向拉伸或压缩应力而应用于燃料组件的部件的最小、最大和优选Sn含量；
-图2给出了在合金为松驰状态的情况下，根据本发明，根据部件所经受的轴向拉伸或压缩应力而应用于燃料组件的部件的最小、最大和优选Sn含量；
-图3给出了在最一般的情况下，根据本发明，根据部件所经受的轴向拉伸或压缩应力而应用于燃料组件的部件的最小和最大Sn含量。
具体实施方式
下述内容适用于以下Zr合金：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，优选不超过3.5％。
Zr合金的Sn含量同时对其腐蚀性能及其抗蠕变性具有显著影响，抗蠕变性能是评价部件的性能时要考虑的最重要的机械特性之一。
本发明基于这样的概念：应当对反应堆的不同部件的Sn含量进行优化，使得在其使用的具体条件下，部件几乎不腐蚀并且几乎不变形。然后，这种优化应当通过对其它元素(尤其是对蠕变具有显著影响的O和S以及对腐蚀具有显著影响的Fe)的含量的选择进行完善。但是，对这两种因素均具有显著影响的Sn是在想要获得这些有时相互抵触的各种要求之间的良好折中时要考虑的最重要的元素。
为达到其结论，发明人提出了含有至多5％的除Zr以外的元素的Zr合金的蠕变行为模型，该模型根据：
-施加于所考虑的部件上的单轴压缩或拉伸应力σ，该应力在-20MPa至+20MPa范围内，在组件的寿命内进行平均；
-以及构成部件的合金的Sn含量，及其再结晶或松驰状态。
所考虑的应力范围广泛地覆盖了在反应堆中遇到的单轴应力。当高于20MPa时，应力将引起部件的可造成严重阻碍的蠕变。
在这些模拟的过程中，发明人还考虑了这些合金在反应堆通常环境下使用的物理化学条件和温度的影响。特别是，应当考虑在中子流引起的辐射下的增大，以及在材料腐蚀后形成的氧化物层所引起的应力。另外，还考虑了引起材料增大的氢化作用以及流体在组件上的摩擦。
关于部件经受的温度，将其考虑为在压水反应堆的情况下通常为280至360℃，在沸水反应堆的情况下通常为280至300℃。
结论汇总于图1至3中，其中给出了根据本发明建议在反应堆运行于其标称使用条件下时根据部件所经受的拉伸(正值)或压缩(负值)应力而应用于燃料组件的部件的Sn含量。
特别是，图1涉及处于完全再结晶状态的合金，图2涉及处于松驰状态的合金。
在这些图中，标为1的曲线对应于根据本发明应用的Sn最小含量。曲线2对应于当寻求部件的高抗腐蚀性和抗氢化性时根据本发明应用的Sn最大含量；曲线2’对应于曲线2的一种变型，这种变型对应于不特别寻求部件的高抗腐蚀性和抗氢化性的情况。曲线3对应于视为最优的Sn含量。
以本发明的观点，发明人认为通常优选在使用的合金中应用至多1.25％的Sn含量，因为超过该值时，对于某些使用条件，腐蚀和氢化变得太快。然而，可以考虑在根据本发明的燃料组件中在最多地暴露于腐蚀和氢化的区域中使用Sn≤1.25％的部件，在最少地暴露于腐蚀和氢化的区域中使用Sn＞1.25％的部件。1.70％的Sn看来是在任何情况下都不能超过的含量。同样，在燃料组件中联合使用下列的元件将仍然符合本发明：其组成根据下面将定义的最优标准进行选择的元件，以及不对应于这些最优标准但是对应于要求较低但仍在本发明范围内的标准的元件。
所考虑的单轴应力可以是纵向(轴向)压缩或拉伸应力，如在导向管、包壳和机壳的情况下，或者是横向压缩或拉伸应力，例如在栅格的情况下。
关于处于完全再结晶状态的合金(图1)，优选的选择标准如下，适用于除Zr以外的元素的总含量不超过5％，优选不超过3.5％的合金。
当部件经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ时，Sn含量为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝(-0.05.σ-0.25)％。最优地，它为Sn＝(-0.05.σ-0.5)％，或者在其如此定义的值的±20％范围内。如果这样计算得到的Sn含量值小于0.10％，则采用0.15％作为Sn含量的最优上限值。
当部件经受-10至0MPa的轴向或横向压缩应力σ时，Sn含量为痕量至Sn＝(0.025.σ+0.5)％。最优地，Sn≤0.15％。
当部件经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ时，当不特别寻求高的抗腐蚀性时，Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.12.σ+0.5)％，或者，当寻求高的抗腐蚀性时，为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.075.σ+0.5)％。最优地，它为0.1.σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内。如果这样计算的值小于0.1％，则采用0.15％作为Sn含量的最优上限值。
当部件经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ时，当不特别寻求高的抗腐蚀性时，Sn含量为0.50％至1.70％，或者，当寻求高的抗腐蚀性时，为0.50％至1.25％。最优地，它为1％±0.2％。
关于处于松驰状态的合金(图2)，优选的选择标准如下，适用于除Zr以外的元素的总含量不超过5％，优选不超过3.5％的合金。
当部件经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ时，Sn含量为Sn＝(-0.05.σ-0.5)％至Sn＝-0.05.σ％。最优地，它为Sn＝(-0.05.σ-0.25)％，或者在其如此定义的值的±20％范围内。
当部件经受-10至0MPa的轴向或横向压缩应力σ时，Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05.σ+1)％。最优地，它为Sn＝-0.025.σ％，或者在其如此定义的值的±20％范围内。如果这样计算得到的值小于0.1％，则采用0.15％作为Sn含量的最优上限值。
当部件经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ时，当不特别寻求高的抗腐蚀性时，Sn含量为Sn＝0.075.σ％至Sn＝(0.07.σ+1)％，并且当寻求高的抗腐蚀性时，为Sn＝0.075.σ％至Sn＝(0.025.σ+1)％。最优地，它为Sn＝0.1.σ％，或者在其该值的±20％范围内。如果这个计算值小于0.1％，则采用0.15％作为Sn含量的最优上限值。
当部件经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ时，当不特别寻求高的抗腐蚀性时，Sn含量为0.75至1.70％，或者，当寻求高的抗腐蚀性时，为0.75％至1.25％。最优地，Sn含量为1％±0.2％。
当合金处于部分再结晶状态时，对于给定的轴向压缩或拉伸应力，可以赋予其介于以上针对完全再结晶的合金定义的值和针对松驰状态的合金定义的值之间的中间值。作为第一近似，可以将再结晶度高于50％的合金近似为完全再结晶的合金，将再结晶度低于50％的合金近似为松驰的合金。
通过这种方式，通过将以上两种优选范围相结合，结果可以根据本发明最宽泛的定义，根据以下标准定义部件的Sn含量的选择，如图3所示。
对于经受-20至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件，Sn含量为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％(图1的曲线1)至Sn＝-0.05.σ％(图2的曲线2)。
对于经受-10至0MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件，Sn含量为Sn＝痕量(图1的曲线1)至Sn＝(0.05.σ+1)％(图2的曲线2)。
对于经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件，当不特别寻求部件的高抗腐蚀性时，Sn含量为Sn＝0.05.σ％(图1的曲线1)至Sn＝(0.07.σ+1)％(图2的曲线2’)，或者当寻求部件的高抗腐蚀性时，为Sn＝0.05.σ％(图1的曲线1)至Sn＝(0.025.σ+1)％(图2的曲线2)。
对于经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件，当不特别寻求部件的高抗腐蚀性时，Sn含量为0.50％(图1的曲线1)至1.70％(图2的曲线2’)，并且当寻求部件的高抗腐蚀性时，为0.50％(图1的曲线1)至1.25％(图2的曲线2)。
因此，在所有情况下，在不存在轴向或横向的拉伸或压缩的单轴应力的情况下，最优的Sn含量为至多0.15％，并且可以降至以合金的制备产生的杂质形式存在的简单的痕量。
通常，最优的Sn含量在松驰状态下比在再结晶状态下高，这是因为蠕变速度更高。
如上所述，本发明适用于含有最高5％(优选最高3.5％)的除Zr以外的合金元素的Zr合金。特别是，含有0.5至3％的Nb的合金是其优先的实例，这样的还有含有0.5至3％的Nb并且还含有Fe和/或Cr和/或Cu和/或V和/或Ni的合金，其中Fr+Cr+Ni+Cu+V＝0.03至0.5％。根据本发明制造的燃料组件可以同时使用与本发明的一种或另一种组分标准相对应的结构的部件。
Claims (9)
1.包括锆合金结构部件的轻水核反应堆的燃料组件的设计方法，其特征在于：
-计算在燃料组件的寿命内所述部件将要经受的平均单轴拉伸或压缩应力，
-并根据以下标准选择用于制造所述部件的锆合金：
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.025×σ-0.25)％至Sn＝-0.05×σ％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05×σ+1)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05×σ％至Sn＝(0.07×σ+1)％
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.70％。
2.权利要求1的方法，其特征在于：
-经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05×σ％至Sn＝(0.025×σ+1)％；
-经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.25％。
3.权利要求1的方法，其特征在于用于制造所述部件的所述锆合金根据以下标准获得：
-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.025×σ-0.25)％至Sn＝(-0.05×σ-0.25)％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.025×σ+0.5)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05×σ％至Sn＝(0.12×σ+0.5)％
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.70％
-对于处于松驰状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05×σ-0.5)％至Sn＝-0.05×σ％
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝痕量至Sn＝(0.05×σ+1)％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.075×σ％至Sn＝(0.07×σ+1)％
*经受10至20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.75％至1.70％。
4.权利要求3的方法，其特征在于：
-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.05×σ％至Sn＝(0.075×σ+0.5)％；
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.50％至1.25％；
-对于处于松驰状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.075×σ％至Sn＝(0.025×σ+1)％；
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.75％至1.25％。
5.权利要求4的方法，其特征在于：
一对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05×σ-0.5)％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为≤0.15％
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为0.1×σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为1％±0.2％；
-对于处于松驰状态或者再结晶度小于50％的部件，
*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝(-0.05×σ-0.25)％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为-0.025×σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为Sn＝0.1×σ％，或者在其如此计算的值的±20％范围内，
*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件中的至少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为1％±0.2％；
-当Sn含量的所述计算值小于0.1％时，采用0.15％作为Sn含量的上限。
6.权利要求1至5之一的方法，其特征在于所述部件中的至少一些部件的除Zr以外的元素的总含量不超过3.5％。
7.权利要求1至5之一的方法，其特征在于所述部件中的至少一些具有0.5至3％的Nb含量。
8.权利要求7的方法，其特征在于所述部件中的至少一些具有0.5至3％的Nb含量并且还含有Fe和/或Cr和/或Cu和/或V和/或Ni，其中Fe+Cr+Ni+Cu+V＝0.03至0.5％。
9.包括经受轴向或横向压缩或拉伸应力σ的Zr合金结构部件的轻水核反应堆的燃料组件，其特征在于所述部件由通过应用权利要求1至8之一的方法而选择的合金制造。
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Granted publication date: 20121212 Termination date: 20161207 |
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