核電廠材料 chapter05 包殼材料 part2

1、龍龍 斌斌 教授教授China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, ChinaChina Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China中國(guó)核工業(yè)研究生院中國(guó)核工業(yè)研究生院China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, ChinaChina Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China 鋯鋯-4-4合金的性能合金的性能5.3 5.3 鋯合金鋯合金 具有小的中子吸收截面；具有小的中

2、子吸收截面； 具有良好的抗輻照損傷能具有良好的抗輻照損傷能力，并且在快中子輻照下力，并且在快中子輻照下不產(chǎn)生強(qiáng)的長(zhǎng)壽命核素不產(chǎn)生強(qiáng)的長(zhǎng)壽命核素 具有良好的抗腐蝕性能，具有良好的抗腐蝕性能，不與二氧化鈾燃料反應(yīng)，不與二氧化鈾燃料反應(yīng)，與高溫水相容性好與高溫水相容性好 具有好的強(qiáng)度、塑性及蠕具有好的強(qiáng)度、塑性及蠕變性能；變性能； 熔點(diǎn)高；熔點(diǎn)高； 好的導(dǎo)熱性能及低的線膨好的導(dǎo)熱性能及低的線膨脹系數(shù)；脹系數(shù)； 工藝性能好，易于加工和工藝性能好，易于加工和焊接焊接 存在織構(gòu)存在織構(gòu) 有吸氫和氫脆問(wèn)題，氫化有吸氫和氫脆問(wèn)題，氫化物的析出方向與織構(gòu)和應(yīng)物的析出方向與織構(gòu)和應(yīng)力有關(guān)，并會(huì)影響鋯力有關(guān)，并會(huì)影

3、響鋯-4合合金包殼管的堆內(nèi)性能金包殼管的堆內(nèi)性能 高溫下與氧反應(yīng)，應(yīng)限制高溫下與氧反應(yīng)，應(yīng)限制在在400oC以下使用以下使用 在高溫下發(fā)生鋯水反應(yīng)，在高溫下發(fā)生鋯水反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣產(chǎn)生氫氣 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn) CANDUCANDU堆燃料棒束包殼：堆燃料棒束包殼：Zr-4Zr-4合金合金5.3 5.3 鋯合金鋯合金CANDU6型重水堆型重水堆燃料棒束：燃料棒束： UO2芯塊；芯塊； 鋯包殼；鋯包殼； 石墨中間層；石墨中間層； 端塞；端塞； 隔離塊；隔離塊； 支承墊；支承墊； 端板端板 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝5.3 5.3 鋯合金鋯合金鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠

4、壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)碘化法（實(shí)際是采用氯化進(jìn)行分離）碘化法（實(shí)際是采用氯化進(jìn)行分離）將海綿鋯制成自耗電極，真空冶煉將海綿鋯制成自耗電極，真空冶煉擠壓成厚壁管擠壓成厚壁管采用采用Pilger軋機(jī)，冷軋成薄壁管軋機(jī)，冷軋成薄壁管去應(yīng)力退火或再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火或再結(jié)晶退火B(yǎng)WR：化學(xué)拋光，預(yù)制氧化膜；：化學(xué)拋光，預(yù)制氧化膜；PWR：機(jī)械拋光：機(jī)械拋光非破壞檢驗(yàn)和破壞檢驗(yàn)非破壞檢驗(yàn)和破壞檢驗(yàn) 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退

5、火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)碘化法碘化法5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)海綿鋯按比例加入合海綿鋯按比例加入合金元素后壓制成塊，金元素后壓制成塊，然后焊接成棒，做成然后焊接成棒，做成自耗電極，在真空電自耗電極，在真空電弧爐中熔煉成錠弧爐中熔煉成錠5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）

6、冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)在在500700500700o oC C， 相相區(qū)，在液壓機(jī)上將區(qū)，在液壓機(jī)上將胚料通過(guò)模具擠壓胚料通過(guò)模具擠壓成厚壁管成厚壁管5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)在皮爾格在皮爾格(Pilger)(Pilger)軋機(jī)上冷軋，逐漸將厚壁軋機(jī)上冷軋，逐漸將厚壁管拉拔成薄壁管。為了消除管材的冷加管拉拔成薄壁管。為了消除管材的冷加工硬化，采用中間

7、退火。工硬化，采用中間退火。該工序是包殼管制備最該工序是包殼管制備最重要的工序之一重要的工序之一5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)為了獲得取向?yàn)榍邢颍ㄖ芟颍┑臍浠?，以減為了獲得取向?yàn)榍邢颍ㄖ芟颍┑臍浠铮詼p少氫化物析出對(duì)力學(xué)性能的影響，管壁厚度的少氫化物析出對(duì)力學(xué)性能的影響，管壁厚度的變形量必須大于直徑的變形量，而且要求使變形量必須大于直徑的變形量，而且要求使 晶粒的基極取向接近徑向晶粒的基極取向接近徑向5.

8、3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的制造工藝鋯合金包殼管的制造工藝鋯鉿分離鋯鉿分離合金熔煉合金熔煉擠壓成管胚擠壓成管胚冷加工（冷軋）冷加工（冷軋）最終退火最終退火表面處理表面處理成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)成品管檢驗(yàn)與試驗(yàn)450500450500o oC C消除應(yīng)力退消除應(yīng)力退火或火或600600o oC C以上再結(jié)晶以上再結(jié)晶退火退火包殼管的最后處理：包殼管的最后處理：BWRBWR：化學(xué)拋光：化學(xué)拋光+ +高壓釜預(yù)生致密高壓釜預(yù)生致密氧化膜氧化膜PWRPWR：機(jī)械拋光：機(jī)械拋光+ +堆內(nèi)形成氧化膜堆內(nèi)形成氧化膜非破壞檢驗(yàn)非破壞檢驗(yàn)：肉眼觀察、表面光潔：肉眼觀察、表面光潔度分析、管子長(zhǎng)度與垂直度檢查、

9、度分析、管子長(zhǎng)度與垂直度檢查、測(cè)量?jī)?nèi)徑與外徑、測(cè)量壁厚、超聲測(cè)量?jī)?nèi)徑與外徑、測(cè)量壁厚、超聲波無(wú)損探傷波無(wú)損探傷破壞性檢驗(yàn)破壞性檢驗(yàn)：化學(xué)分析、機(jī)械性能：化學(xué)分析、機(jī)械性能測(cè)試、內(nèi)壓試驗(yàn)、顯微組織及氫化測(cè)試、內(nèi)壓試驗(yàn)、顯微組織及氫化物取向分析物取向分析 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為p 表面腐蝕：表面腐蝕：分為均勻腐蝕和非均勻腐蝕分為均勻腐蝕和非均勻腐蝕 均勻腐蝕均勻腐蝕Zr+2HZr+2H2 2O ZrOO ZrO2 2+4H+4H在氧化動(dòng)力學(xué)曲線上有一從冪函在氧化動(dòng)力學(xué)曲線上有一從冪函數(shù)關(guān)系型到直線型的數(shù)關(guān)系型到直線型的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，在此點(diǎn)之前，在鋯表面生成黑色、在此點(diǎn)之前

10、，在鋯表面生成黑色、致密、呈保護(hù)性的非化學(xué)計(jì)量的致密、呈保護(hù)性的非化學(xué)計(jì)量的氧化鋯（膜厚氧化鋯（膜厚2323 mm），分子式），分子式為為ZrOZrO2 -x2 -x；在轉(zhuǎn)折點(diǎn)后所生成的；在轉(zhuǎn)折點(diǎn)后所生成的氧化膜變?yōu)榘咨ㄑ趸ぷ優(yōu)榘咨?0605060 mm） 、疏松的非保護(hù)性的化學(xué)計(jì)量疏松的非保護(hù)性的化學(xué)計(jì)量ZrOZrO2 2，該膜容易呈薄片狀剝落。該膜容易呈薄片狀剝落。鋯合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線鋯合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線5.3 5.3 鋯合金鋯合金p 表面腐蝕表面腐蝕 N N的存在會(huì)加速腐蝕，的存在會(huì)加速腐蝕，N0.004%N0.004% 中子輻照對(duì)鋯合金腐蝕有加速作用，中子輻照對(duì)鋯合金腐蝕有加

11、速作用，出現(xiàn)白色膜是鋯出現(xiàn)白色膜是鋯合金結(jié)構(gòu)件因腐蝕事故而報(bào)廢的標(biāo)志合金結(jié)構(gòu)件因腐蝕事故而報(bào)廢的標(biāo)志 當(dāng)燃耗接近當(dāng)燃耗接近4040，0005000050，000MW000MW d/tUd/tU時(shí)，氧化膜時(shí)，氧化膜的厚度可達(dá)的厚度可達(dá)50605060 mm， 已接近包殼壁厚的已接近包殼壁厚的10%10%鋯合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線鋯合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“固定式壓水堆燃料元件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”規(guī)定：壽期末，燃料元件包殼最大腐蝕深度應(yīng)低于壁厚的10%5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為非均勻腐蝕（局部腐蝕）非均勻腐蝕（局部腐蝕）p 癤狀腐蝕癤狀腐蝕 （Nodula

12、r corrosion)癤狀腐蝕是沸水堆燃料癤狀腐蝕是沸水堆燃料元件及元件盒中的常見(jiàn)現(xiàn)元件及元件盒中的常見(jiàn)現(xiàn)象，在象，在PWR中也有出現(xiàn)。中也有出現(xiàn)。 常在富氧水質(zhì)下發(fā)生；常在富氧水質(zhì)下發(fā)生； 形貌是白色氧化膜形貌是白色氧化膜（ZrO2）園斑，其直徑可）園斑，其直徑可達(dá)達(dá)0.5mm或更大，深度可或更大，深度可達(dá)達(dá)10-100 m；改進(jìn)Zr-4的癤狀腐蝕5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為5.3 5.3 鋯鋯-4-4合金合金p 縫隙腐蝕縫隙腐蝕 常發(fā)生在包殼管與定位常發(fā)生在包殼管與定位格架接觸部位的縫隙處。格架接觸部位的縫隙處。該處水流阻力大，流速該處水流阻

13、力大，流速慢，在熱流作用下，此慢，在熱流作用下，此處水質(zhì)發(fā)生變化，冷卻處水質(zhì)發(fā)生變化，冷卻水中堿性離子濃度增加，水中堿性離子濃度增加，局部局部pH值升高，引起嚴(yán)重堿蝕；值升高，引起嚴(yán)重堿蝕； 腐蝕深度隨著燃耗加深而增加，嚴(yán)重的局部腐蝕會(huì)影腐蝕深度隨著燃耗加深而增加，嚴(yán)重的局部腐蝕會(huì)影響燃料棒的安全運(yùn)行和使用壽命。響燃料棒的安全運(yùn)行和使用壽命。CIAECIAE，龍斌，龍斌核工業(yè)研究生院核工業(yè)研究生院 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為 按壓水堆燃料元件設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則，壽期末包殼中氫含量應(yīng)按壓水堆燃料元件設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則，壽期末包殼中氫含量應(yīng)小于小于250250 g/gg/g 鋯合金于高溫水氧

14、化反應(yīng)生成氫，部分鋯合金于高溫水氧化反應(yīng)生成氫，部分被合金基體吸收，在高溫時(shí)固溶在基體中。被合金基體吸收，在高溫時(shí)固溶在基體中。固溶度（或稱(chēng)溶解度）表示為：固溶度（或稱(chēng)溶解度）表示為：式中：式中：N0固溶度，固溶度， g/g R-氣體常數(shù)氣體常數(shù) T- 溫度，溫度， KCIAECIAE，龍斌，龍斌p 吸氫和氫脆吸氫和氫脆 堆用鋯合金的氫來(lái)源于加工時(shí)的自然吸氫、芯塊殘堆用鋯合金的氫來(lái)源于加工時(shí)的自然吸氫、芯塊殘留的水和氫，以及最主要的腐蝕吸氫留的水和氫，以及最主要的腐蝕吸氫國(guó)產(chǎn)新國(guó)產(chǎn)新Zr合金合金N36的吸氫的吸氫N(xiāo)0= 9.9x104 exp(- ) 8250RT核工業(yè)研究生院核工業(yè)研究生院5

15、.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為當(dāng)合金中氫的固溶度超過(guò)極限固溶度時(shí)，氫將以氫化物（當(dāng)合金中氫的固溶度超過(guò)極限固溶度時(shí)，氫將以氫化物（ZrHZrH1.51.71.51.7）小片析出。氫化物在低溫下（小片析出。氫化物在低溫下（260260o oC C或或150150o oC C）為脆性相，析出的氫化）為脆性相，析出的氫化物可能成為材料的裂紋源，使鋯合金的延性降低，造成物可能成為材料的裂紋源，使鋯合金的延性降低，造成氫脆氫脆。 對(duì)燃料元件包殼來(lái)講，氫化物的排列方式對(duì)包殼管的力學(xué)性能影響對(duì)燃料元件包殼來(lái)講，氫化物的排列方式對(duì)包殼管的力學(xué)性能影響很大：呈很大：呈周

16、向排列周向排列取向的氫化物對(duì)強(qiáng)度的影響不大；呈取向的氫化物對(duì)強(qiáng)度的影響不大；呈徑向排列徑向排列取向取向的氫化物，會(huì)使強(qiáng)度和延性大大降低。的氫化物，會(huì)使強(qiáng)度和延性大大降低。p 吸氫和氫脆吸氫和氫脆核工業(yè)研究生院核工業(yè)研究生院氫化物呈周向分布?xì)浠锍手芟蚍植細(xì)浠锍蕪较蚍植細(xì)浠锍蕪较蚍植?.3 5.3 鋯合金鋯合金 織構(gòu)是決定氫化物取向的主要因素織構(gòu)是決定氫化物取向的主要因素 在沒(méi)有內(nèi)應(yīng)力的情況下在沒(méi)有內(nèi)應(yīng)力的情況下，氫化物的取向主要取決于鋯，氫化物的取向主要取決于鋯管的織構(gòu)。為了得管的織構(gòu)。為了得 到周向氫化物取到周向氫化物取 向，在加工時(shí)要向，在加工時(shí)要 求獲得徑向基極求獲得徑向基極 （C

17、C軸）結(jié)構(gòu)；軸）結(jié)構(gòu)；氫化物的取向氫化物的取向 如果鋯管內(nèi)如果鋯管內(nèi)存在存在 殘余內(nèi)應(yīng)力、熱殘余內(nèi)應(yīng)力、熱 應(yīng)力或工作應(yīng)力應(yīng)力或工作應(yīng)力等，氫化物取向會(huì)自行轉(zhuǎn)向，其再取等，氫化物取向會(huì)自行轉(zhuǎn)向，其再取 向與拉應(yīng)力垂直，與壓應(yīng)力平行，稱(chēng)為向與拉應(yīng)力垂直，與壓應(yīng)力平行，稱(chēng)為應(yīng)力取向效應(yīng)應(yīng)力取向效應(yīng)。5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金的輻照生長(zhǎng)鋯合金的輻照生長(zhǎng)所謂輻照生長(zhǎng)就是在快中子輻照下，金屬晶體在某個(gè)特定所謂輻照生長(zhǎng)就是在快中子輻照下，金屬晶體在某個(gè)特定的方向上伸長(zhǎng)，其他方向上收縮，體積不變的現(xiàn)象的方向上伸長(zhǎng)，其他方向上收縮，體積不變的現(xiàn)象也就是說(shuō)，在沒(méi)有應(yīng)力作用下，快中子輻照使也就是說(shuō)，在沒(méi)

18、有應(yīng)力作用下，快中子輻照使 -Zr-Zr密排六密排六方晶胞縮短變粗且體積不變的現(xiàn)象，叫方晶胞縮短變粗且體積不變的現(xiàn)象，叫輻照生長(zhǎng)輻照生長(zhǎng)鋯在輻照下呈現(xiàn)鋯在輻照下呈現(xiàn)a a軸生長(zhǎng)，軸生長(zhǎng)，c c軸縮短。軸縮短。5.3 5.3 鋯合金鋯合金 鋯合金的輻照生長(zhǎng)鋯合金的輻照生長(zhǎng)鋯包殼存在織構(gòu)，通過(guò)合適的加鋯包殼存在織構(gòu)，通過(guò)合適的加工制度，得到接近徑向基極織構(gòu)工制度，得到接近徑向基極織構(gòu)中子輻照下鋯合金包殼中子輻照下鋯合金包殼管織構(gòu)的生長(zhǎng)管織構(gòu)的生長(zhǎng)輻照生長(zhǎng)導(dǎo)致元件包殼管沿輻照生長(zhǎng)導(dǎo)致元件包殼管沿其軸向伸長(zhǎng)，壁厚和直徑方其軸向伸長(zhǎng)，壁厚和直徑方向減小向減小燃料棒彎曲失效燃料棒彎曲失效所以：所以：輻照生

19、長(zhǎng)造成的畸變是反輻照生長(zhǎng)造成的畸變是反應(yīng)堆燃耗極限的又一因素應(yīng)堆燃耗極限的又一因素5.3 5.3 鋯合金鋯合金鋯合金鋯合金 輻照對(duì)鋯合金力學(xué)性能的影響輻照對(duì)鋯合金力學(xué)性能的影響鋯合金輻照性能的變化規(guī)律與其它結(jié)構(gòu)材料相同，輻鋯合金輻照性能的變化規(guī)律與其它結(jié)構(gòu)材料相同，輻照后表現(xiàn)出材料強(qiáng)度升高、塑性下降等損傷效應(yīng)，即照后表現(xiàn)出材料強(qiáng)度升高、塑性下降等損傷效應(yīng)，即輻照硬化輻照硬化和和輻照脆化輻照脆化，這給鋯合金包殼管和部件的安，這給鋯合金包殼管和部件的安全使用帶來(lái)了威脅全使用帶來(lái)了威脅. . 鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為鋯合金包殼管的堆內(nèi)行為輻照對(duì)拉伸性能的影響輻照對(duì)拉伸性能的影響輻照后強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和抗

20、拉強(qiáng)度）升高，延伸率下降輻照后強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度）升高，延伸率下降輻照對(duì)鋯合金拉伸性能的影響 芯塊與包殼的相互作用（芯塊與包殼的相互作用（PCIPCI）PCIPCI是指燃料元件芯塊與包殼之間的機(jī)械相互作用和化學(xué)是指燃料元件芯塊與包殼之間的機(jī)械相互作用和化學(xué)相互作用共同引起的元件破損現(xiàn)象，即相互作用共同引起的元件破損現(xiàn)象，即PCI=PCMI + PCI=PCMI + PCCIPCCI（或（或FCCIFCCI）鋯包殼管在堆內(nèi)受力，應(yīng)力主要來(lái)源于芯塊的變形。鋯包殼管在堆內(nèi)受力，應(yīng)力主要來(lái)源于芯塊的變形。 當(dāng)燃耗達(dá)到一定值后，芯塊與包殼貼近，在反應(yīng)堆功當(dāng)燃耗達(dá)到一定值后，芯塊與包殼貼近，在反應(yīng)堆

21、功率循環(huán)或劇增時(shí)，芯塊畸變使包殼受到很大的應(yīng)力，率循環(huán)或劇增時(shí)，芯塊畸變使包殼受到很大的應(yīng)力，包括包殼管的軸向拉應(yīng)力和徑向局部應(yīng)力包括包殼管的軸向拉應(yīng)力和徑向局部應(yīng)力 在高燃耗下，燃料元件內(nèi)侵蝕性裂變產(chǎn)物濃度增加，在高燃耗下，燃料元件內(nèi)侵蝕性裂變產(chǎn)物濃度增加，超過(guò)臨界值，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕超過(guò)臨界值，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕PCIPCI對(duì)核電站的安全、經(jīng)濟(jì)和高效運(yùn)行有直接的影響，是對(duì)核電站的安全、經(jīng)濟(jì)和高效運(yùn)行有直接的影響，是燃料棒使用壽命的限制因素之一燃料棒使用壽命的限制因素之一5.3 5.3 鋯合金鋯合金 芯塊與包殼的相互作用（芯塊與包殼的相互作用（PCIPCI） 產(chǎn)生產(chǎn)生PCIPCI的原因及伴生現(xiàn)象的

22、原因及伴生現(xiàn)象 原因：原因：在水冷動(dòng)力堆工況下，在水冷動(dòng)力堆工況下，UOUO2 2芯塊的平均溫芯塊的平均溫度（度（16001600o oC)C)比包殼管（比包殼管（300300o oC C）高；）高；UOUO2 2的膨脹系的膨脹系數(shù)（數(shù)（1111 1010-6 -6/ /o oC C）比鋯合金（）比鋯合金（ 6.2 6.2 1010-6 -6/ /o oC C）大；芯）大；芯塊又有畸變和腫脹，所以在功率躍增時(shí)，當(dāng)二者塊又有畸變和腫脹，所以在功率躍增時(shí)，當(dāng)二者之間的間隙消失后，芯塊會(huì)擠壓包殼產(chǎn)生雙軸拉之間的間隙消失后，芯塊會(huì)擠壓包殼產(chǎn)生雙軸拉應(yīng)力從而使包殼發(fā)生軸向和徑向變形。因此每次應(yīng)力從而使包

23、殼發(fā)生軸向和徑向變形。因此每次功率循環(huán)（開(kāi)、停堆及電網(wǎng)負(fù)荷變化），包殼也功率循環(huán)（開(kāi)、停堆及電網(wǎng)負(fù)荷變化），包殼也隨之發(fā)生相應(yīng)的塑性變形隨之發(fā)生相應(yīng)的塑性變形5.3 5.3 鋯合金鋯合金 芯塊與包殼機(jī)械相互作用（芯塊與包殼機(jī)械相互作用（PCMIPCMI）徑向變形徑向變形：產(chǎn)生環(huán)脊產(chǎn)生環(huán)脊。燃料芯塊是有限。燃料芯塊是有限 長(zhǎng)圓柱體，在溫度梯度下，芯塊中心溫長(zhǎng)圓柱體，在溫度梯度下，芯塊中心溫 度明顯地比外圍高，因此芯塊發(fā)生熱膨度明顯地比外圍高，因此芯塊發(fā)生熱膨 脹而變形，在自重的作用下，呈現(xiàn)沙漏脹而變形，在自重的作用下，呈現(xiàn)沙漏 狀。當(dāng)芯塊與包殼貼緊后，燃料元件外觀出現(xiàn)竹節(jié)狀狀。當(dāng)芯塊與包殼貼緊后，燃料元件外觀出現(xiàn)竹節(jié)狀 （環(huán)脊）。環(huán)脊位置在兩個(gè)芯塊的界面上，該處是包（環(huán)脊）。環(huán)脊位置在兩個(gè)芯塊的界面上，該處是包 殼承受應(yīng)力最集中的地方，也是應(yīng)變最集中的部位殼承受應(yīng)力最集中的地方