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The influence of iodine vapour on creep rupture properties of 20%Cr/25%Ni/Nb stabilised stainless steel

1976; Elsevier BV; Volume: 59; Issue: 3 Linguagem: Francês

10.1016/0022-3115(76)90060-x

1873-4820

R.C. Lobb, R.B. Jones,

Fusion materials and technologies

Interactions between volatile fission products, such as iodine, and fuel cladding have been observed in a number of reactor systems. To determine the effect of iodine on the mechanical properties of the 20Cr/25Ni/Nb steel used as fuel cladding in UK advanced gas-cooled reactors, stress rupture tests have been performed in environments of iodine vapour, air and vacuum under initial stresses of 47 to 130 MN/m2 at 750° C. Iodine vapour promoted surface-nucleated, intergranular cracking which significantly reduced the specimen rupture life and strain at fracture compared with tests in air or vacuum. Increasing the iodine vapour pressure from 0.04 to 56 mbar resulted in further embrittlement. Examination of the surface regions of a specimen after long-term exposure to iodine vapour revealed a porous duplex surface scale and significant depletion of chromium from the metal associated with sub-surface void formation. Embrittlement mechanisms and some possible implications for fuel clad behaviour are discussed. Les interactions entre produits de fission volatils, tels que l'iode, et le gainage des combustibles ont été étudiées dans un certain nombre de systèmes de réacteurs. Pour déterminer l'effet de l'iode sur les propriétés mécaniques de l'acier 20 Cr/25 Ni/Nb utilisé comme matériau de gainage du combustible dans les réacteurs avancés de Grande-Bretagne refroidis par un gaz, des essais de rupture sous contrainte ont été réalisés dans des environments de vapeur d'iode, d'air et sous vide sous des contraintes initiales de 47 à 130 MN/m2 à 750° C. La vapeur d'iode favorisait les fissures intergranulaires engendrées en surface, ce qui réduisait de façon significative la durée de vie jusqu'à rupture et la déformation à la rupture par rapport aux essais dans l'air ou sous vide. L'accroissement de la pression de vapeur de l'iode de 0,04 à 56 mbar provoquait une fragilisation accrue. L'examen des régions superficielles d'un échantillon après une exposition de longue durée à la vapeur d'iode révélait la formation d'une pellicule superficielle double et poreuse et un appauvrissement significatif en chrome de l'alliage associé à la formation de cavités sous la surface. Les mécanismes de fragilisation et quelques conséquences possibles sur le comportement des gaines du combustible sont discutées. Eine Wechselwirkung zwischen flüchtigen Spaltprodukten, wie Jod, und der Hülle ist in vielen Reaktorsystemen beobachtet worden. Zur Bestimmung des Einflusses von Jod auf die mechanischen Eigenschaften eines 20 Cr-25 Ni-Nb-Stahls, der als Hüllmaterial in englischen fortgeschrittenen gasgekühlten Reaktoren verwendet wird, wurden Zeitstandversuche in Jod-Dampf, Luft und Vakuum unter einer Ausgangsspannung zwischen 47 und 130 MN/m2 bei 750° C durchgeführt. Jod-Dampf erhöht die von der Oberfläche ausgehende interkristalline Rissbildung, durch die die Zeitstandfestigkeit und Bruchdehnung im Vergleich zu Versuchen in Luft oder Vakuum stark erniedrigt werden. Eine Zunahme des Jod-Dampfdrucks von 0,04 auf 56 mbar führt zu weiterer Versprödung. Die Untersuchung des Oberflächenbereichs einer Probe nach einer Langzeitbehandlung in Jod-Dampf ergibt eine zweiphasige Deckschicht und eine starke Cr-Abreicherung des Metalls, die mit einer Porenbildung unter der Oberfläche verbunden ist. Der Versprödungsmechanismus und einige mögliche Folgen für das Hüllmaterialverhalten werden diskutiert.