Brevet FR2588992A1 — publié le 19870424

REVETEMENT DE COMBUSTIBLE TUBULAIRE. La présente invention concerne les revêtements de combustible en alliage à base de zirconium, de réacteur à eau légère, en vue de leur application dans des réacteurs à eau pressurisée, à eau bouillante et à eau lourde. L'invention concerne plus particulièrement les revêtements de combustible tubulairesconstitués d'un unique matériau à base de zirconium. Dans le passé, un certain nombre de projets de revêtement de combustible-nucléaire ont été proposés, chacun ayant pour but de réduire au minimum la propagation des fissures due au PCI (interaction entre les pastilles et le revêtement). Ces projets ont tous impliqué la mise en place d'un matériau comparativement tendre sous la forme d'une couche interne fine sur la surface intérieure d'un tube classique en alliage à base de zirconium (par exemple du Zircaloy 2 ou 4). Le coût de ce matériau tendre, et le coût de son incorporation dans le tube de revêtement de combustible augmentent de façon significative le coût final de l'ensemble du tube.Les matériaux de revêtement résistant au PCI ont typiquement eu une microstructure complètement recristallisée, et une résistance mécanique relativement basse ainsi qu'une faible résistance à la corrosion aqueuse, si on les compare aux matériaux classiques de revêtement Zircaloy 2 et 3. Ces propriétés lesont rendu inaptes à être utilisés en tant que matériaux pouvant constituer la totalité du tube de revêtement. I1 existe donc, dans ce domaine, un besoin pour une conception de revêtement de tube dans laquelle un matériau unique constitue le tube et fournit un revêtement combinant une excellente résistance à la propagation des fissures due au PCI, et d'excellentes propriétés en ce qui concerne la corrosion aqueuse ainsi que de bonnes propriétés mécaniques de structure. En conséquence, la présente invention concerne un revêtement de combustuble tubulaire caractérisé en ce que ce revêtement comporte un alliage à base de zirconium A, B, C, D, ou E, et est entièrement constitué de cet unique alliage. On obtient ainsi un revêtement de combustible tubulaire qui est composé d'un unique alliage à base de zirconium. Ce revêtement présente à la fois une excellente résistance à-la corrosion aqueuse et une excellente résistance à la propagation des fissures dues au PCI, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques de structure. En conséquence, la nécessité pour ce revêtement d'avoir deux couches (une couche externe pour la résistance mécanique et la résistance à la corrosion aqueuse et qui a une couche interne tendre résistant à la propagation des fissures dues au PCI) est éliminée. De préférence, le revêtement de combustible tubulaire conforme à la présente invention présente d'un bout à l'autre une microstructure travaillée à froid et libéré de ses tensions.Si, cependant, il peut y avoir une petite quantité de grains equiaxés recristallisés présents dans la microstructure, ils ne représentent pas plus de 10 X en volume de la microstructure. I1 est préférable que l'on nepuisse pas observer de grains recristallisés pour assurer les propriétés mécaniques de structure au revêtement pour une épaisseur de parois raisonnable.L'alliage utilisé peut être l'un quelconque des alliages à base de zirconium suivants TABLEAU I ELEMENT ALLIAGES (X EN POIDS) A B C D E Sn 0,2-0,6 0,1-0,6 1,2-1,7 0,15-0,6 0,4-0,6 Fe ) 0,04-0,24 0,04-0,24 0,15-0,5 0,1-0,3 tO,û3-0,11 Cr J 0,05-0,15 0,05-0,15 Ni Total des impuretés De préférencejle revetement de combustible conforme à la présente invention a une structure hautement anisotropique, caractérisée par un rapport de contrainte de compression de 2 ou davantage , et de préférence de 2,5 à 3,0, ou bien par un nombre radial f de Kearn d'au moins 0,65, de préférence d'au moins 0,7. De préférence, la teneur en oxygène des alliages représentés sur le tableau 1 est inférieure à 400 ppm. De préférence, la teneur totale en impuretés est inférieure à 1000 ppm. L'alliage est choisi parmi ceux indiqués sur le tableau I. I1 y a lieu de souligner qu'un revêtement de combustible constitué entièrement de l'un des alliages indiqués sur le tableau I et présentant la microstructure précitée et travaillé à froid, et libéré de ses tensions, combinera une résistance a' la corrosion aqueuse, des propriétés mécaniques de structure, et une résistance au PCI qui le rend propre à être utilisé dans un élément combustible classique pour des réacteurs à eau pressurisée et à eau bouillante. Un retement de combustible ayant la composition de l'alliage C peut avoir une microstructure finale qui est dans un état libéré des contraintes ou dans un état partiellement ou complètement recristallisé. La teneur élevée en étain et des réalisations en alliage C accroit les propriétés mécaniques -de structure de cet alliage par comparaison avec les autres alliages indiqués sur le tableau I, permettant ainsi au revêtement de combustible composé du matériau en alliage C de pouvoir également être utilisé dans l'état partiellement et complètement recristallisé en addition à l'état préféré travaillé à froid libéré des contraintes.De préférence, la composition de l'alliage C est contrôlée à l'intérieur des limites suivantes c-omme le montre le tableau II. Ces limites de l'élément allié correspondent à celles du revêtement de combustible en Zircaloy 2 et 4 excepté que la teneur en oxygène a été abaissée et que la teneur totale en impuretés est également contrôlée. I1 est de beaucoup préférable que la teneur en oxygène pour les alliages indiqués sur le tableau II soit inférieure à 400 ppm tandis que la teneur totale en impuretés (y compris l'oxygène) est inférieure à 1000 ppm. TABLEAU Il Elément Alliages (% en poids) C1 CII Sn 1,2-17 1,2-1,7 Fe 0,07-0,20 0,18-0,24 Cr 0,05-0,15 0,07-0,13 Ni 0,03-0,08 Impureté 0 Total des impuretés I1 y a en outre lieu de souligner que la résistance au PCI du revetement de combustible conforme à la présente invention peut être, en outre, améliorée en contrôlant la texture cristallographique du tube recuit final de façon à avoir un rapport de contrainte de compression de 2 ou davantage, et de préférence de 2,5 à 3,0, ou bien un nombre radial f de Kearn d'au moins 0,65 et de préférence d'au moins 0,7. I1 est souligné que les spécialistes habitués dans ce domaine peuvent facilement fabriquer l'ensemble du tube décrit ci-dessus en utilisant les techniques connues de fabrication de revêtement de combustible en zircaloy 2 et en zircaloy 4.I1 y a lieu, en outre, de souligner que le revêtement de combustible conforme à la présente invention présentera une résistance au PCI semblable à celle observée sur les revêtements de combustible en zircaloy 2 ayant une faible teneur en oxygène (inférieure à 450 ppm), et un revêtement de zirconium complètement-recristal- lisé lié à leur surface interne. REVENDICATIONS 10) Revêtement de combustible tubulaire caractérisé en ce que ce revêtement comprend - un alliage A, B, C, D ou E à base de zirconium et que sa paroi est entièrement constituee par cet unique alliage. 20) Revetement selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa paroi est caractérisée dans sa totalilté par une microstructure travaillée à froid et libérée de ses tensions. 30) Revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur totale en impuretés de l'alliage est inférieure à 1000 ppm. 40) Revêtement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la teneur en oxygène de l'alliage est inférieure à 400 ppm. 50) Revêtement selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unique alliage est l'alliage C, à base de zirconium, contenant 1,2 à 1,7 X en poids de Sn, 0,07 à 0,20 % en poids de Fe, 0,05 à 0,15 X en poids de Cr, 0,03 à 0,08 % en poids de Ni, moins de 600 ppm d'oxygène, et moins de 1500 ppm d'impuretés totales. 60) Revêtement selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unique alliage est l'alliage C à base de zirconium contenant 1,2 à 1,7 X en poids de Sn, 0,18 à 0,24 X en poids de Fe, 0,07 à 0,13 % en poids de Cr, moins de 600 ppm d'oxygène, et moins de 1500 ppm d'impuretés totales. 70) Revêtement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ce revêtement a une microstructure partiellement ou complètement recristallisée. 80) Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ce revêtement a une texture cristallographique anisotropique caractérisée par un nombre f de Kearn dans la direction radiale d'au moins 0,65. 90) Revêtement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le nombre f de Kearn est au moins 0,7. 100) Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ce revêtement a une texture cristallographique anisotropique, caractérisé et par un rapport de contrainte de compression d'au moins 2,0. 110) Revêtement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport de contrainte de compression est de 2,5 à 3,0.