Сплавы циркалой для оболочек твэлов применяются в отпущенном, частично рекристаллизованном и рекристаллизованном состояниях. Циркониевые сплавы — основной материал оболочек твэлов водо-водяных и кипящих энергетических реакторов.

Для этого потребовалась разработка принципа легирования циркония с созданием сплава, пригодного для оболочек твэлов. Ванадий в бинарных сплавах даже в очень малых количествах усиливает коррозию циркония. Из элементов VIA группы для легирования циркония могут рассматриваться только хром и молибден; вольфрам имеет большое сечение захвата нейтронов. Из всех элементов, улучшающих коррозионную стойкость циркония (Sn, Fe, Сг и Nb), ниобий наиболее заметно упрочняет цирконий.

Большие количества кислорода не применимы из-за охрупчивающего действия его на циркониевые сплавы. В России сплав Zr — 1% Nb для оболочек твэлов используется в одном состоянии — отожженном при температуре 580 °С (сплав 110) или при 620 °С (сплав 110К) перед последней холодной прокаткой. Это состояние обеспечивает структуру металла, близкую к полностью рекристаллизованной, и высокую пластичность металла наряду с высокой коррозионной стойкостью.

Коррозионное поведение сплава Zr — 1 % Nb и циркалоев во внереакторных условиях сравнительно близко. Однако независимо от условий общая коррозионная характеристика сплава с 1 % ниобия и циркалоев во многом аналогична, и каких-либо преимущественных особенностей того или иного сплава не установлено.

В этих условиях исключительно большое значение имеет анализ накопленного опыта эксплуатации в различных реакторах изделий из циркалоя и бинарных сплавов с ниобием. Этот сплав не привлек большого внимания. Отечественными исследователями разработан сплав Zr — 1 % Nb -1 % Sn — (0,3-0,5) % Fe, относящийся к первой группе. Коррозия сплавов, содержащих ниобий, менее чувствительна к воздействию нейтронного поля; в таких сплавах менее заметен перелом кривой кинетики коррозии.

Разработанный сплав обладает достоинствами, присущими сплавам Zr — 1 % Nb и типа циркалой, и практически лишен свойственных им недостатков. Позднее американские и японские исследователи также показали перспективность делегирования сплавов циркалой ниобием.

В циркониевом сплаве стадия предразрушения начинается до момента достижения максимального значения деформирующего напряжения. Потребовались конструкционные материалы (жаропрочные сплавы), детали из которых выдерживали бы нагрузки длительное время при повышенных температурах. Так как ползучесть происходит при высокой температуре, то возможно также снятие наклёпа — так называемый возврат свойств материала.

Переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала (поры, микротрещины), образование которых начинается уже на I и II стадиях. При температурах, близких к температурам плавления различие между ползучестью и пластичностью становится менее выраженным. При неизменной общей деформации напряжения в нагруженном теле с течением времени убывают вследствие ползучести, то есть происходит релаксация напряжений.

План генерации и потребления

Циркониевую бронзу обычно применяют в тех случаях, когда требуется сочетание высокой электро- и теплопроводности с жаропрочностью. При комнатной температуре циркониевая бронза по прочностным свойствам несколько уступает хромовой, но имеет более высокую электропроводность и пластичность.

Олово стабилизирует коррозионную стойкость циркония, уменьшая зависимость коррозии от содержания кислорода в теплоносителе и от структуры сплава. В связи с этим малые добавки циркония применяют в качестве легирующего элемента при создании медных сплавов высокой электропроводности.