Oxidation reaction kinetics of Zircaloy-4 in an unlimited steam environment

Experimental studies using a “Gleeble” have been performed on reactor grade Zircaloy-4 tubing to determine the oxidation behavior in steam throughout the 871°C to 1482°C temperature range. Isothermal oxidation under unlimited steam conditions has been found to obey the parabolic oxidation law with a rate constant for total reacted metal of K p = 3.10 × 10 5 exp(−33, 370/RT (K)) (mg/cm 2) 2/sec . This measured rate is significantly lower than that predicted by Baker-Just for temperatures above 1077°C and in very good agreement with that suggested by Klepfer for the temperature range where tetragonal zirconium oxide is stable. Oxidation data presented is also in good agreement with that given by Hobson and Kittenhouse for oxidation below 1316°C but significantly less for oxidation above 1316°C. Oxidation of Zircaloy-4 in steam has been observed to be independent of steam superheat temperature and only slightly dependent on steam flow. It is apparent that as long as steam is present and hydrogen can migrate away, oxidation rate is independent of Reynolds number or velocity. Only steam starvation and/or trapped hydrogen appear to lower the rate of oxidation of new Zircaloy cladding. Le comportement à l'oxydation dans la vapeur entre 871°C et 1482°C de tubes en Zircaloy 4 de qualité nucléaire a étéétudié expérimentalement en utilisant un “Gleeble”. L'oxydation isotherme dans des conditions de vapeur illimitées s'est révélée obéir à une loi d'oxydation parabolique avec une constante de vitesse K p = 3,10 × 10 5 exp(−33, 370/RT (K)) (mg/cm 2) 2/sec . Cette vitesse mesurée est nettement inférieure à celle prévue par Baker-Just pour des températures supérieures à 1077°C et en très bon accord avec celle suggérée par Klepfer pour le domaine de température où la zircone quadratique est stable. Les données d'oxydation présentées sont également en bon accord avec celles de Hobson et Rittenhouse pour des oxydations inférieures à 1316°C mais nettement inférieures pour des oxydations au-dessus de 1316°C. L'oxydation du Zircaloy-4 dans la vapeur s'est révélée être indépendante de la température de surchauffe de la vapeur et seulement geu fonction du courant de vapeur. Il apparaft qu'aussi longtemps que la vapeur est présente et que l'hydrogène peut s'eliminer, la vitesse d'oxydation est indépendante du nombre de Reynolds ou de la vitesse. Seuls le séchage de la vapeur et/ou l'hydrogène piégé semblent abaisser la vitesse d'oxydation du nouveau Zircaloy pour gainage. Das Oxid