累积退火参数对SZA-4合金管材耐腐蚀性能的影响

目前有关累积退火参数对大型先进压水堆用锆合金SZA-4耐腐蚀性能影响的研究还不系统。通过改变管材加工过程中管坯的热处理温度和成品退火制度(再结晶退火、去应力退火),制备了4组累积退火参数不同的SZA-4合金包壳管,在Li OH水溶液和400℃蒸汽中进行了高压釜腐蚀试验,研究了累积退火参数对管材耐腐蚀性能的影响规律。结果表明:累积退火参数对SZA-4合金包壳管的耐腐蚀性能影响不显著;成品退火温度是影响SZA-4合金耐腐蚀性能的主要因素;再结晶态包壳管的耐腐蚀性能比去应力态的好。

Zr-4合金包壳管维氏硬度与强度关系研究

硬度反映了金属材料在局部范围内抵抗外物压入的能力,其与强度之间存在一定的内在联系。通过室温拉伸和维氏硬度试验,研究了不同状态Zr-4合金包壳管维氏硬度与强度之间的关系,通过最小二乘法建立了维氏硬度与抗拉强度、屈服强度之间的回归方程,分别为y1=5.764x-544.215(R2=0.997),y2=5.743x-647.90(R2=0.998),并分析了回归方程的拟合效果。研究表明,Zr-4合金包壳管强度与维氏硬度的相关性极强,二者之间存在较强的正相关性。基于所建立的显微硬度与强度的回归方程,确定了Zr-4合金包壳管冷轧过程中维氏硬度与抗拉强度、屈服强度之间的关系。使用含有初始屈服应力的刚塑性指数硬化数学模型,建立了Zr-4合金包壳管皮尔格两辊冷轧工作锥强度与当量变形量之间的关系式,分别为σ_(s)=297.37+353.13ε_(Hz)^(0.34),σ_(b)= 453.57+306.47ε_(Hz)^(0.44),相关系数分别为0.96和0.97。

Zr－4合金管环向性能测试研究

采用对开式拉伸法（ＮＯＬ环法），对反应堆中常用构件Ｚｒ－４合金薄壁细管，在不同温度条件下进行了环向拉伸试验。通过对拉伸曲线的修正和炉内试样颈缩处承载面积的确定，得到了Ｚｒ－４合金管在不同温度条件下，环向拉伸的真应力一真应变关系及强度、塑性指标。

Zr-4合金管冲击磨损性能及损伤机制研究

在JDTRI-50冲击磨损试验机上，在冲击频率为10Hz，冲击载荷为10～40N，冲击次数为5万～10万次条件下，对Zr-4合金管试件与Inconel718镍合金板配副进行冲击磨损试验，研究核电燃料棒包壳管材Zr-4合金的冲击磨损性能及损伤机制。结果表明：冲击次数一定时，随着冲击载荷的增加磨痕宽度明显增加，损伤加重；载荷一定时，随着冲击次数增加，Zr-4合金管冲击损伤面积和深度增大；磨损面磨屑含氧量随冲击次数增加，经历较快增加、增速放缓及基本稳定的变化过程；Zr-4合金管冲击磨损的损伤机制主要表现为塑性变形、磨损氧化和疲劳剥落的逐次出现、相互转换和协同作用。

成品退火温度对Zr-4锆合金管材变形织构和力学性能的影响

研究了退火温度对Zr-4锆合金成品金相组织、变形织构、应变收缩系数(CSR)及Kearns系数Fr的影响。结果表明:当成品管材在450~500℃区间进行消应力退火时,锆合金管材处于回复阶段,此过程不能减弱因金属形变导致晶面发生滑移形成的变形织构,与轧制态相比退火态合金管材CSR值无明显变化,Fr值随着退火温度的升高略增大;在500~530℃退火温度下,锆合金管材处于回复阶段与再结晶阶段的过渡区间,大部分变形织构转变为退火织构,Fr值和CSR值均急剧增大;在530~560℃退火温度下,锆合金管材处于再结晶阶段,组织为等轴状的再结晶形貌,原来的变形织构已基本完全被退火织构所替代,但此时锆合金管材还未达到完全再结晶,故Fr值和CSR值均略有升高。

Zr-4合金燃料包壳环向拉伸数值模拟分析

阐述了Zr-4合金燃料包壳环向拉伸的重要性。建立了拉伸夹具和包壳试样的有限元模型。对包壳应力应变分布,夹具与试样的接触应力、摩擦应力、滑动位移及接触状态进行了分析。对比分析了不同尺寸的包壳试样拉伸后应力分布特征,以及相同尺寸情况下,模拟包壳试样与物理实验试样拉伸后的典型形貌特征。

径向压扁变形对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

通过对规格为Φ10 mm×0.7 mm的Zr-4合金管材施加径向单次及多次压扁变形试验,研究压扁量和压扁次数对氢化物取向的影响。研究表明,压扁量大小对氢化物取向有明显影响,当压扁量≤0.3 mm时,氢化物取向基本不发生改变;当压扁量>0.3 mm时,随着压扁量的增大氢化物取向因子明显增大,这主要是由于该区域内形成的拉应力导致氢化物产生了应力再取向析出效应。压扁次数对氢化物取向的影响较小,随着压扁次数的增加,在大压扁量下氢化物取向因子略有增加,而压扁量较小时(0.3 mm)不发生改变。

低锡Zr-4包壳管电子束焊接时发生的合金元素蒸发现象

采用电子探针的波谱分析方法，对国产低锡Ｚｒ４包壳管的环焊缝试样进行表面成份分析。分析结果表明，从焊缝的外边缘到内边缘，Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ元素的化学成份在统计上呈增大趋势，腐蚀后出现了白色产物的试样表层，其Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ元素含量相当程度地降低。这一事实表明，国产低锡Ｚｒ４包壳管采用电子束焊接时，在一定的焊接规范下环焊缝的合金元素存在严重蒸发现象，特别是合金中锡元素的蒸发使其锡元素含量低于０．５％，导致了腐蚀性能的下降。

国产低锡Zr-4包壳管的电子束焊接

为了使燃料棒焊接接头具有良好的性能 ,进行了大量工艺试验。试验表明 ,适当降低焊接时的能量输入 ,并使聚焦、散焦合理搭配 ,从而减少电子束焊接环缝时合金元素的蒸发 ,这种真空电子束焊接工艺适合国产低锡Zr -4合金。用该工艺焊接了一万多支国产低锡Zr

成品退火工艺对Zr-4合金管材显微组织和力学性能的影响

通过金相、室温拉伸、室温爆破、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)试验研究了不同成品退火工艺对Zr-4合金包壳管显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,在480~525℃的温度范围内,Zr-4合金管处于去应力再结晶的中间状态,并随退火温度的升高或退火时间的延长,轧制变形组织向基本再结晶组织转变,再结晶程度逐渐提高,最大晶粒尺寸呈增大趋势,平均晶粒尺寸变化规律不显著;不同退火工艺管材均析出密排六方结构的Zr(Fe,Cr)_(2)和立方结构的ZrFe_(2)两种第二相粒子,Zr(Fe,Cr)_(2)第二相粒子尺寸差异较大且数量占比大,ZrFe_(2)第二相粒子尺寸较小且数量占比小,第二相粒子尺寸随退火温度的升高或保温时间的延长逐渐增大,但第二相结构未发生变化;室温拉伸及爆破强度随退火温度的升高或保温时间的延长呈降低趋势,拉伸断后伸长率和爆破周向延伸率呈增大趋势,变化趋势随管材再结晶程度的不断提高而逐渐变缓,呈非线性变化。

锆合金薄壁细管的单调拉伸与低周疲劳试验研究

利用自行研制的高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单调拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验,获得了两种锆合金的单调和循环本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型。研究结果表明:Zr-1Nb合金和Zr-4合金的弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及应变硬化程度明显下降。随着温度的升高,温度对Zr-4合金的应变硬化程度的影响逐渐减弱;应变速率对Zr-4合金的拉伸性能的影响微弱。在等幅应变循环过程中,Zr-4合金表现为循环硬化,应变幅越低,硬化现象越明显;Zr-1Nb在较低应变幅下表现为循环硬化特性,而在较高应变幅下表现为循环软化。相对于单调拉伸行为,Zr-4合金在不同温度下的循环行为均表现出明显的强化特性。

超大规格锆合金薄壁管制备工艺及性能的研究

超大规格锆合金薄壁管生产难度大,常常存在外形、尺寸、直线度差等问题。本文研究了核用?126 mm×3mm超大规格、薄壁Zr-4合金管生产工艺和其力学性能、金相组织、氢化物、织构。结果表明:在50MN挤压机上采用铜包套润滑,?280 mm锭坯经750℃、挤压比7.9变形量挤压出尺寸精度高的管坯;通过变形量为45%、41%的两道次Pilger轧制,再经过纯弯曲、无压下量的辊式矫直,生产出了尺寸精度高、弯曲度小、表面质量好、力学性能高、微观组织优异的超大规格Zr-4合金薄壁管材。