Zr-Nb合金耐腐蚀性能的研究进展

概述了反应堆燃料包壳用Zr-Nb合金耐腐蚀性能的研究进展,结合氧化膜结构及第二相与耐腐蚀性能的关系,介绍了Nb含量和热处理制度对Zr-Nb合金组织和耐腐蚀性能的影响,指出Zr-Nb合金基体中的Nb含量对合金耐腐蚀性能起主导作用,选择合适的Nb含量和热处理制度,可以大大提高Zr-Nb合金的耐腐蚀性能。

Zr-xNb-0.15Fe-0.05Cu-0.05Ge合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能

利用高压釜腐蚀试验研究了Zr-xNb-0.15Fe-0.05Cu-0.05Ge(x=0.7,1,1.3,1.6,质量分数,%)合金在400℃/10.3MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。使用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:随着Nb的质量分数从0.7%增加至1.6%,试验合金的耐腐蚀性能逐渐下降。合金中的第二相为体心立方结构的β-Nb(bcc-β-Nb)相与含有Cu和Ge的密排六方结构的Zr(Nb,Fe)2(hcp-Zr(Nb,Fe)2)相,随着Nb含量的增加,主要第二相由Zr(Nb,Fe)2相逐渐转变为β-Nb相,且呈条带状。Zr(Nb,Fe)2和β-Nb第二相相对含量的变化对合金的耐腐蚀性能有较大影响。具有较大P.B.比、且呈条带状分布的β-Nb相促进了氧化膜中微裂纹的扩展,而且大量的β-Nb相氧化所产生的体积膨胀会影响氧化膜柱状晶的生长,增加了氧化膜中的内应力,促进孔隙和微裂纹形成,从而降低了合金的耐腐蚀性能。

α+β两相区热处理对Zr-Sn-Nb合金微观组织和腐蚀性能的影响

对Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下不同工艺热处理后所得样品,在360℃/18.6 MPa纯水环境中进行均匀腐蚀试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察样品微观形貌、聚焦离子束(FIB)和原子力显微镜(AFM)分析腐蚀后样品表面氧化膜。结果表明,Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下热处理时,锆合金中会形成条带状β-Zr第二相,再经过α相区温度最终退火后,β-Zr区域会分解为α-Zr和第二相粒子;经α相区最终退火的样品,在360℃/18.6 MPa纯水中的耐腐蚀性能优于未经最终退火的样品;未退火样品中条带状β-Zr第二相区域的氧化膜较α-Zr基体的氧化膜厚,而经过α相区温度退火后β-Zr发生分解,该区域的腐蚀氧化膜出现凹陷。

热处理对锆合金管在纯水环境下腐蚀性能的影响

为评价反应堆燃料包壳用锆合金管在纯水环境下的腐蚀性能,研究不同热处理工艺对低锡低铌锆合金管的显微组织和腐蚀性能的影响。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了合金的基体组织,并在高压釜中进行了360℃/18.6 MPa纯水环境下长达300 d的腐蚀试验。结果表明:低锡低铌锆合金管在550℃退火、保温5 h后的显微组织为完全再结晶状态,组织形貌为均匀的等轴晶组织,其第二相均匀地分布在晶粒中;而β相水淬+500℃退火、保温5 h后的合金是非完全再结晶的,其组织主要呈板条状。两种热处理温度下制备的低锡低铌锆合金在360℃/18.6 MPa高温高压水中的耐腐蚀性能均优于商用ZIRLO合金。

喷丸处理Zr-4合金氧化膜组织和氧化动力学研究

采用高能喷丸技术获得表面处理的Zr-4合金,并对其在673K,18.3MPa的高压釜中腐蚀,通过XRD、SEM、AFM分析喷丸处理后Zr-4合金形成的氧化膜与普通Zr-4合金形成的氧化膜的成分、形貌、表面粗糙度、晶粒尺寸大小及应力分布等。发现喷丸处理后的Zr-4合金晶粒尺寸减小,并改善了锆合金的耐腐蚀性能。

锆合金耐腐蚀性能及氧化特性概述

归纳了研究锆合金腐蚀方面的一些重要结果,总结了合金元素、第二相、β固溶热处理、累积退火参数、中间退火以及最终退火热处理对锆合金显微组织及耐腐蚀性能的影响规律,讨论了锆合金氧化膜显微组织与腐蚀行为的关系,提出了如何提高锆合金抗腐蚀性能的一些措施。

微量氧环境下热处理温度对Zr-1%Nb合金力学性能的影响

采用扫描电镜、X射线衍射仪及万能试验机等研究了微量氧环境下400、800和1200℃不同温度保温300 s对Zr-1%Nb合金力学性能的影响。结果表明:与未热处理的合金相比,400℃热处理后Zr-1%Nb合金的力学性能未发生明显变化;800℃热处理后,合金的塑性降低,压缩时外表面产生大量微裂纹;1200℃热处理后,压缩时合金出现了脆性断裂。热处理后合金样品的表面发生了氧化,氧化产物主要为ZrO2相。随着热处理温度的升高,Zr-1%Nb合金的氧化程度逐步加深,并且1200℃热处理后试样氧化层的厚度显著增加,内部出现大量裂纹。

加工工艺对N18锆合金在360℃/18.6 MPa LiOH水溶液中腐蚀行为的影响

将经过不同加工工艺处理的N18锆合金样品放入高压釜中,在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行310 d的长期腐蚀,用TEM和SEM观察样品的显微组织,研究加工工艺对N18合金腐蚀行为的影响.结果表明,样品在冷轧退火处理之前进行β相水淬处理,得到尺寸在几十纳米均匀弥散分布的第二相,其耐腐蚀性能最好;提高加工过程中的中间退火温度至740℃,样品由于第二相长大到数百纳米使耐腐蚀性能明显变坏,腐蚀到150 d时发生转折,转折后的腐蚀速率急剧增加;样品经780℃保温2 h和800℃保温2h处理后,其显微组织中存在β-Zr,这对N18锆合金的耐腐蚀性能是有害的,但只要在后续的加工热处理过程中能使β-Zr分解,获得细小的第二相,则合金的耐腐蚀性能可恢复到较好的水平.