退火对Zr-Sn-Nb-Fe-Si新锆合金薄板带材组织性能的影响

针对锆合金带材冲压成形时易破裂的问题,研究了再结晶退火对Zr-Sn-Nb-Fe-Si新锆合金薄板带材组织性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,新锆合金薄板带材的最大减薄率减小;第二相颗粒弥散分布于新锆合金晶粒内部及晶界,其形貌基本为球状,尺寸较大第二相为Zr(NbFe)_(2),较小为β-Nb;新锆合金带材具有<1010>//RD和<1120>//RD两类织构,其中<1120>//RD取向的晶粒与形变基体的取向差为30°/<0001>。随着再结晶退火温度的升高,第二相颗粒产生的钉扎作用不能阻碍锆合金重合点阵∑13晶界的快速迁移,导致<1120>//RD取向的再结晶晶粒择优长大,吞并形变基体,小角度晶界占比降低,大角度晶界占比升高,造成再结晶织构由<1010>//RD转变为<1120>//RD,改善晶粒变形的均匀性,提高带材冲压时塑性变形的均匀程度,因此再结晶退火有利于改善新锆合金薄板带材的冲压成形性能。

国产新锆合金碘致应力腐蚀性能研究

通过对两种国产新锆合金包壳管环形试样在385℃下施加环向拉伸载荷,研究了锆合金包壳管材料在102、103、104 Pa碘浓度下的碘致应力腐蚀开裂行为,得到以下结论:与无碘环境相比,在加碘条件下,试验锆合金材料环向拉伸的最大载荷和位移均有不同程度的下降;102~104 Pa碘分压条件下,试验国产新锆合金材料I-SCC敏感性随着碘浓度增加而增大;锆合金材料在I-SCC作用下,基体发生脆化,断面呈现脆性特征,韧断区减小。

新锆合金耐蚀性能研究

试验研究了中间退火制度对新锆合金板材耐蚀性能的影响。结果表明:采用较低的中间退火温度有利于改善新锆合金的耐蚀性能,所研究的两种新锆合金NZ2和NZ8的耐蚀性能明显优于Zr-4合金;氧化膜中第二相TEM研究表明,采用低温加工工艺制度,获得晶内有细小、弥散、均匀分布第二相的完全再结晶组织,对提高新合金的耐蚀性能是非常重要的。

不同氢含量的新锆合金(NZ2)的力学性能

通过研究不同氢含量(未渗氢,200,450,730μg/g)对NZ2新型Zr-Sn-Nb系锆合金的室温单调拉伸性能和低周疲劳性能的影响,发现氢化物能够提高NZ2合金的抗拉强度,降低其塑性。随着氢含量的增加,相同应变下材料的低周疲劳寿命下降,但含氢量达到某一饱和值时材料的低周疲劳性能降低幅度变缓。材料有循环软化趋势,NZ2锆合金含氢试样比无氢试样更容易出现循环软化现象。

新锆合金水侧腐蚀性能研究

通过对国产新锆合金N18、N36的堆外腐蚀性能考验,获得了新锆合金的腐蚀和吸氢数据,并与Zr-4合金的数据进行了比较。实验结果表明:与Zr-4相比,N18、N36的抗腐蚀性能得到了明显的提高。

CAP1400燃料组件用新锆合金研究

在Zr-Sn-Nb系合金的基础上添加微量合金元素Ge和Si等,采用真空电弧熔炼,制备了多种新锆合金。使用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)对合金基体进行显微组织分析,分别通过堆外高压釜腐蚀试验、定氢分析仪和万能材料试验机对合金的腐蚀、吸氢和拉伸性能进行评估。结果表明,常规工艺处理后,SZA-4和SZA-6合金均发生了完全再结晶,第二相细小、均匀弥散分布在晶粒内和晶界上;SZA-4和SZA-6合金在三种水化学条件下均具有优良的耐腐蚀性能,SZA-6合金的耐腐蚀性能优于参考合金,SZA-4合金的耐腐蚀性能略优于SZA-6合金;SZA-6合金的吸氢性能略优于SZA-4合金;两种合金的拉伸性能满足设计要求。基于SZA-4和SZA-6合金优良的耐腐蚀、吸氢和力学性能,未来将有望用于CAP1400自主化燃料组件。

合金元素铌对新锆合金耐蚀性能的影响

用SEM波谱分析手段,定性研究了合金元素铌在新锆合金中的存在方式。结果表明,添加的合金元素铌主要存在于LAVES相中,在αZr中的固溶度则小于100μg·g-1。由此可推断,铌和铁、铬共存时,优先形成沉淀相,造成它在αZr中固溶量的降低。结合2种新锆合金(低铌NZ2,高铌NZ8)板材在360℃含锂水中和400、500℃蒸汽中的堆外高压釜腐蚀性能方面的以往研究结果,对铌的作用进行了唯象的讨论,并指出,认知固溶于αZr中微量的铌和大量存在于LAVES相中的铌对腐蚀机理的影响是今后研究的重要课题。

氢含量对新锆合金室温循环变形行为的影响

NZ2是我国自行研制的具有自主知识产权的新型Zr-Sn-Nb系锆合金,其堆外性能,尤其是耐蚀性能已达国外新合金同等实验条件下的相同水平,是十分具有应用前景的新锆合金。锆在反应堆中服役时会与冷却剂反应而吸氢,从而使锆合金的性能降低,导致失效。通过应变控制的对称拉-压(εR=εmin/εmax=-1)疲劳实验研究了不同氢含量(未渗氢,200,450,730μg·g-1)对NZ2新锆合金的室温低周疲劳性能以及氢含量对材料循环硬化及软化的影响,发现随着氢含量的增加,相同应变下材料的低周疲劳寿命下降,但达到某一饱和值的时候材料的低周疲劳性能不再降低,随着氢含量的增加,材料有循环软化趋势,NZ2锆合金含氢试样比无氢试样更容易出现循环软化现象。

低铌新锆合金的抗蠕变性能

通过对低铌新锆合金板材的蠕变性能曲线和变形亚结构的分析及对微观组织研究探讨了低铌新锆合金的蠕变过程及其抗蠕变性能优越的原因。铌对锆有较高的强化作用,但对锆的抗蠕变性能的影响则较为复杂。含3%～5%Nb的锆合金在400℃以下有较高的抗蠕变性能,含15%Nb的锆合金的抗蠕变性最低,而铌含量增至30%时的锆合金的抗蠕变性则又升高。低Nb新锆合金的Nb含量w(Nb)在0.3%～0.36%之间,这样少的Nb含量不可能有大量的βNb相产生,它对锆合金的强化作用应归于固溶强化一类。对工业化规模生产的低铌新锆板材的力学性能的近期研究表明,按既定工艺生产的低铌新锆合金板材的拉伸性能并未比Zr4合金板材的拉伸性能有多大提高,但其抗蠕变性能却比Zr4板材好得多。在400℃、157MPa应力作用下,低铌新锆合金的蠕变断裂时间是常规Zr4板材的5倍多;在137和117MPa应力作用下,新锆合金的稳态蠕变速率大大低于常规Zr4的。

组织对N18新锆合金的碘致应力腐蚀行为的影响

通过两种热处理方法 (去应力和再结晶退火 )得到的组织不同的两种N18新锆合金板材 ,研究它们在 4 0℃I2 蒸汽介质中、分别为 30 0℃、35 0℃和 4 0 0℃的实验温度条件下的应力腐蚀行为。实验过程中动态监测应力腐蚀裂纹的长度。对实验后的试样进行了断口分析。研究表明 :去应力状态的N18新锆合金在 35 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力优于 30 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力。而对于再结晶状态的N18新锆合金则是 35 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力优于 4 0 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力。断口形貌主要是以穿晶准解理扩展为主。

新锆合金热轧工艺的研究

对锆合金的热轧工艺进行了研究,采用包覆外套隔氧保护以及多道次、小压下率对合金进行热轧。对3组试样分别采用铜皮包覆,钢套普通焊合包裹,钢套真空电子束焊合包裹等隔氧保护措施,并对轧制后试样的表面氧化状况以及显微组织进行了比较和分析。研究结果表明,只要选用合适的工艺条件,就可以成功防止锆合金在热轧过程中的氧化问题,并且可将锆合金顺利轧薄至1.0 mm左右的板材;热轧后型材显微组织均匀、结构致密,无任何裂纹以及开裂现象,轧制质量好,热轧成材率高。

火焰原子吸收光谱法测定新锆合金中的镉

用火焰原子吸收光谱法测定新锆合金中镉,对影响测定的各种因素进行了较详细的试验研究,确定了测定的最佳条件。方法回收率在102%—108%之间,相对标准偏差(RSD,n=6)优于6%。

显微组织对Zr-Sn-Nb新锆合金拉伸性能的影响

分别采用1 045℃/40 min+500℃/1.5 h、1 045℃/40 min+40%冷加工+500℃/1.5 h、1 045℃/40 min+70%冷加工+500℃/1.5 h工艺,将Zr-Sn-Nb新锆合金加工成厚度为1.4 mm的试样,用透射电镜观察它们的显微组织,对各种条件处理的试样进行拉伸性能研究。结果表明:在本试验所有的形变和热处理中,1 045℃/40 min+70%冷加工+500℃/1.5 h处理的样品的拉伸性能最好,这归因于经此工艺处理后的析出相细小、弥散、均匀分布,使材料得到第二相较理想的强化效果。

新锆合金最终退火处理工艺及其性能研究

通过制定锆合金的最终退火热处理工艺,研究了退火工艺参数对锆合金耐蚀性的影响,并对最终退火热处理后新锆合金的组织和性能进行了分析。结果发现,经最终退火热处理后锆合金的硬度变化不大,但耐腐蚀能力得到增强,其中铌元素的加入量为0.5%时效果相对较好。

新锆合金疲劳性能研究

研究了两种新锆合金Zr1Sn0.3Nb0.3Fe0.1Cr(1#合金)、Zr1Sn1Nb0.4Fe(2#合金)的疲劳特性。结果表明,2#合金的低周疲劳性能优于1#合金的低周疲劳性能。

新锆合金板材包覆热轧表面缺陷的研究

在包覆热轧工艺条件下,对新锆合金板材的表面缺陷形貌进行了研究。通过金相显微镜对板材的典型缺陷进行了观察。通过能谱分析获得了缺陷的成分,提出了表面缺陷的去除方法。结果表明,在包覆热轧时包覆材料会与锆合金板材相互作用形成表面缺陷。大部分表面缺陷以钢渣的形式嵌入到板材的表面,可以通过酸洗的方式去除,小部分缺陷则需要通过机加工方式去除。

新锆合金碘致应力腐蚀性能研究

研究了再结晶状态的相同成分、不同织构取向的两块新锆合金板材在不同的实验条件下的抗碘致应力腐蚀性能。用直流电位降法动态监测裂纹的长度。并对试样进行了织构的测定、第二相的观察和断口分析。结果表明,在实验条件下,N18-2(L-T)抗碘致应力腐蚀的能力优于N18-1(T-L)。断口形貌表明,在应力腐蚀裂纹的初始扩展阶段,断口沿晶开裂;在裂纹的稳态扩展阶段,以穿晶准解理扩展为主。

国产新锆合金辐照考验小组件初步热工水力性能分析

本文以子通道热工水力分析程序COBRA-IV为计算工具,分析了预计在中国先进研究堆(CARR)高温高压回路上进行辐照考验的国产新锆合金考验小组件的稳态热工水力性能。计算了各种稳态工况下考验小组件的最小偏离泡核沸腾比(MDNBR),通过MDNBR来初步确定了考验小组件运行时的平均线功率及冷却剂的入口温度。

锆、锆-4合金及新锆合金的热膨胀

用示差式石英膨胀仪在室温至800℃范围内测量了Zr、Zr-4合金、N18新锆合金、N36新锆合金的热膨胀行为,给出了测量结果的经验公式,并对这些材料的热膨胀行为进行了比较。测量结果表明,Zr-4合金、N18新锆合金、N36新锆合金棒材试样的热膨胀基本相同,金属Zr、Zr-4合金和新锆合金板材试样的热膨胀都存在各向异性。

新型锆合金管棒材焊接性能研究

新锆合金作为燃料棒新一代包壳材料,其焊接质量的好坏将直接影响到反应堆运行的安全性,因此焊缝质量必须得到可靠的保证。为了对新锆合金包壳管进行合理有效的焊接性能评价,根据相关反应堆要求对以新锆合金包壳材料进行焊接工艺试验,通过对新锆合金管材焊接设备、焊接试样的制备、组装、焊接、焊后检验、性能试验等内容进行研究,得出最优的焊接工艺参数。