国产R60702(Zr-3)工业锆板材性能及应用

本文综述了国核宝钛锆业股份公司(简称国核锆业)依托锆铪分离技术,对海绵锆中铪含量进行有效控制,生产出了不同铪含量的工业锆板材,生产出的工业锆板材表面质量优异、组织均匀并应用于化工领域,同时对工业锆板材的组织及性能进行了统计分析。不仅为我国化工企业节约了设备成本,而且大大缩短了交货期,为我国化工领域高端装备对锆材的需求打下了坚实的基础。

国核锆业理化检测实验室的建设

国核锆业理化检测实验室负责入堆的核级锆材的检测,它的建设对实现我国核级锆材的自主化和国产化起着至关重要的作用。该文从组织结构、质保体系、文件体系、环境控制、仪器设备的管理、人员培训等控制要点对实验室的建设进行了阐述。理化检测实验室顺利通过了美国西屋公司的比对试验,质量体系得到美国西屋质量专家的肯定。

国产与进口工业锆性能对比

本文概述了国核宝钛锆业股份公司产品概况,工业锆产品标准;对比了国产和进口工业锆产品的化学成分、金相组织、力学性能。结果表明:国核锆业生产的工业锆铸锭、管材、板材系列产品与进口同类产品的化学成分、力学性能、金相组织结果相当。

包壳管用SZA-6锆合金的高温单轴拉伸蠕变行为

在应力117,137,157 MPa及温度633,658,683 K条件下对包壳管用SZA-6锆合金进行单轴拉伸蠕变试验,研究了该合金的单轴拉伸蠕变行为,并通过蠕变应力指数和蠕变激活能分析其蠕变控制机制。结果表明:SZA-6锆合金在不同试验条件下的稳态蠕变速率在0.34×10^(-8)~9.77×10^(-8)s^(-1)范围,随着试验温度的升高或应力的增大,稳态蠕变速率增大;在658 K温度下,当应力由117 MPa增大至157 MPa时,蠕变应力指数由5.66增大至8.69;在117 MPa应力下的蠕变激活能为181.76 kJ·mol^(-1)。117 MPa应力下的蠕变控制机制以晶界滑移为主,不受试验温度影响;当应力增大至137 MPa、试验温度为658 K时,位错攀移机制对蠕变行为起主导作用。

工业级锆及锆合金性能研究现状

工业级锆及锆合金因在高温高压的环境中具有良好的力学性能和抗腐蚀性能,在化工、石油、航空领域中具有广阔的应用前景。本文阐述了工业级锆及锆合金的合金化原理,分析了R60702和R60705在不同温度下的力学性能,指出传统石油、化工及医疗行业中使用的不锈钢和镍基合金结构件或零部件已不能完全满足苛刻条件下的工况需求,概述了工业级锆及锆合金在硫酸、醋酸、盐酸等恶劣腐蚀环境及空间技术领域的应用和研究现状。新型工业锆已经表现出优异的综合性能和巨大的应用潜力,因而核结构材料生产加工研究者应进一步加强新型工业锆的技术研究并强化其应用,这对加快我国工业化和空间领域的发展具有重要意义。

基于有限元和烟花算法改进BP网络的核用锆合金管材轧制损伤预测

锆合金包壳产品是核反应堆的第一道安全屏障,特殊的使用环境决定了其加工质量的重要性。如何合理、快捷地评估锆合金管材轧制过程的缺陷损伤和疲劳寿命,是其作为核结构材料应用中必须解决的问题。常规的有限元数值分析方法(FEA),存在着建模过程复杂、计算周期长且计算量巨大等问题。有鉴于此,本工作提出了有限元仿真和机器学习复合应用技术(FEA-ML),即在首先构建锆管轧制有限元模型的基础上,通过提取模型中的剪应力图谱,结合裂纹形貌观察和疲劳试验,拟合得到管材疲劳寿命解析公式;继而借助机器学习算法,利用有限元分析获得的少量数据样本,训练建立不同工艺因素下的管材疲劳寿命预测模型。结果表明,新型FEA-ML预测模型,分析速度快、预测精度高,能够很好地克服传统FEA模型计算过慢的问题;同时,影响管材疲劳寿命的最关键因素是材料的流变应力,孔型设计次之,而轧制车速和管坯送进速度的可控工艺窗口较宽、影响较为平缓。

锆合金管材轧制用KPW冷轧管机组安装调整精度探讨

锆合金管材在现代不同领域均有着广泛应用,锆合金管材在使用前需要通过轧制完成加工,KPW冷轧管机组是完成锆合金管材轧制的关键,而其安装质量、精度会对管材轧制效果产生影响。本研究选择KPW皮尔格冷轧管机组作为研究对象,通过对其设备分析,分析其在安装阶段的精度调整要求与方法,依靠对锆合金管材轧制用KPW冷轧管机组安装调整精度的研究,更好的指导此类机组的安装工作,在保证安装质量的同时保证后续加工质量,轧制符合要求的锆合金管材。

四辊可逆轧机对热轧化工用锆板厚度精确控制的影响及优化分析

针对片式轧制的工业锆板材厚度控制精度无法满足GB/T 21183-2017,在热轧中板、薄板过程中由于温降快,板形不易控制,无法满足生产工艺要求和厚度控制要求,需多次回炉补温才能轧制到目标厚度,本文结合设备状况和轧机弹跳方程原理,通过对预压靠力、预设轧制力和轧机刚度等参数进行分析和优化,使轧机辊缝控制快速实现板材厚度精确控制。

三种核电用锆合金性能分析

以Zr-Sn、Zr-Nb和Zr-Sn-Nb系典型锆合金Zr-4、M5、Zirlo为研究对象,较为系统地对比和分析了这些锆合金的第二相粒子、力学性能、吸氢性能和腐蚀性能等的差异,对这些合金的应用情况进行了评估,建议在当前研究基础上利用材料设计方法研制新型高性能锆合金.

退火对新型锆合金组织与性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和万能试验机等,研究真空退火对新型Zr-Nb-O-Cu锆合金微观组织与力学性能的影响。结果表明:在580℃、3 h退火条件下,合金的平均晶粒尺寸为2.5μm,晶粒为等轴晶,退火前后均存在{0001}á1010?和{0001}á1120?两种织构,但基面织构强度有所降低。第二相颗粒在晶内和晶界呈弥散分布,为体心立方(BCC)结构的β-Nb相与密排六方(HCP)结构的Zr-Nb-Fe相,尺寸集中在30~150 nm之间。相对于原材,退火后合金沿轧制方向(RD)和垂直方向(TD)的屈服强度(σs)及抗拉强度(σb)均下降,试样均韧性断裂。3个方向的应变硬化指数(n)与塑性应变比(r)差异明显。晶粒与第二相的尺寸、织构等因素对力学性能有重要影响。

核反应堆用锆合金性能分析

锆合金被普遍用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管以及压力管、导向管、仪表管、端塞棒、定位格架等结构材料。锆及其合金的热中子吸收截面低,用锆合金代替不锈钢作为核反应堆的结构材料,可以节省铀燃料1/2左右。文章以Zr-Sn、Zr-Nb和Zr-Sn-Nb系典型锆合金为考察对象,较为系统地对比和分析了这些锆合金的合金元素、第二相粒子、力学性能、吸氢性能、腐蚀性能等的差异,对这些合金的应用情况进行评估,并在此基础上给出了新锆合金的研制建议。

锆管砂带磨削试验研究

由于锆管磨削的特殊理化性能,运用传统磨削工艺,导致其磨削热大,工件表面易灼伤,而砂带由于具有磨削温度低,工件表面不易出现烧伤等特点,而有"冷态磨削"之称。采用3种不同磨料砂带对锆管进行工艺试验,对磨削后工件的标准切除率和表面粗糙度及砂带磨损表面形貌进行了观测,得出适合磨削锆管的最优砂带和次优砂带。利用ImageProPlus专业图形处理软件处理计算由相机采集的图片,很好的对砂带的堵塞情况进行了分析。讨论了砂带线速度对标准材料切除率的影响,经试验砂带线速度为12 m/s,材料切出率达到最大值,并且砂带磨损较合理。

相图计算技术及其在核用锆合金研发中的应用前景

相图计算技术作为材料设计研发的重要辅助手段,可以有效地减少实验工作量,缩短研制时间,特别是对于研发周期长的材料意义更为重大。概述了相图计算技术的基本原理、主要软件和应用实例,结合核用锆合金的研发特点,指出相图计算技术可以在新锆合金成分设计、相转变温度预测、析出相种类控制、改善铸锭成分均匀性等方面提供指导和支持。

锆合金管材表面除氟工艺探索

针对核电用锆合金管材酸洗后表面存在一定程度氟残留的问题,设计了不同的除氟工艺。通过实验对比,确定一条相对合理的氟残留去除工艺——酸洗→4%HN4CO3→4%NaOH(50℃)→冷水冲洗→吹擦。用该工艺处理的锆合金管材表面的氟离子残留量为0.19μg/cm3,满足了产品要求(氟离子残留量≤0.3μg/cm3)。

锆合金研究进展及我国核电站用锆材国产化的思考

综合评述了国内外核电站用锆合金材料的研究进展,重点介绍了目前国际上发展成熟的高性能锆合金:法国的M5合金、美国的Zirlo合金、俄罗斯的E635合金、日本的NDA合金及韩国的HANA合金。分析了我国在核电站用锆合金材料研制过程中存在的问题,以及我国核电用锆材国产化的难点。对我国核电用锆材的发展思路提出了几点建议。

锆及锆合金板材自动焊接技术

采用无填充自动钨极氩弧焊,通过适当的惰性气体保护措施以及选用适当的焊接参数,对锆及锆合金板材进行了焊接,获得了成型良好、力学性能优异的焊接接头。

目视检测法在锆合金管材检验中的应用

目视检测作为无损检测的一种常用方法,具有简单、经济、速度快、可弥补其他仪器检测设备的不足及检出率高的特点,在核工业用锆材检测中具有重要的应用地位。文章重点介绍了目视检测方法在核工业用锆材检验中的应用情况,分析了目视检测的优越性以及存在的影响因素和局限性,编制了一份锆合金管材目视检测工艺,证明了目视检测的良好应用效果。最后指出目视检测法在核工业用锆材检测中的改进方向,以促进目视检测技术在核工业领域包壳管检验中的良好应用和快速发展。

锆合金力学性能分析

拉伸性能是材料力学性能参数中的基本参数之一,拉伸试验中的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率(A)又是材料拉伸性能的具体体现。本文主要通过分析锆-4合金管材、锆-4合金棒材的室温拉伸性能及高温拉伸试验性能特点,提出利用《金属材料拉伸试验方法》测量锆-4合金管、棒材在室温、高温条件下的拉伸性能,并通过比较分析f10.0 mm×2.0 mm锆合金管材和f22 mm锆合金棒材两种锆合金在不同温度和应力下的高温拉伸性能试验数据及室温拉伸性能数据,结果表明试验所用锆-4合金管材和棒材均具有拉伸性能数据集中,误差较小的特点。

锆合金织构对腐蚀性能影响的研究进展

锆的晶体结构是密排六方,其腐蚀各向异性比较显著。另外,锆合金在加工成材的过程中会产生织构,这将影响锆合金的耐腐蚀性能。论述了锆合金腐蚀各向异性的研究方法、结果和进展,并讨论了织构对锆合金耐腐蚀性能的影响,为认识锆合金的腐蚀行为、研究其腐蚀机理提供参考。

轧制和退火工艺对锆-4合金包壳管材氢化物取向的影响

采用3种管材轧制方法、2种退火工艺和2种二次退火制度，研究了轧制加工Q值（减壁与减径比）、退火制度及二次退火对锆-4合金包壳管材氢化物取向的影响。结果表明，无论Q值大小，退火后的氢化物取向因子均大于退火前；加工Q值越大，管材的氢化物取向因子越小；退火温度对氢化物取向的影响与加工Q值有密切关系，Q值越大，退火温度对氢化物取向的影响越小；氢化物取向因子随成品退火温度的升高而升高；成品矫直的锆-4合金管材在450～470℃消除应力二次退火能显著地改善氢化物取向。