Zr-Sn-Nb-Fe锆合金耐腐蚀性能研究

采用静态高压釜研究了去应力态和再结晶态的SZA-4(Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge)、SZA-6(Zr-0.5Sn-0.5Nb-0.3Fe-0.015Si)锆合金以及去应力态的参比合金A(Zr-1Sn-1Nb-0.1Fe)在360℃/18.6MPa去离子水、360℃/18.6 MPa/0.01 mol·L~(-1)含锂水和400℃/10.3 MPa过热蒸汽3种条件下的耐腐蚀性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察分析合金的微观结构。结果表明:在3种腐蚀条件下,SZA-4和SZA-6的耐腐蚀性能均明显优于参比合金A,相同腐蚀条件下,再结晶态的SZA-4耐腐蚀性能优于去应力态,而SZA-6表现出相反规律;SZA-4中存在2种密排六方结构(HCP)的第二相,一种为尺寸较小的Zr(NbFeCr)_2,另一种为尺寸较大的Zr(NbFeCr Ge)_2;SZA-6中存在着面心立方结构(FCC)的(ZrNb)_2Fe和密排六方结构(HCP)的Zr(NbFe)_2两种第二相。探讨了合金成分和第二相对3种Zr-Sn-Nb锆合金耐腐蚀性能的影响机理,认为合金成分是引起耐腐蚀性能差别的主要原因。     

最终退火温度对N36合金管材微观结构和性能的影响

为了对N36合金管材的微观结构和应用性能进行优化和调控,通过分析不同最终退火温度（520～560℃）下N36合金管材的性能数据,研究了最终退火温度对N36合金管材微观结构和性能的影响。经过研究发现,不同最终退火温度对于N36合金管材中的第二相粒子影响不大,主要影响N36合金管材的再结晶程度和晶粒尺寸,最终退火温度越高,则N36合金管材的再结晶程度越高,晶粒尺寸越大。随着最终退火温度升高,N36合金管材的室温和高温轴向和环向的强度明显降低,同时延伸率明显升高,主要是最终退火工艺对N36合金管材再结晶程度和晶粒尺寸的影响所造成的。随着最终退火温度升高,N36合金管材耐腐蚀性能提高,560℃最终退火温度的N36合金管材耐腐蚀性能明显优于其他管材,主要是560℃最终退火温度的N36合金管材再结晶程度最高所造成的。     

热处理工艺与合金成分对国产新锆合金拉伸性能及显微组织的影响

采用MTS材料试验机研究了去应力态和再结晶态的SZA4(Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge)、SZA6(Zr-0.5Sn-0.5Nb-0.3Fe-0.015Si)2种不同成分的锆合金在室温和385℃的拉伸性能,采用扫描电镜(SEM)分析了断口形貌,采用透射电镜(TEM)分析合金与第二相的微观结构。结果表明:各材料均有较好的力学性能,SZA4-450℃的强度最高,SZA4-560℃和SZA6-560℃的塑性最好;各材料的微观断口形貌均为韧窝,表明断裂方式为韧性断裂,同时可见大量的第二相粒子均匀、弥散地分布在基体中;SZA-4中存在2种密排六方结构(HCP)的第二相,尺寸较小的为Zr(Nb F20e Cr)2,尺寸较大的为Zr(Nb Fe Cr Ge)2,SZA-6中存在面心立方结构(FCC)的(Zr Nb)2 Fe和HCP结构的Zr(Nb Fe)2 2种第二相。最后分析了热处理工艺和合金成分对拉伸性能及显微组织的影响,认为热处理工艺的影响起主要作用。     

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。     

用正电子湮没技术研究新锆合金包壳的离子辐照效应

国产Zr-Sn-Nb系新锆合金SZA-4和SZA-6是CAP1400大型先进压水堆包壳材料的主要候选材料,对其辐照性能的研究可为制备工艺改进提供科学依据。在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器辐照终端,在300 ℃温度下,用100 MeV的Fe束流对两种新锆合金包壳管材进行5 dpa剂量辐照。辐照前后的正电子湮没寿命测量表明：两种样品辐照前湮没寿命为Zr中单空位寿命,表明管材制备过程中最后的退火温度和时间尚未完全消除加工引入的缺陷;两种样品辐照后的正电子湮没寿命减小,分析表明这是由于辐照导致Fe在锆合金中重新分布,主要分布在bcc结构的β-Nb沉淀相颗粒与hcp结构的α-Zr基体之间具有开空间的相界,正电子被相界捕获,与周围Fe原子电子湮没,造成湮没寿命减小。     

温度对Zr-Sn-Nb合金致应力碘腐蚀开裂的影响

研究了N18和N36锆合金在不同温度下的碘致应力腐蚀开裂(SCC)行为,用扫描电镜进行了断口分析.结果表明,对于再结晶状态的锆合金,随着试验温度升高,KISCC(临界应力强度因子)降低,裂纹萌生所需的应力降低,裂纹萌生所需的时间也变短;对于去应力状态的N18合金,试验温度从300℃增加到350℃,KISCC基本不变,裂纹萌生所需的应力降低,裂纹萌生所需的时间也变短;随着试验温度升高,断口上的腐蚀产物增多.     

V-W-Ti合金的回复和再结晶行为

研究了几种冷变形钒合金的回复和再结晶特性。合金材料包括V8W,V7WA1,V6WTi和V4Ti。原始态合金的冷变形量为50％,在经过100-1 100℃范围内的不同温度,1 h等时退火后,测试了合金的硬度和微观组织变化。研究结果表明,虽然几种新型钒合金具有近似相等的硬度,且在1 h内发生完全再结晶的温度基本相同,约为900℃,但回复和再结晶特性仍存在明显差异。V6WTi合金的起始再结晶温度约为700℃,比V4Ti合金高出约100℃,而比其他两种合金高出约200℃。V8W合金在约300℃退火时出现硬度峰值,其回复和再结晶行为几乎与金属V完全一致。该硬度峰被认为是合金中的O,N和C杂质与位错交互作用的结果,而合金含Ti能明显抑制该交互作用过程。在退火过程中,含Ti合金中出现了许多析出物,该析出物和合金元素W联合作用,使V6WTi合金具有最高的起始再结晶温度。     

加工工艺对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

着重研究了热加工制度,冷轧工艺,成品退火制度对Zr-4合金管材氢化物取向的影响。结果表明,再结晶退火的成品管材,铸锭经过淬火后,氢化物取向因子低于铸锭直接挤压的氢化物取向因子。本试验进行的四种冷轧工艺对氢化物取向因子影响不大。在合适的冷轧工艺条件下,清除应力退火的管材,氢化物取向因子非常少。氢化物几乎都沿着圆周方向分布。在现有的工艺条件下,成品管靠外壁的氢化物取向因子高于内壁的氢化物取向因子。     

加工工艺对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

着重研究了热加工制度,冷轧工艺,成品退火制度对Zr-4合金管材氢化物取向的影响。结果表明,再结晶退火的成品管材,铸锭经过淬火后,氢化物取向因子低于铸锭直接挤压的氢化物取向因子。本试验进行的四种冷轧工艺对氢化物取向因子影响不大。在合适的冷轧工艺条件下,清除应力退火的管材,氢化物取向因子非常少。氢化物几乎都沿着圆周方向分布。在现有的工艺条件下,成品管靠外壁的氢化物取向因子高于内壁的氢化物取向因子。     

材料状态对锆合金碘致应力腐蚀的影响(英文)

在不同碘浓度(碘加热温度分别为40℃,65℃,110℃)和流动高纯氩的气氛下,经再结晶退火和消除应力退火的非辐照锆-2和锆-4合金,分别在300℃,350℃和400℃的温度下,进行了单轴拉伸试验,以便了解材料状态、微观组织对锆合金碘致应力腐蚀行为的影响。试验结果表明,在应力腐蚀过程中的初始阶段,由于晶间腐蚀行为与材料微观组织有关,晶粒度对材料应力腐蚀行为(对不同碘浓度)均很敏感;在相同试验温度下,碘浓度增加使裂纹生长加快;随着试验温度提高,裂纹生长速率增加;由于织构影响,再结晶退火材料比消除应力退火的材料好。     

高温退火对TZM合金拉伸性能的影响

通过室温拉伸试验和组织断口形貌观察,研究了TZM合金在不同退火温度下的性能与组织变化现象.结果表明,随着退火温度升高,TZM合金抗拉强度下降,塑性增强.研究中观测到,材料基体存在较多的夹杂缺陷,不同退火温度使夹杂的尺寸发生变化是影响力学性能改变的主要因素.     

新锆合金碘致应力腐蚀断口研究

利用扫描电镜和EDXA对新锆合金碘致应力腐蚀的断口进行了形貌观察和成分分析。在断口表面发现腐蚀产物、二次裂纹、沿晶开裂和穿晶准解理开裂等应力腐蚀断裂特征,并观察到锆合金碘致应力腐蚀的“沟槽”特征。起裂区为沿晶开裂,在裂纹扩展阶段,开裂以穿晶为主。断口上腐蚀产物的成分主要是氧和锆,局部准解理开裂区域可检测到碘。去应力退火试样上发现了平行轧面的深沟,且沿晶开裂不明显。试验温度升高,断口上的腐蚀产物增多,而且沿晶开裂更容易。碘分压不仅影响腐蚀产物层的厚度,而且碘分压较高时沿晶开裂容易发生。     

加工工艺对Zr-4合金薄壁管材氢化物取向的影响

采用两种轧制方法、5种退火制度与4种矫直压下量,研究了冷轧工艺、成品退火制度、矫直工艺对Zr-4合金薄壁管材氢化物取向的影响.结果表明,冷轧工艺对氢化物取向因子的影响不大;在合适的冷轧工艺条件下,消除应力退火的管材,氢化物取向因子非常小,氢化物几乎都沿周向分布;随退火温度的增加氢化物取向因子增大;矫直压下量对氢化物取向因子的影响较大,随压下量的增大氢化物取向因子增大,管材靠外壁的氢化物取向因子高于其内壁.     

管材内压闭端爆破测试系统的研制

研制了管材内压闭端爆破测试系统.该系统实现了按ASTMB811-90标准要求的对锆合金核燃料包壳管室温闭端爆破性能及材料在施加内压过程应变的测试.     

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。     

材料状态对锆合金碘致应力腐蚀的影响

在不同碘浓度(碘加热温度分别为40℃,65℃,110℃)和流动高纯氩的气氛下,经再结晶退火和消除应力退火的非辐照锆-2和锆-4合金,分别在300℃,350℃和400℃的温度下,进行了单轴拉伸试验,以便了解材料状态、微观组织对锆合金碘致应力腐蚀行为的影响。试验结果表明,在应力腐蚀过程中的初始阶段,由于晶间腐蚀行为与材料微观组织有关,晶粒度对材料应力腐蚀行为(对不同碘浓度)均很敏感;在相同试验温度下,     

加工工艺对Zr—4管抗疖状腐蚀的影响

应用高压釜，金相及电子显微镜等研究了不同加工工艺的Ｚｒ－４包壳的疖状腐蚀行为。结果表明，改进工艺加工的管材比常规工艺加工的管材有更优良的抗疖状腐蚀性能，去应力试样比再结晶试样有较强的抗疖状腐蚀能力，影响Ｚｒ－４合金抗腐蚀性能的主要因素是Ｆｅ和Ｃｒ合金元素在α－Ｚｒ中的固溶含量，而不是第二相粒子的大小。     

新锆合金低周疲劳特性研究

采用薄壁管材试样,对f9.50.57mm规格的2种新型锆合金管材进行了5个应变水平下的低周疲劳实验,且对其中的两个应变水平做了统计分析。对实验数据处理后,得到了管材的Det-N关系曲线和疲劳拟合曲线方程。并对管材在不同应变水平的低周疲劳断口做了金相和SEM分析,讨论了新型锆合金薄壁管材的低周疲劳断裂机理。     

热处理工艺对冷旋U-6.5Nb合金电化学腐蚀行为的影响

采用冷旋方法制备了管状U-6.5Nb合金零件,分别在400、600和700℃下对合金零件进行1h退火处理,考察了不同状态的U-6.5Nb合金在含50μg/gCl-的氯化钾水溶液中的电化学腐蚀行为,采用扫描电镜表征了腐蚀前后的形貌特征。结果表明：所有状态的合金均未发生钝化,冷旋态和700℃退火态合金为单相组织,具有较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流,400℃退火和600℃退火态合金为双相组织,具有较低的腐蚀电位和较大的腐蚀电流。单相合金比双相合金具有更好的抗腐蚀能力,但更易发生点蚀。双相合金表面Nb成分不均是其抗腐蚀性不佳的主要原因。     

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.