Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.03Ge合金在400 ℃含氧过热蒸汽中的腐蚀行为

为了探究Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.03Ge(质量分数,%)合金在400℃/10.3 MPa不同氧含量过热蒸汽中的腐蚀行为,将Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.03Ge合金样品分别放入静态高压釜和动态高压釜中进行400℃/10.3 MPa的除氧、300×10^-9溶解氧(DO)和1000×10^-9 DO过热蒸汽腐蚀试验。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征手段对合金和氧化膜的显微组织以及氧化膜中各元素的价态进行分析。结果表明,与除氧环境相比,Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.03Ge合金在300×10^-9 DO和1000×10^-9 DO环境中的平均腐蚀速率分别增加了23.5%和29.4%,这说明DO会加速合金的腐蚀,且DO含量越高腐蚀加速作用越明显;DO不但促进了氧化膜中Fe、Cr、Sn和Ge等合金元素的氧化,还会加速O/M界面处Zr→ZrO_x→ZrO₂...     

Sn含量对N36锆合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响

比较了N36(Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe)及低锡N36 (Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe)锆合金样品在360 ℃/18.6 MPa/0.03 mol/L LiOH 水溶液中的耐腐蚀性能,发现N36提前发生腐蚀转折,转折后腐蚀增重远高于低锡N36。观察了腐蚀转折后合金样品氧化膜形貌及物相特征,发现在氧化膜断面上形成平行于氧化膜／金属界面的裂纹,而界面氧化膜呈"菜花"状生长;与N36相比,低锡N36氧化膜形貌显示断面裂纹相对较少,界面生长的氧化膜较为平整;随腐蚀速率的增加,断面裂纹增多,界面膜呈"菜花"状凸起越严重;氧化膜中产生的裂纹与四方相的转变有关。讨论了Sn对N36合金耐腐蚀性能影响的机理,认为固溶在α-Zr中的Sn含量是引起耐腐蚀性能差别的主要原因。     

Mo对Zr-Fe-Cr合金力学性能的影响

采用非自耗真空电弧熔炼方法制备Zr-0.4Fe-1.0Cr-xMo (x=0,0.2,0.4,0.6)合金材料,研究了该锆合金在室温下及350 ℃下的拉伸性能。Zr-0.4Fe-1.0Cr-xMo合金的强度高于Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr合金。室温下,合金的抗拉伸强度随着Mo含量的增加而降低,而350 ℃下,合金的抗拉伸强度随着Mo含量的增加而升高,Mo 对Zr-0.4Fe-1.0Cr合金有明显的高温强化作用。形变强化指数n值随Mo含量的变化趋势与屈服强度的变化趋势相反。Mo含量对Zr-0.4Fe-1.0Cr-xMo合金拉伸性能的影响与Mo的添加引起第二相粒子特征的变化密切相关     

溶解氧对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb合金在400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

为探究溶解氧（DO）对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb（质量分数%,下同）合金在400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响,本研究将合金样品放入静态高压釜和动态高压釜中进行400 ℃/10.3 MPa/除氧和300 ppb DO过热蒸汽腐蚀试验。采用腐蚀增重曲线表征合金的耐腐蚀性能,利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了锆合金在两种腐蚀环境下氧化膜的显微组织以及氧化膜/金属（O/M）界面特性。结果表明:DO会加速Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb合金的腐蚀,在300 ppb DO条件下腐蚀250 d的增重比除氧条件下高17%;在除氧条件下O/M界面处的过渡层比300 ppb DO条件下的更薄,过渡层中检测到约为100 nm的ZrO层,而在300 ppb DO条件下没有检测到ZrO层,更厚的过渡层和ZrO层的存在一定程度上可以为Zr氧化过程中的应力释放提供更充足的时间,减少了裂纹的产生,起到延缓锆合金腐蚀的作用,这与除氧条件腐蚀后期其有较好的耐腐蚀性能相对应。     

Sn含量对Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金相变温度和沉淀析出相的影响

以Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr与Zr-0.8Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr2种不同Sn含量锆合金为研究对象,采用差示扫描量热法(DSC)测量2种锆合金的相变温度,探讨Sn含量变化对锆合金相变点的影响。同时,采用SEM对热轧态、热轧退火态、冷轧态、冷轧退火态、终轧态、终轧退火态6种加工工序样品分别进行详细的微观组织观察,随后通过定量金相法对2种锆合金在不同加工工序下的第二相大小及分布等特点进行对比分析,得出2种锆合金定量的统计结果。降低Sn含量对α→β相变点有明显影响,而沉淀析出相的颗粒形状基本不变,但是第二相颗粒平均尺寸减小。扫描电镜的能谱(EDS)分析半定量地说明Sn在锆合金中存在不同程度的成分偏析。     

溶解氧对Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金在500℃和10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响（英文）

为了更好地了解溶解氧对锆合金耐腐蚀性能的影响,研究Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr(质量分数,%)合金在1×10~(-6)溶解氧和除氧的500℃和10.3MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。利用SEM、TEM、EDS、EBSD研究合金和氧化膜的显微组织。结果表明,高的溶解氧含量会加速合金的腐蚀。与除氧条件相比,在溶解氧条件下氧化膜更疏松且微裂纹更多,氧化膜内表面更加凹凸不平。对于除氧条件下形成的氧化膜,其(002)m、■和(101)t晶面的选区电子衍射斑点较强,而(001)m和■晶面的选区电子衍射斑点较弱;而在溶解氧条件下形成的氧化膜,其(111)_m、(200)_m和(101)_t晶面的选区电子衍射斑点较强,而(100)_m和(110)_m晶面的选区电子衍射斑点较弱。在过热蒸汽条件下较高的溶解氧含量会加速氧化膜的生长,进而降低锆合金的耐腐蚀性能。     

Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr-xBi合金在400℃过热蒸汽中的腐蚀行为

采用静态高压釜腐蚀试验研究了Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr-xBi（x=0.1,0.3和0.5,质量分数,%）合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为;并用TEM、EDS和SEM观察分析了合金和腐蚀后氧化膜的显微组织。结果表明,在Zr-0.8Sin0.35Nb-0.4Fe0.1Cr合金中添加0.1%,0.3%和0.5%的铋对其在400℃过热蒸汽中的耐腐蚀性能都有较大改善作用,但随着铋含量的增加,其改善作用减弱;在Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr合金中添加0.1%铋后,合金中只有Zr（Fe,Cr,Nb）₂一种第二相;添加0.3%铋后,有Zr（Fe,Cr,Nb）₂和Zr-Fe-Sn-Bi两种第二相析出;添加0.5%铋后,有Zr（Fe,Cr,Nb）₂,Zr-Fe-Sn-Bi和Zr-Fe-Cr-Nb-Sn-Bi三种第二相析出;Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr合金中添加适量铋会促进原来固溶的锡以第二相析出。以上结果说明Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr-xBi合金在580℃时α-Zr基体中可固溶不少于0.1%的铋,这对改善合金的耐腐蚀性能是有利的,但含铋和锡第二相的析出则使合金的耐腐蚀性能下降。     

Zr-0.7Sn-0.35Nb-0.3Fe-xGe合金在高温高压LiOH水溶液中耐腐蚀性能的研究

利用静态高压釜腐蚀实验研究了Zr-0.7Sn-0.35Nb-0.3Fe-xGe（x=0.05,0.1,0.2,质量分数,%）系列合金在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能;利用TEM和SEM分别观察了合金基体的显微组织和氧化膜的显微组织.结果表明:Ge可以显著改善Zr-0.7Sn-0.35Nb-0.3Fe合金在高温高压LiOH水溶液中的耐腐蚀性能,当Ge含量为0.1%时,合金的耐腐蚀性能最佳.在Zr-0.7Sn-0.35Nb-0.3Fe-xGe系列合金中发现尺寸较小的hcp结构的Zr（Fe,Cr,Nb）₂型、Zr（Fe,Cr,Nb,Ge）₂型第二相和尺寸较大的四方结构的Zr₃Ge型第二相.腐蚀220 d的Zr-0.7Sn-0.35Nb-0.3Fe-0.1Ge合金氧化膜致密,厚度较薄,几乎没有微孔隙和微裂纹,ZrO₂柱状晶较多.这说明添加适量的Ge不仅可以有效延缓氧化膜中空位扩散凝聚形成微孔隙和微孔隙发展形成微裂纹的过程,还可以延迟ZrO₂由柱状晶向等轴晶的演化,从而改善合金的耐腐蚀性能.     

Zr-Sn-Nb-Fe合金金属间化合物及其α/β相变温度的研究

利用大功率X射线衍射仪研究了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.3Fe合金金属间化合物的晶体结构,结果表明,Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.3Fe合金的金属间化合物是Ti2Ni结构的立方(ZrNb)2Fe和六方Zr(NbFe)2。在轧制状态下,六方Zr(NbFe)2是主要的析出相。400℃淬火时,立方(ZrNb)2Fe是主要的析出物。750℃时,不再观察到六方Zr(NbFe)2;850℃时,不再观察到立方(ZrNb)2Fe。综合DTA和X射线测试结果,确定合金-αZr→-βZr转变开始温度为633℃,这个温度也是Zr(NbFe)2开始熔入-βZr的温度,在785℃,立方(ZrNb)2Fe开始熔入-βZr,到1000℃时,-αZr→-βZr转变结束。     

Sn和Nb对Zr-Sn-Nb-Fe锆合金中第二相粒子的影响

利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究了采用相同工艺制备的Zr-1.2Sn-1Nb-0.3Fe、Zr-0.4Sn-1Nb-0.3Fe和Zr-0.4Sn-0.65Nb-0.3Fe锆合金板材中的第二相粒子特征。结果表明,Sn在第二相中存在偏聚,第二相颗粒的形成过程中Nb直接析出,合金中第二相主要为密排六方结构Zr(Nb,Fe)2;当Nb含量为1wt%、Sn含量从0.4wt%增加到1.2wt%时,第二相面密度减小而平均直径变大,第二相中Nb/Fe比升高;当Sn含量为0.4wt%、Nb含量从0.65wt%增加到1wt%时,第二相面密度增大而平均直径变小,第二相中Nb/Fe比同样升高。     

Effect of Hydrogen Content on Low-Cycle Fatigue Behavior of Zr-Sn-Nb Alloy

研究氢对NZ2新锆合金(Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr)低周疲劳行为的影响规律,采用4种不同氢含量(未渗氢,200,450,730μg/g)的板材试样进行室温和375℃下的低周疲劳试验.结果表明,在375℃下,循环变形时发现了动态应变时效现象,渗氢及氢含量的变化不会影响动态应变时效的发生;氢可以提高375℃下NZ2合金的低周疲劳寿命并且导致氢致循环软化.     

Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金热变形行为及动态再结晶模型建立

热轧过程中的动态再结晶影响锆合金板材的组织、织构演化以及最终力学性能。在本研究中,利用Gleeble 3800热模拟实验研究了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金在应变速率为0.01～10 s-1范围下,变形温度在550～700℃的动态再结晶行为。通过对实测应力-应变结果的加工硬化速率分析,确定了动态再结晶开始发生的临界应变和峰值应变。动态再结晶是通过塑性变形过程中流变应力的软化来判断的,并量化为计算的动态回复曲线和实测的应力-应变曲线之间的差异。采用计算的临界应变、峰值应变和动态再结晶体积分数对动态再结晶过程进行建模,最终利用EBSD统计所得的再结晶体积分数验证了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金的动态再结晶模型。     

Zr-0.4Sn-0.65Nb-0.3Fe锆合金相变(α→α+β)开始温度研究

用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)测定Zr-0.4Sn-0.65Nb-0.3Fe锆合金的相变开始温度(T_(α→α+β)),并对以上不同测试方法及其所得结果进行分析。结果表明,用DSC所测的合金T_(α→α+β)存在一定误差,要比用SEM和TEM分析所得合金的T_(α→α+β)偏高;经SEM和TEM测得Zr-0.4Sn-0.65Nb-0.3Fe锆合金的T_(α→α+β)为646~650℃。     

N18锆合金氢致裂纹延迟开裂临界温度研究

研究了N18锆合金(Zr-1Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr)发生氢致延迟开裂(DHC)临界最大开裂温度(Tc)和临界最小止裂温度(Th)随氢含量的变化规律;同时对裂纹尖端偏聚氢含量及静水应力和发生DHC的临界氢含量进行了理论分析,建立理论模型对临界温度进行理论计算.结果表明:N18合金发生氢致延迟开裂的临界温度介于相同氢含量下溶解固溶温度与析出固溶温度之间,且最大开裂温度小于最小止裂温度,计算的临界温度值与实验值相当吻合,因此该理论模型能够真实反映N18锆合金的氢致延迟开裂的物理过程.     

V对Zr-1Nb-0.1Fe合金显微组织及耐腐蚀性能的影响

采用真空自耗电弧炉熔炼制备了Zr-1Nb-0.1Fe和Zr-1Nb-0.1Fe-0.05V合金,通过OM、SEM和XRD观察分析了两种合金的金相组织、第二相粒子以及在360℃、18.6MPa条件下在LiOH与硼酸配制的Li+B水溶液中长期腐蚀后的腐蚀氧化膜相组成,研究了V对Zr-1Nb-0.1Fe合金微观组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Zr-1Nb-0.1Fe合金中添加0.05%的V能够细化组织晶粒,形成尺寸较小且弥散分布的第二相粒子,并改变Zr-1Nb-0.1Fe合金在Li+B水溶液中氧化膜微晶结构,具有稳定氧化膜的四方相(tZrO_2),提高了合金在360℃、18.6MPa条件下的Li+B水溶液中的耐腐蚀性能。     

Zr-1Nb-xGe-yBi合金的耐腐蚀性能

利用堆外静态高压釜实验研究了Zr-1Nb-x Ge-yBi(x=0.05-0.1,y=0.2-0.4,质量分数,%)合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽和360℃/18.6 MPa去离子水中的耐腐蚀性能,利用高分辨透射电镜(HRTEM)和高分辨扫描电镜(HRSEM)研究了合金和合金腐蚀后氧化膜的显微组织。结果表明,合金中只存在β-Nb、Zr Nb Fe型和Zr3Ge 3种第二相;在Zr-1Nb合金中复合添加Ge和Bi可明显提高合金的耐腐蚀性能,其中Zr-1Nb-0.05Ge-0.3Bi合金的耐腐蚀性能相对较好,优于单独添加Ge的Zr-1Nb-0.05Ge合金和单独添加Bi的Zr-1Nb-0.3Bi合金。这进一步说明固溶在α-Zr中的Ge和Bi确实是改善Zr-1Nb-x Ge-yBi合金耐腐蚀性能的主要原因。     

Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金板材多道次热轧过程的有限元分析

通过等温热压缩实验研究了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金在变形温度为550、600、650和700℃和应变速率为0.01、0.1、1和10 s^-1以及最大变形程度为70%条件下的热变形行为。在考虑变形热效应的基础上,对真应力-真应变曲线进行了温度修正,并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上建立了峰值应力模型。通过Deform对Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金板材在初始温度为630℃和轧制速度为30、45和60 m·min^-1条件下从板厚104 mm轧制至19 mm的多道次热轧过程进行了有限元模拟,并与热轧实验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。此外,研究了轧制速度对热轧过程中轧板温度、轧制力以及最终板厚的影响。结果表明：随着轧制速度的增大,轧板的表面温度和心部温度随之增大,而轧制力和最终板厚随之减小。     

Zr-Sn-Fe-Cr-(Nb)合金在500℃过热蒸汽中的腐蚀各向异性研究

选用无织构的Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr和Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金大晶粒片状样品,利用静态高压釜在500℃,10.3 MPa过热蒸汽中进行500 h的腐蚀实验,采用EBSD,SEM和TEM等方法研究了合金的显微组织以及氧化膜的厚度与金属晶粒表面取向的关系.结果表明,Nb对第二相的晶体结构产生影响,Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr合金中的第二相主要为fcc的Zr(Fe,Cr)2,而Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金中的第二相为fcc和hcp的Zr(Nb,Fe,Cr)2;2种合金均未出现疖状腐蚀,并且不同金属晶粒取向上的氧化膜厚度没有明显差别,即没有表现出腐蚀各向异性特征.     

Ta含量对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-xTa合金力学性能和腐蚀性能的影响（英文）

系统研究了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta (x=0, 0.2, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0)合金的微观组织、拉伸性能、夏比冲击韧性和耐海水腐蚀性。结果表明,经α+β两相区锻造后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-5Ta合金获得片层组织,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta (x=0, 0.2, 0.5, 1.0, 3.0)均获得双态组织。XRD、TEM和选区电子衍射表明,在添加Ta元素后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金没有新相产生。对于双态组织Ti-6Al-3Nb-Zr-1M0-x Ta合金,随着Ta含量的增加,其Mo当量逐渐增加,导致其屈服强度、抗拉强度和显微硬度均有所提高。而Ta含量对冲击吸收功的影响规律与屈服强度和抗拉强度的影响规律相反,其大小与冲击断口剪切唇区面积一致。当Ta含量超过1.0%(质量分数)时,由于α和β相之间的标准平衡电位差逐渐增大,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金的耐海水腐蚀逐渐降低。综合考虑强度、冲击韧性和耐海水腐蚀性能,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-1Ta合金综合匹配性最好,具有良好的海洋工程应用潜力。     

Ta含量对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-xTa合金力学性能和腐蚀性能的影响

系统研究了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0,5.0)合金的微观组织、拉伸性能、夏比冲击韧性和耐海水腐蚀性。结果表明,经α+β两相区锻造后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-5Ta合金获得片层组织,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0)均获得双态组织。XRD、TEM和选区电子衍射表明,在添加Ta元素后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金没有新相产生。对于双态组织Ti-6Al-3Nb-Zr-1M0-x Ta合金,随着Ta含量的增加,其Mo当量逐渐增加,导致其屈服强度、抗拉强度和显微硬度均有所提高。而Ta含量对冲击吸收功的影响规律与屈服强度和抗拉强度的影响规律相反,其大小与冲击断口剪切唇区面积一致。当Ta含量超过1.0%(质量分数)时,由于α和β相之间的标准平衡电位差逐渐增大,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金的耐海水腐蚀逐渐降低。综合考虑强度、冲击韧性和耐海水腐蚀性能,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-1Ta合金综合匹配性最好,具有良好的海洋工程应用潜力。