Zr-4合金管材加工工艺对氢化物取向因子的影响

锆合金广泛应于水冷反应堆的堆芯包壳材料和结构材料。在核反应堆运行时,锆合金表面被水氧化的同时,还会同时生成氢气。部分氢被锆合金吸收生成片状或者针状氢化锆。氢化物取向因子是衡量核反应堆用锆合金管材氢化物的重要指标。文章通过氢化物实验研究了加工工艺参数轧制送进量、退火制度及矫直弯曲量对Zr-4合金管材氢化物取向因子的影响关系。结果表明:Zr-4合金氢化物取向因子随着轧制送进量的增加有增大的趋势;不同轧制送进量的管材再结晶退火后,氢化物取向因子呈无序紊乱状态;Zr-4合金管材氢化物取向因子随着矫直弯曲量的增大而加大。     

矫直参数与Zr-4合金氢化物取向因子的PNN-FEM研究模型

文章基于概率神经网络（PNN）和有限元（FEM）相结合的方法,建立了矫直参数与Zr-4合金管材氢化物取向因子关系的模型。结果表明:建立的模型结构为3-0.6-1,均方误差（RMSE）最小值为0.012,网络敏感性分析认为入口矫直辊角度、中间矫直辊角度、出口矫直辊角度对网络的精度影响较小,而压下量和弯曲度对网络精度影响很大。随着矫直压下量和弯曲度的增加,Zr-4合金氢化物取向因子数值增加。该模型可有效预测矫直参数与Zr-4合金氢化物取向因子的影响规律,为确定Zr-4合金矫直工艺参数提供理论参考。     

内喷砂应用于Zr-4管材生产加工过程的可行性

Zr-4合金管材生产过程中的内酸洗工序虽然可消除管材轧制缺陷,但是酸液中的HF与锆反应会引起锆合金管材表面的氟化锆残留,进而可能会影响反应堆的安全运行。为了降低或者消除Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,文章对比4种锆合金生产工艺方案,并通过表面粗糙度测试、腐蚀实验及超声检测论证了内喷砂工序代替内酸洗工序在锆合金管材生产加工过程中的可行性。采用内喷砂后的锆合金管材内表面粗糙度、腐蚀性能和超声检测结果与传统工艺效果相当。最终确定优化后锆合金生产工艺流程为:轧制→脱脂→退火→矫直→内喷砂→内清洗→抛光→性能检测。该工艺可应用于锆合金管材的生产,降低Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,为优化Zr-4合金管材生产工艺奠定了基础。     

变形量对Zr-4合金管材性能影响

锆及锆合金在核电站水冷动力堆的包壳管和堆芯结构材料中具有广泛的应用前景。文章研究了变形量分别为55%和60%的Zr-4合金管材力学、均匀腐蚀及氢化物取向性能。结果表明:55%变形量的Zr-4管材的室温拉伸性能中抗拉强度和屈服强度高于60%变形量的Zr-4管材。55%变形量的Zr-4合金管材的高温（316℃）拉伸性能中抗拉强度、屈服强度以及延伸率波动小于60%变形量的的Zr-4管材。变形量为60%的Zr-4合金管材均匀腐蚀和氢化物取向因子测试结果略低于变形量55%的Zr-4管材。     

酸洗工艺对Zr-4合金管材氟残留影响

酸洗工艺能消除锆合金管材内外表面划伤、点坑、色差等缺陷,但是锆合金和酸液反应后会生成氟残留。SGHWR核反应堆中发现锆合金包壳出现由内向外穿透性的腐蚀裂纹,实验认为可能与包壳管表面的氟残留有关。文章通过高温分光广度法、有限元、能谱分析的方法研究了酸液（HF与HNO3酸的混合液）浓度、酸洗次数及管材裂纹对Zr-4合金管材氟残留或氟元素的影响。结果表明:随着HF浓度的增加,Zr-4合金表面的氟残留数值略有增加。酸洗次数对Zr-4合金表面的氟残留数值结果无影响。管材缺陷断口面的氟元素基本保持在一个水平基准面。     

钴靶件用锆合金管材氢化物取向的控制

介绍了钴靶件用锆合金管材研制中,不同成品道次变形量、成品退火温度和矫直过程对管材氢化物取向性能的影响。并通过采用合理的加工工艺,实现了产品氢化物取向的控制,生产出满足设计要求的锆合金管材。研究结果对其它规格核用锆合金管材生产有一定的借鉴意义。     

锆合金管材残余应力分析

随着我国核电的快速发展,锆及锆合金材料已广泛应用于核反应堆材料中。文章从锆合金加工过程中的锻造、挤压、淬火、轧制和矫直对锆合金管材残余应力的影响进行论述,指出锆合金管材在锻造、挤压、挤压后的淬火、轧制和矫直工序中的残余应力产生方式及应力分布规律,并根据残余应力产生的原因提出改进方法,为减少甚至消除锆合金管材表面的残余应力提供必要的理论和实践基础。     

锆合金管材内表面粘结缺陷及控制

锆合金管材主要承担着密封铀芯块的作用,其产品的质量直接决定着反应堆的安全和质量。在锆合金管材生产轧制过程中由于原料及生产过程中容易忽略的因素有可能导致管材内表面产生粘结缺陷。粘结缺陷是冷轧锆合金管材内表面常见的质量控制缺陷之一。文章针对可能导致管材内表面产生粘结缺陷的因素,用质量控制中常用的故障树分析法对其进行分析,并利用有限单元法建立Zr-4合金管材内壁粘结形成的FEM模型,综合各个工序,从各个环节中提出改进措施及建议,力求提高锆合金管材的产品质量。     

双轴比例加载条件下含氢化物Zr-4合金变形行为的数值分析

采用有限元数值分析方法,模拟了含氢化物Zr-4合金拉-扭双轴比例加载下的变形行为.相同外加等效应变下,加载路径对含氢化物Zr-4合金的应力、应变分量的大小和分布有明显的影响,而对其等效应力-应变曲线影响较小.不同加载路径下, Zr-4合金基体的最大静水拉应力区位于氢化物与基体的界面附近.随着拉伸-扭转应变比的增加,基体中最大静水拉应力增加,而最大静水拉应力位置与外加剪切方向的夹角由45°逐渐转向90°.     

冷变形工艺对锆合金包壳管氢化物取向的影响

使用4种不同壁厚外径为17.82mm的Zr-4合金半成品管,在KPW25LC轧机上使用相同的参数轧制Φ9.53mm×0.60mm成品管,同炉退火后和矫直后检测不同工艺下的氢化物取向并对比分析,结果表明,冷轧Q值对成品管材的氢化物取向影响至关重要,确定成品轧制Q值与氢化物取向因子的规律,明确管材氢化物取向的影响和控制措施。