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。     

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。     

锆合金的碘致应力腐蚀开裂研究(英文)

研究了不同热处理状态的Zr-2和Zr-4合金在不同浓度的碘介质及实验温度下的应力腐蚀开裂(SCC)行为。并对不同织构取向的试样在350℃下进行了蠕变实验,蠕变实验的载荷值选择与SCC实验相对应的一系列典型载荷。用扫描电子显微镜观察了断口特征,用透射电子显微镜和光学显微镜检查了材料的显微组织,用X-光衍射仪测定了锆合金的织构,分析讨论了材料状态、实验温度、碘浓度以及蠕变对锆合金碘致应力腐蚀行为的影响。     

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.     

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。     

周向拉伸条件下的N36锆合金包壳管碘致应力腐蚀开裂

350℃下,对N36锆合金包壳管环形试样施加周向拉伸载荷,绘制碘浓度分别为102、103、104 Pa下的应力-延伸率曲线,研究包壳材料在碘气体(I2)环境下的碘致应力腐蚀开裂(I-SCC)情况。应力-延伸率曲线能够衡量锆合金包壳管发生I-SCC开裂的敏感性:当I-SCC发生时,在曲线中表现为没有明显的颈缩阶段。在应力-延伸率曲线上可以找出I-SCC裂纹萌生、扩展的相应发生阶段。I-SCC降低材料的延伸率和断裂能量,降低程度均随着碘浓度的升高而增加。I-SCC环形试样在周向拉伸过程中产生平行于断口的裂纹沟槽,裂纹起始阶段均为沿晶扩展形式。     

辐照对堆用锆合金腐蚀行为的影响

综述了堆用锆合金辐照腐蚀研究的进展，包括概况、机理和模型，在ＰＷＲ运行环境下，辐照确实增强了锆合金的腐蚀，其增强因子大于２－３倍。为了降低运行成本而提高卸料燃耗和提高运行温度，使得辐照腐蚀加剧；从不同侧面提出了辐照增强腐蚀的机理和模型，包括不同射线与材料的相互作用机理，氧化膜中缺陷的形成，组织结构的变化，电导的变化和脆化，金属的辐照损伤，中间相的辐照分解，水的辐照分解和辐照对反应活化能的影响等；近年来关于中间相在不同射线下辐照分解的研究较为活跃，其进展结果为从机理上建立辐照损伤参量与辐照腐蚀性能参量的关系提供了依据。     

锆合金在高温高压水中的腐蚀

本文介绍了国产锆-2、锆-4合金在温度大于300℃的水或蒸汽中的腐蚀——氧化与吸氢;认为两种合金耐氧化性能相似,在反应堆工质中使用,具有足够的耐蚀性。水中添加少量氢氧化锂(含锂1—2ppm)或硼酸(含硼800ppm),对合金腐蚀无明显影响。在高温水中,锆-4在腐蚀300天后的吸氢增重约为锆-2的1/3—1/2;而在341℃蒸汽中,锆-4减少吸氢的优越性并不明显。水中加氢增加了锆-4的吸氢速率,但并没有达到妨碍使用的程度。预生氧化膜不能改善合金的耐长期腐蚀性能。具有热流的锆合金管与不锈钢定位架接触处的隙缝会导致危险的局部腐蚀,但在中性水条件下,腐蚀深度很浅,并不影响锆合金的长期使用。     

锆合金中的疖状腐蚀问题

本文归纳了研究疖状腐蚀方面的一些重要结果,从疖状腐蚀的形貌、影响因素、形成前后氧化膜的组织结构,以及成核长大等方面讨论了它的形成机理,并指出了如何阻止疖状腐蚀产生的一些措施。     

含草酸的硝酸溶液对锆合金的腐蚀行为

本工作模拟草酸钚沉淀母液蒸发浓缩工艺的运行条件,依据GB/T 4334.3-2000的实验要求,开展了含草酸的硝酸溶液对锆合金板材和焊件的腐蚀行为研究。采用称重法获得了腐蚀速率数据,采用扫描电镜观察金属表面的腐蚀形貌,并测定了腐蚀溶液中金属离子的浓度。结果表明:模拟实验条件下锆合金各腐蚀样品腐蚀速率均极低,测得的锆合金板材的最大平均腐蚀速率为0.001 0 g/(m²·h),焊件的最大平均腐蚀速率为0.000 7 g/(m²·h),硝酸浓度和温度变化不增加锆的腐蚀速率,腐蚀性能显著优于不锈钢。这些初步解释了法国后处理厂选择Zr-702为草酸钚沉淀母液蒸发浓缩设备材料的原因。     

锆合金中氢化物应力再取向的研究

渗氢后,氢含量约为220μg/g左右的Zr-4、Zr-2管和Zr-4板,在周向张应力为70～180 MPa(Zr管)或张应力为55～180MPa(Zr-4板)作用下,在150～400℃温度区间进行循环。研究了应力和温度循环次数对氢化物再取向程度的影响。随着应力增大和温度循环次数增加,氢化物再取向程度也增大,但是氢化物发生再取向存在应力阈值。应力阈值与温度循环次数有关,当张应力低于应力阈值时,氢化物应力再取向不明显;当应力大于应力阈值时,氢化物应力再取向程度随着与应力、温度循环次数增加而增大。Zr-4管中氢化物发生再取向时,首先从管壁外表面开始,逐渐向内推进,这可能与内、外表面织构不同有关。织构不仅对应力阈值有影响,而且也影响B值,因此控制织构仍可以制约氢化物发生应力再取向。     

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α-Zr中的固溶度则小于100 μg·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α-Zr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α-Zr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.     

某些加工因素对改性800合金碱性应力腐蚀破裂敏感性的影响

通过显微组织检验、拉伸试验、应力分析、C形环应力腐蚀试验、俄歇电子能谱(AES)分析、腐蚀形貌观察,研究了某些加工因素(冷加工和热处理)对国产改性800合金(800M)在沸腾的50%NaOH+0.3%SiO2+0.3%Na2S2O3溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)敏感性的影响.冷加工拉伸25%的800M合金管的晶粒变形拉长,屈服强度和抗拉强度增大而延伸率降低,管的残余应力增加,SCC敏感性增加.对冷变形800M合金管热处理,随温度的升高,晶粒逐渐等轴化并变大,延伸率增大,屈服强度、抗拉强度和残余拉应力和SCC敏感性降低.AES分析表明,800M合金在沸腾碱液中恒电位极化后的表面膜是富Ni 而贫Fe 、Cr的.C形环试样碱性SCC裂纹在点蚀坑起源萌生,裂纹沿晶界扩展.     

显微组织对ZIRLO锆合金耐腐蚀性的影响

将ZIRLO锆合金样品分别进行1000℃-0.5h／560℃-10h、1000℃-0.5h／冷轧／560℃-10h和750℃-0.5h、750℃-0.5h/560℃-10h、750℃-0.5h／冷轧／560℃-10h的不同处理。用透射电镜观察了它们的显微组织，将它们放入高压釜中，研究了在350℃，16.8MP,0.04M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能，结果表明，在本文所有的变形及热处理条件下中，750℃-0.5/冷轧／560℃-10h处理后样品的耐腐蚀性能最好，其原因在于样品经过这样处理后，基体αZr中固溶的Nb含量较低，并获得了纳米尺寸分布的βNb(含Fe)第二相粒子，后者对改善耐腐蚀性能尤为重要。样品在最终560℃加热处理之前的冷轧变形，可以促进βZr分解时的形核，是获得纳米尺寸βNb的必要措施。     

水化学对锆合金耐腐蚀性能影响的研究

经对包括Ｚｒ－４在内的４种不同成分锆合金耐腐蚀性能的研究发现,高湿水中添加了０．０１￣０．１ｍｏｌＬｉＯＨ后,腐蚀所折提早发生,转折后的腐蚀速度增加,这种现象随ＬｉＯＨ浓度增大变得更加显著,但在成分不同的锆合金中有明显的差异,同时添加Ｈ３ＢＯ３后又可以抑制ＬｉＯＨ的加速腐蚀作用。氧化膜显微级织的观察结果表明：转折后的加速腐蚀过程与氧化膜中孔洞簇的出现有关,添加ＬｉＯＨ以及改变合金成分后,通过影响孔     

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。     

两种锆合金显微组织与腐蚀机理研究

根据国产C锆合金与低锡Zr-4合金在纯水以及LiOH水溶液中的高压釜腐蚀试验的结果,采用透射电镜（TEM）观察基体和氧化膜显微组织,通过分析氧化增重数据,对C锆合金的腐蚀机理进行了研究。提出了3种腐蚀机理:即Nb元素有效抑制阴离子空位浓度提高,可减少氧元素扩散速率;缺陷阱的数量影响氧扩散带来的腐蚀,且空位阱数量与第二相颗粒总表面积成正比;第二相粒子氧化膨胀造成氧化膜压应力松弛,降低其稳定性并失去保护能力。      

国产新型锆铌合金水侧腐蚀行为研究

对国产新型锆铌合金进行了元件表面带有热负荷情况下的堆外动水腐蚀实验,同时进行500℃蒸汽腐蚀实验及在氢氧化锂和硼酸水中的静水腐蚀实验,获得了不同腐蚀实验条件下样品的增重或氧化膜厚度,并与改进Zr-4的数据进行了比较.利用光学显微镜(OM)对腐蚀形成的氧化膜进行了分析,采用惰气脉冲红外法测量了样品的氢含量,并用OM观察了基体中氢化物的形貌和分布.实验结果表明,国产新型锆铌合金的抗腐蚀性能优于改进Zr-4,而新型锆铌合金中细小均匀分布的第二相粒子是其具有优异抗腐蚀性能的原因.     

温度对锆合金酸洗反应动力学行为影响

采用浸泡酸洗法研究温度对锆合金酸洗速率影响,并分析锆合金酸洗释热系数。结果表明:温度对酸洗速率具有指数影响关系;在20~60℃温度范围内,每增加10℃,酸洗速率提高2.0~2.5倍,锆合金酸洗频率因子和反应活化能约为1.18×10~(12)和70 k J/mol。锆合金酸洗为放热反应,酸洗中伴随温度升高,其释热系数约为760 k J/mol。