核燃料锆合金包壳管的超声波探伤

介绍压水堆核燃料锆合金包壳管(Φ10.0 mm×0.70 mm)的超声波自动探伤方法和工艺,讨论不同长度、宽度、深度、角度的纵向和横向人工缺陷的超声响应结果。通过对检测出缺陷的典型包壳管进行金相解剖,确定缺陷性质和实际尺寸,验证超声探伤结果。针对实际探伤中的问题,考虑质量和成本控制,提出对不同缺陷的验收准则。实践应用表明,现行探伤方法和工艺能检出管材不同位置处10μm级的微小缺陷。但受缺陷的类型、取向的影响,探伤仪检测得到的回波幅度并不能完全真实地反应缺陷的实际大小和性质,需要在实际探伤时针对管材的制造工艺水平采取适当的加严措施,对不同的缺陷加以控制,才能更好地保证核燃料包壳管的质量。     

6 核电站用M5合金包壳管疲劳性能研究

M5锆合金是法国法马通公司开发研制的新一代燃料包壳材料，现已用作第3代改进型燃料组件AFA-3G燃料棒的包壳。     

M5合金包壳管高温爆破性能

在反应堆运行期间，特别是运行后期，由于燃料芯块与包壳的机械相互作用以及燃料芯块的裂变气体的释放，包壳管将承受较大的双轴应力。为保障在反应堆运行期间的安全性，燃料元件包壳管的完整性非常重要。而内压爆破试验更能体现出燃料包壳材料在堆内时的真实受力状态。     

低锡Zr—4包壳管电子束焊接时发生的合金元素蒸发现象

采用电子探针的波谱分析方法,对国产低锡Ｚｒ－４包壳管的环焊缝试样进行表面成份分析。分析结果表明,从焊缝的外边到内边缘,Ｓｎ,Ｃｒ,Ｆｅ元素的化学成份在统计上呈增大趋势,腐蚀后出现了白色产物的试样表层,其Ｓｎ,Ｃｒ,Ｆｅ元素含量相当程度地降低。这一事实表明,国产低锡Ｚｒ－４包壳管采用电子束焊接时,在一定的焊接规范环焊缝的合金元素存在严重蒸发现象,特别是合金中锡元素的蒸发使其锡元素含量低于０．５％,导     

锆-4合金包壳管抗疖状腐蚀性能研究

阐述了锆-4合金包壳管疖状腐蚀机理及改善疖状腐蚀性能的途径,并通过生产实践证明采用高Fe和Cr化学成分和低温加工工艺改善锆-4合金包壳管抗疖状腐蚀性能的方向是正确的、可行的.目前采用低温加工工艺生产的锆-4合金包壳管已达到技术条件要求,保证了反应堆在燃耗寿期内的安全运行.     

国产M5合金包壳管力学性能

高性能锆合金包壳是实现高性能压水堆燃料组件的关键之一。为了解国产M5合金包壳管的力学性能，获得相应的试验数据，进一步开展国产M5合金包壳管的应用性能评价等，开展了国产M5合金包壳管的堆外力学性能试验研究，研究包括不同温度下轴向和环向拉伸、腐蚀后环向拉伸、室温疲劳、内压蠕变、内压爆破性能，并将试验结果与法国产M5合金包壳管相应性能进行了对比。     

Zr—4合金中第二相的研究

应用透射电子显微镜研究了Zr-4合金经各种热处理后的微观结构,确定了第二相的晶体结构。经β相固溶处理后,板条α-Zr晶界上析出的第二相为C_(15)型Zr(Fe、Cr)_2Laves相,重新在α相区不同温度加热后存在C_(15)型私C_(14)型两种结构的Zr(Fe、Cr)_2Laves相。此外,本文对Zr-4合金中第二相的种类进行了讨论。     

辐照蠕变对锆合金包壳管吸氢所致多场耦合行为的影响

本文考虑辐照效应,改进了锆合金包壳管内部的氢原子扩散-氢化物析出-热-力耦合行为的微分控制方程。根据多物理场等效积分弱形式和所建立的耦合计算方法,在FEPG软件平台编制文件,生成多场耦合计算的有限元程序,并对程序进行了验证。计算分析了辐照蠕变对锆合金包壳管堆内吸氢所致多场耦合行为演化的影响,结果表明:辐照蠕变导致包壳管内产生应力松弛,促使Mises应力显著降低,同时导致静水应力由负值转变为正值,进而影响氢原子的扩散;与不考虑辐照蠕变的结果进行对比,发现辐照蠕变会增大燃料芯块与包壳管局部接触区域的负的静水应力的绝对值及向外的静水应力梯度,导致接触区域内的氢原子浓度减小,接触区域周围的氢原子浓度增大。     

新型锆合金包壳材料商业反应堆辐照考验方案设计

对于一种新型锆合金包壳材料,在商业反应堆中开展服役条件下的辐照考验是其研发必不可少的关键环节。相比于国际核电发达国家在锆合金包壳材料研发中积累的丰富商业堆辐照考验,国内自主锆合金仅开展了有限的商业堆先导辐照考验,且考验的燃耗水平偏低。本文将通过对国外锆合金辐照考验经验的总结及自身实践经验,给出锆合金包壳商业反应堆辐照考验时在方案设计上的一般方法和堆芯安全评估、风险应对上的基本考虑,为国内锆合金商业堆辐照考验研究提供参考。     

N36锆合金包壳堆内腐蚀模型研究

本文利用池边检查数据,基于阿累尼乌斯方程建立了N36锆合金包壳堆内腐蚀最佳估算模型。由于缺乏腐蚀转折前数据,N36锆合金包壳腐蚀转折前氧化膜厚度只是时间的函数,腐蚀转折后氧化膜厚度是包壳温度和时间的函数。通过在最佳估算腐蚀模型上添加工程因子,建立了不同加工工艺N36锆合金包壳腐蚀模型。N36锆合金包壳腐蚀包络模型在最小腐蚀转折点的基础上建立。模型验证结果表明,N36锆合金包壳腐蚀模型与验证数据符合较好,能够用于N36锆合金堆内腐蚀行为模拟。     

锆合金包壳水侧SiC涂层研究

研究了聚碳硅烷（PCS）粉末的高温裂解特性及PCS粉末与锆粉间的化学反应机理,并在900 ℃制备了SiC涂层。研究发现,900 ℃开始,PCS裂解产物由无定形态SiC向结晶态转变。不同温度下,PCS粉末与锆粉的混合物发生一系列化学反应,产物为ZrC、Zr₂Si、Si₃Zr₅,通过调节反应温度,可控制该化学反应的程度,进而实现对涂层成分的调节。采用先驱体转化法（PIP）在锆合金包壳表面制备了SiC涂层,经PCS溶液浸涂-裂解3次循环可得到SiC陶瓷层,厚度为4 μm,涂层成分为SiC,ZrC为过渡层。划痕法测试得到涂层附着力等级为1～2级。     

N36锆合金包壳辐照生长经验模型研究

利用N36锆合金包壳燃料棒堆内辐照考验的部分池边检查数据,计算了4个典型辐照生长经验模型对N36锆合金包壳的适用参数。计算结果表明,在典型辐照生长经验模型中,双曲正切经验模型最适合描述N36锆合金包壳辐照生长行为。在双曲正切经验模型基础上,建立了N36锆合金包壳辐照生长最佳估算模型和包络模型。通过添加工程因子,建立了不同加工工艺的N36锆合金包壳辐照生长经验模型。利用池边检查剩余数据对N36锆合金包壳辐照生长经验模型进行了验证,模型与数据吻合较好。     

Zr－4合金中第二相Zr（Fe，Cr）_2的电化学分离

通过测定Ｚｒ－４合金和Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）２：合金在各种电解液中的阳极极化行为，和对阳极产物的电子显微镜和Ｘ射线衍射分析，得到了一种适合分离Ｚｒ－４合金中第二相Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）２的电解液：乙醇：正丁醇：高氯酸＝２５：３：２；室温条件下，控制电位为－０．４５￣－０．８０Ｖ（ＳＣＥ）．     

α+β两相区热处理对Zr-Sn-Nb合金微观组织和腐蚀性能的影响

对Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下不同工艺热处理后所得样品,在360 ℃/18.6 MPa纯水环境中进行均匀腐蚀试验,并采用扫描电子显微镜（SEM）观察样品微观形貌、聚焦离子束（FIB）和原子力显微镜（AFM）分析腐蚀后样品表面氧化膜。结果表明,Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下热处理时,锆合金中会形成条带状β-Zr第二相,再经过α相区温度最终退火后,β-Zr区域会分解为α-Zr和第二相粒子;经α相区最终退火的样品,在360 ℃/18.6 MPa纯水中的耐腐蚀性能优于未经最终退火的样品;未退火样品中条带状β-Zr第二相区域的氧化膜较α-Zr基体的氧化膜厚,而经过α相区温度退火后β-Zr发生分解,该区域的腐蚀氧化膜出现凹陷。     

含裂纹锆合金包壳管氢致多场耦合行为的数值模拟研究

考虑氢化物应力再取向,给出了锆合金包壳管氢致多场耦合行为的理论模型。建立了相应的多场耦合计算方法,编程获得了有限元程序。针对内压作用下的含轴向裂纹包壳管,建立了有限元模型,对其氢致多场耦合行为进行了计算分析。研究结果表明：对于含大量固溶氢原子的含裂纹包壳管,只有裂纹尖端区域析出较多的氢化物,这主要是由于此处存在很大的静水应力梯度和氢原子浓度梯度,并具有较低的氢原子固溶度;裂纹尖端析出的氢化物绝大部分沿包壳管径向,致使包壳管易于产生径向开裂,威胁其安全性;内压施加完成后,因氢化物析出膨胀,裂纹尖端区域的环向应力、径向应力、静水应力及其梯度均随时间而降低,导致氢化物析出逐渐减速。     

Effect of Heat Treatment in α+β Phase Field on Microstructure and Corrosion Property of Zr-Sn-Nb Alloy

Uniform corrosion tests were carried out with the specimens prepared by different heat treatments at the temperature in α+β phase field. The surface microstructure of specimens was observed by scanning electron microscope, the corrosion behavior was analyzed by autoclaves, and the oxide layer on the surface after the corrosion test was analyzed by focused ion beam (FIB) and atomic force microscope (AFM). The results show that after the heat treatment in α+β phase field, lamellar β-Zr phase appeares in the Zr matrix, and after the subsequent α phase final heat treatment, the β-Zr phase will be decomposed to α-Zr and discontinuous second phase particles. For the specimens heat treated in α+β phase field, after the α phase final heat treatment, the corrosion resistance under 360 ℃/18.6 MPa pure water condition is better than that of specimens without final heat treatment. The oxide film formed on the β-Zr protrudes on the oxide surface, on the contrary, after α phase final heat treatment, β-Zr decomposes, and the oxide layer is sunken in this area.     

Zr-Sn-Nb-Fe合金显微组织及耐腐蚀性能研究

将Zr-Sn-Nb-Fe合金样品冷轧后在500和560℃下分别保温不同时间,在350℃、16.8MPa、含70μg/gLi⁺的LiOH水溶液中腐蚀,500℃/100h样品的耐腐蚀性能最好。用透射电镜（TEM）研究了这些样品的显微组织和第二相,观测到随着保温时间延长,500℃下保温样品中的第二相由连续片层逐渐转变成带状分布的颗粒,保温时间达到100h时,基体内析出βNb。560℃下保温样品与500℃下保温样品有相似的组织转变过程,只是时间大幅缩短,保温仅10h时,基体已完全再结晶为等轴晶。