第二相对Zr-4合金在400℃过热蒸汽中腐蚀吸氢行为的影响

采用不同的热处理方法制备了Zr（Fe，Cr）2第二相大小、多少及Fe／Cr比不同的样品，并研究了Zr（Fe,Cr）2第二相对Zr-4合金腐蚀时吸氢行为的影响。结果表明，不同热处理的Zr-4样品，经400℃／10.3MPa过热蒸汽腐蚀后吸氢量差别很大，与耐腐蚀性能之间并没有直接的对应关系。经β相加热空冷处理的样品第二相较小，也比较少，虽然耐腐蚀性能最差，但吸氢分数最低；经800℃加热处理的样品第二相粗大，数量增多，腐蚀速率略低于β相处理的样品，但吸氢分数最高；经720℃和600℃加热处理的样品第二相大小介于前2种样品之间，数量也很多，腐蚀速率明显低于声相处理的样品，但吸氢分数却高于后者。认为镶嵌在金属／氧化膜界面处还未被氧化的Zr（Fe，Cr）2第二相可以作为吸氢的优先通道，因而第二相的大小和数量是影响Zr-4合金腐蚀时吸氢行为差别的主要原因。     

Zr-Sn系合金在过热蒸气中的腐蚀吸氢行为

研究第二相大小和种类对Zr-2和Zr-4合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为的影响。结果表明:吸氢量的多少和耐腐蚀性能的好坏之间并不一定存在严格的对应关系,而是与第二相大小和种类密切相关。在相同腐蚀增重下,含粗大第二相样品的吸氢量均大于含细小第二相样品;第二相比较粗大的Zr-2样品的吸氢量比Zr-4样品大得多;而第二相比较细小的Zr-2和Zr-4样品的吸氢量差别却很小。对Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)金属间化合物及纯锆进行的PCT和吸放氢动力学测试表明,前两者可自由吸放氢,且吸放氢速度快,而纯锆只能吸氢难以放氢。据此,Zr-Sn系合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为可以用提出的"在金属/氧化膜界面处Zr和OH-反应生成的氢可以优先被镶嵌在金属/氧化膜界面处的可逆吸放氢能力强于Zr的Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)第二相捕获,它们可作为吸氢的优先通道"的吸氢模型得到合理解释。     

热处理对锆合金在360℃ LiOH水溶液中腐蚀吸氢行为的影响

选用Zr-4、N18和N36锆合金,分别采用不同的热处理工艺获得析出相种类、尺寸和数量不同的样品,研究其在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L Li OH水溶液中的腐蚀吸氢行为。结果表明:吸氢与耐腐蚀性能之间并没有直接的对应关系,而是与析出相的种类、尺寸和数量有关。含Cr的N18合金和Zr-4合金的吸氢分数高于不含Cr的N36合金,热处理对Zr-4合金腐蚀吸氢行为的影响比N18和N36合金的大。用锆合金的腐蚀吸氢行为与析出相可逆吸放氢能力相关的吸氢模型可合理解释本实验结果。     

Zr-Fe-Cr合金在500℃过热蒸汽中耐腐蚀性能研究

研究了不同含量的Zr-Fe-Cr合金的显微组织及其在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能.结果表明,不同合金元素含量的Zr-Fe-Cr样品,经500℃、10.3 MPa过热蒸汽腐蚀后,抗腐蚀性能差别很大.合金元素含量较少的合金(ZrO.2Fe0.1Cr)热处理后析出第二相很少,耐腐蚀性能很差;而适当含量Fe、Cr的Zr-Fe-Cr合金抗腐蚀性能较好.同时,氧化膜中存在的孔隙和裂纹也影响锆合金的耐腐蚀性能.     

第二相对Zr-Sn-Nb系锆合金吸氢性能的影响

对两种新型Zr-Sn-Nb系锆合金(SZA-4和SZA-6)管材在电解渗氢条件下的吸氢性能及机制进行了研究。结果表明,在供货状态下,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向高于SZA-6锆合金管材,但经过完全再结晶退火处理后发现,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向降低,而SZA-6锆合金管材的吸氢倾向增加,并且SZA-6锆合金管材的吸氢倾向反而高于SZA-4锆合金管材。与传统Zr-4合金管材相比,完全再结晶退火态的SZA-4和SZA-6锆合金管材在电解渗氢条件下的吸氢倾向均高于Zr-4合金管材。SZA-4和SZA-6锆合金管材吸氢倾向的变化与其内部析出的第二相有关。大量fcc结构的(Zr,Nb)2Fe第二相析出是导致完全再结晶退火态SZA-6锆合金吸氢倾向增加的主要原因。     

锆合金中第二相的研究

将几种Nb、Fe含量不同的锆合金样品在1050℃保温0.5h后水冷,在560℃回火10h,用带能谱分析(EDS)的透射电子显微镜研究它们的第二相粒子.结果显示:随着合金样品中Nb元素含量的提高及Nb/Fe比的增加,第二相从Zircaly-4合金中密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2向密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)2转...     

Fe/Cr比对Zr(Fe,Cr)2吸氢性能的影响

参照锆合金中的第二相成分,熔炼2种不同Fe/Cr比的Zr(Fe,Cr)2(Fe/Cr=2和0.5)和ZrCr2(Fe/Cr=0)3种试验合金,对它们进行压力-成分-温度(P-C-T)测试和吸放氢动力学测试。同时用XRD对360℃吸氢前后的样品进行物相分析。实验结果表明,这3种合金在50,200,360℃3个温度下,均有吸氢量随Fe/Cr比值的降低而增加的现象。另外,在360℃,4MPa氢气气氛中测试时,这3种不同合金的可逆吸放氢量和吸放氢速度随Fe/Cr比的降低而增加。XRD测试表明,在360℃吸氢后并没有氢化物生成。     

锆合金第二相研究述评(Ⅱ):Zr-Sn-Nb-Fe系合金

对国内外关于Zr-Sn-Nb-Fe系新锆合金中第二相粒子的研究情况进行评述,并重点探讨不同种类Zr-Nb-Fe析出相的成分、晶体结构及其形成机制和条件。合金中的Zr-Nb-Fe析出相有两种:一种为六方结构的MgZn2型Zr(Nb,Fe)2Laves相,其形成与合金中作为杂质存在的Cr元素有关;另一种为立方结构的Ti2Ni型(Zr,Nb)2Fe相,与合金中普遍含有的O元素有关。对大量不同成分的Zr-Sn-Nb-Fe系合金的检测证实,可以用一个由合金中Nb和Fe含量确定的R*参数来分析其成分变化时合金中可能出现的析出相类型。     

含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能

参照含Nb锆合金中第二相的成分,熔炼了(Zr,Nb)_2Fe,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金.成分测试结果表明,所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同.XRD分析结果表明,除(Zr,Nb)_2Fe外,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同.备合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明,3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb,Fe)_2,(Zr,Nb)_2Fe,β-Nb和Zr顺序依次减弱.     

Cr涂层锆合金包壳管与端塞环缝焊接接头耐腐蚀性能研究

采用压力电阻焊及TIG焊两种方式焊接无涂层/Cr涂层锆合金包壳管与端塞,研究其焊接接头组织和耐腐蚀性能。采用高压釜对焊接试样进行高温高压水腐蚀试验,采用SEM对焊接接头试样进行腐蚀后的外表面形貌表征以及对Cr涂层包壳管焊接接头试样进行纵截面形貌表征,采用EDS进行微区成分分析,采用金相显微镜观察接头试样纵截面显微组织。结果表明,当采用TIG焊对Cr涂层锆合金包壳管进行焊接时,焊接接头中出现了Cr与Zr两种金属的合金化现象,接头中存在较多的气孔和裂纹;而当采用压力电阻焊对Cr涂层锆合金包壳管进行焊接时,Cr涂层并没有对焊接接头产生负面影响,接头在保持良好焊接性能的同时,还具备了良好的抗高温水腐蚀性能。     

Corrosion behavior of Zr–Nb–Cr cladding alloys

Zr-Nb-Cr alloys were used to evaluate the effects of alloying elements Nb and Cr on corrosion behavior of zirconium alloys. The microstructures of both Zr substrates and oxide films formed on zirconium alloys were characterized. Corrosion tests reveal that the corro- sion resistance of ZrxNb0.1Cr （x = 0.2, 0.5, 0.8, 1.1; wt%） alloys is first improved and then decreased with the increase of the Nb content. The best corrosion resistance can be obtained when the Nb concentration in the Zr matrix is nearly at the equilibrium solution, which is closely responsible for the formation of columnar oxide grains with protective characteristics. The Cr addition degrades the corrosion resistance of the Zrl.lNb alloy, which is ascribed to Zr（Cr,Fe,Nb）2 precipitates with a much larger size than β-Nb.     

锆合金疖状腐蚀研究综述

疖状腐蚀是沸水堆中锆合金表面经常发生的1种局部腐蚀现象，它的产生直接影响包壳管的使用寿命和反应堆的安全性，为了全面认识疖状腐蚀的发生、发展及其控制因素，本文总结了国内外疖状腐蚀研究方面的一些主要成果，介绍了疖状蚀斑的形貌、形成机理以及及影响因素。在形成机制方面，目前主要有KUWAE的氢积聚模型和周邦新的形核长大模型。在疗状腐蚀的影响因素方面，认为主要有表面影响、热处理影响、合金成分影响、第二组影响、辐照影响等。最后指出了提高材料抗疗状腐蚀性能的工艺措施：提高Fe Cr含量、降低Sn含量、昼减少淬火后的退火次数和退火温度、降低锆合金制品的表面粗糙可以有效提高锆合金的抗疖状腐蚀能力，最根本的措施还是使用含铌新锆合金。     

Zr-1Nb-xGe 合金在 400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的研究

利用高压釜腐蚀实验研究了Zr-1Nb-xGe (x=0,0.05,0.1,0.2,质量分数,%) 合金在400 ℃,10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能;利用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明：添加Ge可以改善Zr-1Nb合金的耐腐蚀性能,当Ge含量为0.05%时效果最佳。在Zr-1Nb-xGe合金中存在4种第二相,分别是β-Nb,Zr(Nb,Fe,Cr)₂,Zr(Nb,Fe,Cr,Ge)₂和尺寸较大的Zr₃Ge。Ge在Zr-1Nb合金α-Zr基体中的最大固溶含量在0.05%~0.1%之间,固溶的Ge可以有效延缓氧化膜中显微组织的演化,从而改善合金的耐腐蚀性能;当Ge含量超过合金的固溶含量时,会形成Zr(Nb,Fe,Cr,Ge)₂以及尺寸较大的Zr₃Ge第二相,Zr₃Ge会使耐腐蚀性能降低。     

Fe、Cr过饱和固溶量对Zr-4合金耐蚀性的影响

制备了4种Fe、Cr过饱和固溶量不同的Zr-4合金试样,采用透射电镜分析了4种试样的显微组织,并研究了4种试样在500℃/10.3 MPa和360℃/18.6 MPa/0.01mol/L LiOH水溶液中的腐蚀规律。结果表明:在Zr-4合金未发生疖状腐蚀的情况下,降低α-Zr中过饱和固溶的Fe、Cr含量有利于改善Zr-4合金在500℃/10.3 MPa蒸汽中的耐均匀腐蚀性能。提高α-Zr中过饱和固溶的Fe、Cr含量有利于改善Zr-4合金在LiOH水溶液中的耐均匀腐蚀性能。     

预渗氢对Zr-4合金在360℃/LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响

核反应堆运行时,锆合金包壳的腐蚀和吸氢相伴发生,被锆合金吸收的氢不但会影响锆合金的力学性能,同时对锆合金的耐腐蚀性能也会产生一定的影响,其影响程度与合金成分和腐蚀条件密切相关.氢对Zr-4合金(Zr-1.3Sn-0.2Fe-0.1Cr,质量分数,％)在LiOH水溶液中的耐腐蚀性能影响机理尚不完全清楚.本工作开展了预渗氢...     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。     

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。     

累积退火参数与含Nb锆合金耐腐蚀性能关系述评

累积退火参数(A)被广泛用于评价核反应堆用Zr-Sn系合金的耐水侧腐蚀性能。对于累积退火参数在新发展的含Nb锆合金中的应用,迄今未有一致意见,有学者认为传统的累积退火参数不再适用于含Nb锆合金的耐腐蚀性能的评价。本文综述了累积退火参数在常见牌号核用锆合金中的研究概况,并从A值的本质出发,解释了累积退火参数与锆合金微观组织之间的联系及其评价耐腐蚀性能的微观原因。提出合金元素的扩散速率(Fe、Cr扩散很快,Nb扩散极慢)是累积退火参数是否起作用的决定因素。指出累积退火参数可以直接用来评价低Nb锆合金的耐腐蚀性能,即A值越小,第二相粒子越细小弥散,合金的耐腐蚀性能越佳。