核级锆合金铸锭铁元素偏析研究

锆广泛应用于各种核反应堆中作为包壳材料。通过添加适量的铁元素可提高锆的耐腐蚀性能,并能提高锆的强度与抗蠕变性能,但当前先进锆合金牌号中铁控制范围窄,偏析倾向严重。根据结晶偏析理论和真空自耗熔炼的特征,规格越大锆合金铸锭中元素偏析程度和成分波动范围越大,因此铁元素控制难度较大。本文通过对锆合金铸锭中铁元素的分布情况统计和影响其均匀性分布的因素进行分析讨论,确定了降低其偏析倾向的对应措施,实现了铸锭中铁元素的均匀分布,对生产过程铁元素的控制有一定的指导作用。     

锆在核电工业中的应用现状

用镁还原四氯化锆(ZrCl4)制得的海绵锆，由于不具备可塑性而不能直接用于制作核反应堆的构件。因此，要根据反应堆的特点，将海绵锆或海绵锆添加少量锡、铁、铌等合金元素后熔铸成锭，再加工成构件。堆芯是核反应堆的核心部分．是进行核裂变反应的区域．由燃料组件和相关组件构成。目前，用锆合金制作的燃料组件包括：     

铒元素对锆基合金的非晶形成能力及力学性能的影响

以海绵锆为原料,采用水冷铜坩埚熔炼和铜模吸铸法制备了直径为3 mm、成分为(Zr_0.55Cu_0.3Al_0.1Ni_0.05)_100-xEr_x (x=0,0.5,1,2,3,4,5)的锆基块体合金,通过对比不同铒含量海绵锆基合金的组织结构与性能,研究了铒元素对其非晶形成能力、热稳定性和力学性能的影响。结果表明：以海绵锆为原料时,锆基合金的非晶形成能力和力学性能明显下降。x=0时,无法制备成锆基非晶合金;添加Er元素后,海绵锆基合金的非晶形成能力和力学性能显著提高,具有非晶态结构;x=2时,海绵锆基非晶合金的力学性能最优,抗压强度σ_bc为2142.5 MPa,室温下塑性应变ε_p为10.01%。与高纯锆制备的同直径(Zr_0.55Cu_0.3Al_0.1Ni_0.05)₉₈Er₂非晶合金相比,其抗压强度恢复97.63%,室温塑性恢复69.95%。添加铒元素有利于改善和提高海绵锆基合金的非晶形成能力和力学性能,为低成本制备锆基非晶合金提供一种新思路。     

Sc提高锆基块体非晶合金玻璃形成能力的机理

以Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基非晶合金为研究对象，在以工业级海绵锆为原料制备的合金中加入元素Sc，制备出楔形试样，从微观角度分析了元素Sc提高非晶合金玻璃形成能力的机理。结果表明，元素Sc的加入可显著改变Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金在非晶态-晶态过渡区中先析相的相结构及组织形态。元素Sc强烈的脱氧作用可减少合金中锆氧化物／锆氧团簇，从而消除了过冷液体中异质形核的核心，提高了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5五元锆基块体非晶态合金的玻璃形成能力。     

使用ICP-OES测定核级锆锭中7种痕量元素

为解决核级锆铸锭中基体干扰对多种痕量元素同时测定的影响,使用ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）,用氢氟酸和硝酸溶解试样,选择合适的雾化器压力、发射功率、进样速率等参数,采用纯锆标准物质进行基体匹配,选择合适的光谱线,成功地同时测定了核级锆铸锭中7种痕量元素（铝、钙、铬、铁、锗、镁、锰）。本方法准确性和稳定性良好,7种痕量元素理论值与测量平均值接近,多次测量后每一种元素的相对标准偏差在3.1%以下。     

1吨原子能级海绵锆锭研制成功

龙南新能锆业有限公司在新年伊始立项,组织人员论证研制1吨原子能级海绵锆锭,在技术部、设备部、生产部等相关单位共同努力下,完善了工艺流程,完成了设备整改,在1月28日上午顺利产出首个原子能级海绵锆锭,净质量1.26 t。经检验,本次产出的海绵锆大锭各项指标均符合海绵锆YS/T 397—2007标准,其中22个元素含量低于海绵锆YS/T 397—2007标准。1吨原子能级海绵锆锭的研制成功为龙南新能锆业公司产品质量升级和产量提高打下了良好的基础。     

碱熔法氯化法制备氯氧化锆的技术经济比较

由于我国核电工业的发展对金属锆、铪的需求将大幅增加,根据国家规划,至2020年我国将再建30座核电站,届时核电装机容量将由目前的57×105kW增到约34×106kW。核级海绵锆、海绵铪的用量将达到103t。以国内公司的生产运行指标为例,比较了碱熔法、碳化氯化法和沸腾氯化法3种制备氯锆方法的技术经济指标。比较结果表明,3种方法中沸腾氯化法成本最低,其单耗成本依次为沸腾氯化法为8345元,碱熔法为9117元,碳化氯化法为12505元。     

合金元素对锆合金耐腐蚀性能的影响概述

总结了合金元素对锆合金耐蚀性的影响,发现对于Zr-Nb系合金而言,Nb的固溶度对其合金的耐蚀性起主导作用,而对于Zr-Sn系合金来讲,第二相的种类、大小和分布对于其耐蚀性影响更大。少量Cu元素的加入,对含Nb锆合金的耐蚀性有很大促进。     

锆元素对Mg_(97)Y_2Zn_1镁合金微观组织和力学性能的影响(英文)

研究锆元素对Mg97Y2Zn1镁合金微观组织和力学性能的影响。锆元素的添加可以细化铸态Mg97Y2Zn1合金的组织。在挤压过程中,Mg97Y2Zn1镁合金在原始晶界和第二相周围优先形核。锆元素的添加促进合金的再结晶过程,这是因为锆元素的添加使合金形成更多的晶界,从而提高了再结晶的形核率。此外,锆元素的添加还能够提高合金的强度和伸长率等力学性能。     

VAR自耗电极除水处理工艺探索

海绵锆自耗电极大量浸水后,采用传统常温除水工艺的除水效果不能满足核级锆合金铸锭的熔炼技术要求。结合水的"压力-温度"相图,提出加热、抽空的除水工艺,并进行了验证。该工艺避免了以往常温状态下抽空过程水分结冰,无法被彻底去除的现象,保证了海绵态物料中水分的去除效果,对工业化生产过程中因装备、操作等原因造成海绵态物料浸水后的处理具有较强的指导意义。     

利用海绵锆制备低成本ZK60A镁合金的研究

针对高强变形镁合金ZK60A生产过程中,锆以价格较昂贵的Mg-Zr中间合金形式加入,造成合金生产成本高的实际情况,本研究以价格较低的海绵锆加入合金制备ZK60A镁合金.结果表明,常规工艺条件下,以海绵锆的形式加入锆,锆的实收率为21.1％;以Mg-30Zr中间合金的形式加入锆,锆的实收率为34.8％.改进海绵锆的加入工艺,锆的实收率可提高至26.3％,加入海绵锆1.8wt.％时可制备出锆含量及晶粒尺寸合格的ZK60A镁合金坯锭,较以Mg-30Zr中间合金的形式加入方式,每吨ZK60A镁合金降低生产成本9032元人民币.     

合金元素对Zr—Sn—Fe—Cr—Nb合金性能的影响

介绍了几种新锆合金４００℃，１０．３ＭＰａ静态高压釜试验结果和室温及高温（３７５℃）的拉伸试验结果，分析了新合金中合金元素Ｎｂ．Ｓｎ．Ｆｅ．Ｃｒ对抗伸强度及耐蚀性能的影响。结果表明：通过控制合金元素的含量，在经历与Ｚｒ－４相同的生产工艺条件下、可以得到强度和耐蚀性能更为优异的新铝合金。试验表明：这种新型的Ｚｒ－Ｓｎ－Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｂ中加入Ｎｂ量应在０．１ｗｔ％－０．３ｗｔ％之间；在含１ｗｔ％Ｎｂ的新合金中，Ｓｎ的含量不应低于０．５ｗｔ％：在新合金研制时，适当提高Ｆｅ＋Ｃｒ的含量是有益的，但Ｆｅ／Ｃｒ比不应     

锆合金包壳管加工技术进展

锆合金以其优异的核性能被用作水冷反应堆的燃料包覆材料和其他堆芯结构材料，典型的商业化Zr-2合金用于沸水堆(BWR)，Zr-4合金用于压力堆(PWR)，已取得长期的运行经验，被ASTM列为核工业应用的成熟合金，40多年来没有被其他合金所代替。随着高性能燃料组件的开发，新型高性能锆合金的研究与开发已十分活跃。 改进锆合金的加工工艺与研制新合金是材料研制的两个重要方面，缺一不可。近年来，锆合金加工工艺技术在新工艺、新设备方面有了很大的发展。 1. 大型铸锭的成分均匀化和控制技术 为使锆-锡合金成分均匀化和提高成材率，铸锭必…     

含铌锆合金熔炼工艺的研究

采用非自耗真空电弧炉熔炼新锆合金,并对成分设计、熔炼、铸态锗合金组织与硬度等进行了研究.结果表明:该工艺能够准确得到预期的化学成分,且Nb均匀分布在锆合金内;随着铌含量的增加,铸锭的硬度增大,组织变得细小,铌具有细化组织的作用.     

40MN锆挤压机挤压工艺研究

锆合金因其变形抗力大、流动性差、粘性强等特性,锆合金挤压过程中对挤压比、工模具形状、挤压速度、加热温度、润滑工艺等都有严格的要求。某40 MN双动锆挤压机组生产某牌号核级锆材,采用专用润滑剂涂层润滑,坯锭的加热温度偏差控制在30℃左右,保温时间控制在10 min左右,采用扩孔挤压,扩孔速度控制在5~10 mm/s,挤压速度3~5 mm/s。达到锆合金挤压的最佳效果。     

锆合金疖状腐蚀研究进展

简要综述了近年来国内外关于锆合金疖状腐蚀的研究进展,归纳总结了锆合金的疖状腐蚀机理,主要包括氢聚集腐蚀、局部溶质贫化腐蚀、形核长大腐蚀、疖状斑形成腐蚀等。分析了影响锆合金耐疖状腐蚀的因素,并在此基础上提出了改善锆合金耐疖状腐蚀性能的方法,主要有：调节合金元素种类及含量;表面晶粒细化处理;进行适当的热处理,使第二相尺寸细化,分布均匀。     

Zr-Sn-Nb-Fe合金中铌的存在方式及其与热处理的关系

用 SEM 的波谱(WD)分析手段,定性研究了合金元素铌在 Zr-Sn-Nb-Fe 合金中的存在方式及其与中间退火工艺的关系。研究结果表明添加的合金元素铌主要存在于 Laves 相中,并且随中间退火温度升高,第二相中铌含量增加。铌在 α-Zr 中的含量随退火温度升高而降低,可降低至小于 1×10-4,这与二元 Zr-Nb 合金中合金元素铌的固溶度随温度升高而增加明显不同。铌和铁、铬共存于锆合金中时,将与铁、铬一起优先形成沉淀相,导致合金元素主要存在于第二相中,并出现其在 α-Zr 中固溶量随退火温度升高而降低的现象;其原因可归结为随退火温度升高铌扩散能力增加,从而导致在第二相中含量增加。     

C95800阀门铸件中铁和镍的成分解析

ASTMB148标准中的C95800牌号属于铜一铝一铁一镍四元复杂青铜。由于其强度、塑性、耐蚀等综合性能较好，是一种适合制造中低压阀门的材料。通过分析铁元素和镍元素在铝青铜合金中的作用机制，说明ATM B148标准规定C95800中铁含量不能超过镍含量的原因，并探讨了实际生产中控制合金中铁含量和镍含量的方法。     

典型β型钛合金元素Cu，Fe和Cr的偏析规律

通过对Ti-2．5Cu，Ti-3Fe，Ti-3Cr，Ti-13Cu-1Al，Ti-6Al-1．7Fe几种合金铸锭成分的对比研究，建立了典型β钛合金元素的偏析模式。对Ti-2．5Cu，Ti-3Fe，Ti-3Cr合金铸锭的对比可知，Cu和Fe元素的偏析程度大，Cr元素的偏析程度小；对Ti-2．5Cu和Ti-13Cu-1Al合金铸锭的对比可知，Cu元素在2种合金铸锭中的偏析均比较明显，Cu含量越高，偏析程度越大；Cu元素在2种合金铸锭的晶界有截然不同的偏析方式，Cu元素在Ti-13Cu-1Al的晶界富集而在Ti-2．5Cu的晶界贫化。对Ti-3Fe和Ti-6Al-1．7Fe合金铸锭的对比可知，Fe元素在2种合金铸锭中的偏析均比较明显，Fe含量越高，偏析程度越严重；Fe元素在2种合金铸锭的晶界均贫化。     

大规格核级锆合金铸锭冒口氧元素分布研究

氧元素在锆基体中呈正偏析,且偏析现象明显,尤其在熔炼末期受挥发动力条件影响,氧元素的偏析现象加剧,铸锭整体均匀性的控制难度增大。本试验对采用小电流多级补缩制度的大规格锆合金铸锭冒口区域解剖后分析氧含量,研究熔炼末期铸锭冒口中氧元素的分布规律。经分析认为,选用多级降电流、短时间保持的补缩工艺以及补缩末期充氩熔炼的方式可改善铸锭头部中心氧元素的偏析程度。