CANDU及RBMK压力管锆合金的氢致延迟断裂研究

采用紧凑拉伸试样(CT），在恒定载荷、不同氢含量、不同温度条件下，测量了CANDU堆和RBMK堆Zr-2．5Nb压力管材料氢致延迟开裂速率。用金相显微镜和扫描电镜观察断口及氢化物形貌，并测量临界应力场强度因子及开裂速率，对材料的微结构及氢化物分布进行分析。结果表明，氢致延迟断裂(DHC)生长呈阶梯状。与CANDU压力管比较，RBMK压力管的DHC开裂速率将近低一个数量级。其原因是RBMK压力管的屈服强度比CANDU压力管低得多。     

锆-4合金渗氢方法的研究

为了备制不同含氢量(50—1000ppm)的锆-4合金拉伸试样,研究了气体和电解渗氢方法。实验表明:电解渗氢比较容易控制,也不会破坏材料的原始组织。     

氧化-氢化引起的锆合金焊接件开裂问题

3块Zr-4板经过800℃真空热轧扩散焊接的样品,在400℃过热蒸汽中腐蚀150天后会发生重新开裂,用光学显微镜观察样品截面上显微组织的变化;用微区成分分析方法研究了焊接面处与基体成分之间的差别.结果表明:焊接面上C元素的污染引起焊接面耐腐蚀性能的变坏,以及氧化-氢化联合作用导致了焊接面的开裂.     

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。     

氢化锆表面电镀Cr-C氢渗透阻挡层分析

用电镀法在氢化锆表面生成致密的Cr-C合金层,经过700℃、144h保温后,基体中氢化锆晶体结构仍然为电镀和加热前的ZrH1.801,说明该镀层能够有效地阻挡氢的析出。XPS和SEM分析结果证明,镀层由Cr和C组成;其中存在O-H键和可能存在C-H键。这两种键的存在说明,氢被阻挡的原因可能是氢在渗透过程中被镀层中的O和C所捕获。     

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。     

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。     

锆合金氧化膜的内应力计算

锆合金氧化膜中的内应力是锆合金腐蚀动力学中的重要影响因素,目前没有统一的方法得到氧化膜中内应力的大小,且数值差异较大。在传统的实验和理论方法的基础上,建立ZrO₂/Zr合金双层氧化弯曲几何模型,计算不同腐蚀状态下氧化膜中的内应力大小,得到内应力变化规律并分析其影响因素,为锆合金氧化膜内应力研究提供了一种较为可靠的方法。      

N18锆合金的氢致α/β相演化研究

用Setaram Multi HTC高灵敏热分析仪在准平衡和动态两种情况下对一组经过电解渗氢/均匀化退火处理的N18锆合金的相变进行了研究.结果表明,随着氢含量的增加,N18的α/β相转变温度逐渐降低,并且13相转变越多,氢含量的影响越小;用JMAK模型可以很好地模拟氢对N18合金相演化过程的影响.     

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     

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的等效扩散模型,由腐蚀转折前的腐蚀增重曲线,估算锆合金氧化膜中氧的扩散系数,得到Zr-Sn-Nb合金基体中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_Zr(cm²/s)=0.18exp(-180 000/RT);通过转折前的腐蚀增重曲线,估算得到氧化膜中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_ox(cm²/s)=3×10^-7exp(-101 550/RT)。     

新锆合金耐蚀性能研究

试验研究了中间退火制度对新锆合金板材耐蚀性能的影响.结果表明采用较低的中间退火温度有利于改善新锆合金的耐蚀性能,所研究的两种新锆合金NZ2和NZ8的耐蚀性能明显优于Zr-4合金;氧化膜中第二相TEM研究表明,采用低温加工工艺制度,获得晶内有细小、弥散、均匀分布第二相的完全再结晶组织,对提高新合金的耐蚀性能是非常重要的.     

氢化锆中氢的散射律和散射矩阵研究

从氢化锆晶体散射律的角度出发,研究了氢化锆晶体散射的特殊机理。根据氢化锆晶体散射的声学模型和光学模型给出的频谱分布,用国际通用程序ＧＡＳＫＥＴ计算了氢化锆中氢的散射律。     

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.     

锆合金包壳I-SCC性能评价

对N36、Zr-4、X锆合金包壳管环形试样在350、400℃下施加周向拉伸载荷,研究N36锆合金包壳管在10~2 Pa、10~3 Pa、10~4 Pa碘分压、Zr-4及X试样在102Pa碘分压下的碘致应力腐蚀开裂行为。研究发现:在350、400℃下以最大载荷为指标时,N36、Zr-4及X试样在一定碘分压环境中均会发生不同程度的碘致应力腐蚀开裂,断裂能量迅速下降;在相同试验条件下,N36试样的最大载荷和断裂能量下降最慢。     

Zr-2.5Nb合金压力管材料微观组织研究

采用电解渗氢法制备出氢含量为60mg/g的压力管材料Zr-2.5Nb合金。利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)研究了Zr-2.5Nb合金微观结构,采用扫描电镜(SEM)观察了Zr-2.5Nb合金氢致延迟开裂(DHC)断口形貌。结果表明:Zr-2.5Nb合金基体为密排六方结构的a-Zr相,远离裂纹尖端区域晶粒较大(大于5mm),裂纹尖端对应区域的基体晶粒较小(1mm左右);面心立方结构δ-ZrH_(1.66)呈条片状平行于轧制方向分布;体心立方结构的第二相Nb颗粒尺寸为50~500 nm,在晶粒内部均匀分布,晶界附近成串状分布;试验温度为250℃时,预制疲劳裂纹平行于轧制方向的试样,裂纹呈现步进式生长,每步生长的距离大致相当于氢化物的尺寸,约为20mm。     

锆合金氧化膜弹性模量的测定

氧化膜的内应力对锆合金的腐蚀行为有重要影响,弹性模量是计算分析氧化膜内应力的关键物性参数。由于测试困难,锆合金氧化膜的弹性模量通常根据块体材料的数据进行估计。本文利用纳米压痕法测试分析了多种条件下锆合金氧化膜的弹性模量和硬度,研究发现其表面和截面的弹性模量与硬度数值存在差异。与纯水相比,在含锂水介质中腐蚀,锆合金氧化膜的弹性模量及硬度偏小。