Zr-4合金管材加工工艺对氢化物取向因子的影响

锆合金广泛应于水冷反应堆的堆芯包壳材料和结构材料。在核反应堆运行时,锆合金表面被水氧化的同时,还会同时生成氢气。部分氢被锆合金吸收生成片状或者针状氢化锆。氢化物取向因子是衡量核反应堆用锆合金管材氢化物的重要指标。文章通过氢化物实验研究了加工工艺参数轧制送进量、退火制度及矫直弯曲量对Zr-4合金管材氢化物取向因子的影响关系。结果表明:Zr-4合金氢化物取向因子随着轧制送进量的增加有增大的趋势;不同轧制送进量的管材再结晶退火后,氢化物取向因子呈无序紊乱状态;Zr-4合金管材氢化物取向因子随着矫直弯曲量的增大而加大。     

锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用

管材皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力影响成品管材的尺寸精度、轧制模具寿命以及轧制过程的稳定性。本研究基于Neumann-Siebel轧制力计算方法,考虑了轧辊弹性变形和空减径对轧制力的影响,依据Hitchcook方程对其进行了修正,利用Matlab软件建立了皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力计算模型,并以KPW25轧机轧制Zr-4合金管材的轧制过程为研究对象,通过实验验证了该模型的可靠性。以R6072锆合金管材轧制为例,通过该轧制力计算模型分析了孔型曲线、管坯壁厚、送进量和摩擦对轧制力的影响。结果表明：轧制力在空减径段缓慢增加,进入减径减壁段后迅速增加至峰值,之后缓慢降低;孔型曲线对轧制力的分布有显著影响,当孔型指数等于2．0时,轧制力分布最为合理;轧制力随管坯壁厚、送进量和摩擦力的增大而增加。     

核用锆合金管材的超声波检测

核用锆合金包壳管作为核燃料的包覆材料,起着防止核产物外逸的重要作用,而包壳管的壁厚却不足1mm,因此对其内在质量和几何尺寸要求格外严格,一般要求管材中不能存在超过壁厚5%~10%深度当量的缺陷,尺寸控制公差为30~40μm。目前在包壳管材的生产过程中,超声波检测是保证产品质量、减少组件破损率的重要手段。随着超声波检测技术的发展,不仅可检测管材缺陷,还可测量管材的尺寸。文章以10mm×0.7mm核用锆合金管材为例,介绍采用超声波技术检测核用锆合金管材的方法。1检测原理1.1管材缺陷检测10mm×0.7mm核用锆合金管材属于小径薄壁管。由于外径小,曲率大,探头难以与管材表面直接耦合,为防止声束在管壁产生发散,通常采用超声波水浸聚焦检测技术[1]。在管材中产生纯横波,且横波能达到管材的内外壁,超声波的入射角α必须满足:C水CL管     

锆合金轧制用芯棒的表面渗氮处理

锆合金具有良好的核性能和抗腐蚀性能,常用作核反应堆的结构材料和包壳管材料。轧制是锆合金包壳管材的主要加工方法。在锆合金包壳管批量轧制过程中,发现包壳管内壁出现裂纹缺陷,排查结果显示是由于轧制用芯棒的芯头表面存在加工痕迹和点蚀深坑导致的。文章通过观察芯棒表面缺陷形貌以及芯棒渗氮层和基体性能来验证渗氮表面处理工艺用于锆合金包壳管轧制用芯棒的可行性,为提高芯棒的表面质量、避免锆合金包壳管的缺陷、确保核反应堆的安全和质量奠定了基础。     

两辊冷轧纯钛管材的工艺研究

为了探索两辊冷轧成品管的可行性,本文进行了两种加工率的成品管材轧制。观察了成品管材的显微组织,测试了力学性能,检测了内、外表面质量和尺寸公差。结果表明:TA2纯钛中间管材φ25 mm×1.5 mm分别经64%、76%两辊成品轧制,450℃/40 min真空退火后的切向显微组织为等轴组织。当两辊冷轧的道次加工率为64%时,两辊成品轧制的管材表面质量光滑、平整,无目视可见的微裂纹;当两辊冷轧的道次加工率增大到76%时,管材外表面出现明显的纵向轧制流线和微裂纹。两辊冷轧TA2成品管材的外径和壁厚公差都非常小,外径的偏差范围为0.03 mm,壁厚的偏差只有0.02 mm。     

Zr-4合金管材轧制无间隙孔型的应用

锆合金包壳管是核反应堆的第一个屏障,其主要承担着包裹核芯块的作用。包壳管主要由两辊皮尔格轧制完成生产,该轧制工序影响着包壳管的力学性能和收缩系数（CSR）性能。文章通过室温拉伸实验和CSR实验,对比了无间隙孔型和有间隙孔型对Zr-4合金管材轧制影响。结果表明:使用无间隙孔型轧制出Zr-4合金管材的外径、内径尺寸偏大、椭圆度较小,可为后续工序提供充足的余量;使用无间隙孔型进行Zr-4合金管材轧制可有效的提高轧制生产效率;使用无间隙孔型进行Zr-4合金管材批量轧制生产,轧制后的管材室温抗拉强度、屈服强度、延伸率及CSR性能满足技术指标要求,可以代替有间隙孔型的Zr-4合金管材轧制生产。     

新型锆合金管棒材焊接性能研究

新锆合金作为燃料棒新一代包壳材料,其焊接质量的好坏将直接影响到反应堆运行的安全性,因此焊缝质量必须得到可靠的保证。为了对新锆合金包壳管进行合理有效的焊接性能评价,根据相关反应堆要求对以新锆合金包壳材料进行焊接工艺试验,通过对新锆合金管材焊接设备、焊接试样的制备、组装、焊接、焊后检验、性能试验等内容进行研究,得出最优的焊接工艺参数。     

Zr-4合金管材轧制用芯棒断裂原因分析

锆合金具有优异的核性能,在核反应堆中的高温高压下具有优异的抗腐蚀、高温拉伸和延伸率性能,因而常用于核反应堆中的包壳管材料。锆合金管材主要利用皮尔格轧机生产,轧制工模具中的芯棒质量对锆合金管材表面质量具有决定性作用。在Zr-4合金包壳管轧制过程中,出现了轧制用芯棒断裂现象。文章对断裂芯棒开展化学成分、金相组织观察、电镜扫描观察及硬度实验和表面低倍观察实验的结果分析表明:芯棒内外部金相组织和硬度均正常,芯棒发生断裂主要原因是其表面存在部分加工痕迹和点蚀深坑。在锆合金管材轧制过程时,由于芯棒受周期性的轧制力,芯棒表面的加工痕迹或点蚀深坑逐步演化为裂纹源,随后逐渐扩展、直至发生断裂。     

基于RBF模型的核用锆管超声检测参数优化

通过试验建立了锆合金管材超声检测参数的优化模型,模型选取三层RBP网络,其中输入层为转速、送进速度和重复频率,输出层为人工缺陷重复检测的标准偏差。构建的网络为2-8-1,网络测试误差(均方差)为0.004。通过检测参数优化模型,确定出9mm×0.6mm(直径×壁厚)的核用Zr-4管材超声检测的最佳参数为管材送进速度7m·min-1,探头旋转速度5 100rpm,仪器重复频率15kHz。将模型确定的检测工艺参数应用于生产检测中,结果表明,利用参数优化模型为优化超声检测工艺参数提供了一种新方法。     

PdY合金薄壁管冷轧工艺研究

介绍了采用三辊轧管机冷轧PdY合金薄壁管的工艺 ,分析和找出了轧制时管材易出现开裂的原因 ,发现管材壁厚 (W)与其平均直径 (D)之比越小 ,相对壁厚越薄越易开裂。其W/D临界值为 0 0 7;轧辊 (圆弧工作面 )直径与轧出管外径之比越大越易开裂。由此作者重新编制了轧管工艺 ,使每道次的轧制参数都尽量满足避免 (或至少必须保障不同时 )出现上述使管材破裂的 2个因素的条件 ,结果顺利轧制出 6× 0 3mm薄壁管。     

皮尔格冷轧无缝钢管成形工艺参数及力学研究

皮尔格冷轧无缝钢管工艺参数基本依靠经验选取,其选择不当会导致管材产生缺陷。基于此,本文选取304不锈钢冷轧重要工艺参数——送进量、回转角度和Q(变形压下段和精整段长度的比例)值,通过全流程数值仿真分析了成形过程中管材的力学及成品尺寸的变化规律。结果表明,皮尔格冷轧过程中轧制力、管材等效应力、残余应力以及外径回弹量均随着送进量和回转角度的增大而增大,随着Q值的减小而增大。     

冷变形工艺对锆合金包壳管氢化物取向的影响

使用4种不同壁厚外径为17.82mm的Zr-4合金半成品管,在KPW25LC轧机上使用相同的参数轧制Φ9.53mm×0.60mm成品管,同炉退火后和矫直后检测不同工艺下的氢化物取向并对比分析,结果表明,冷轧Q值对成品管材的氢化物取向影响至关重要,确定成品轧制Q值与氢化物取向因子的规律,明确管材氢化物取向的影响和控制措施。     

变形量对Zr-4合金管材性能影响

锆及锆合金在核电站水冷动力堆的包壳管和堆芯结构材料中具有广泛的应用前景。文章研究了变形量分别为55%和60%的Zr-4合金管材力学、均匀腐蚀及氢化物取向性能。结果表明:55%变形量的Zr-4管材的室温拉伸性能中抗拉强度和屈服强度高于60%变形量的Zr-4管材。55%变形量的Zr-4合金管材的高温（316℃）拉伸性能中抗拉强度、屈服强度以及延伸率波动小于60%变形量的的Zr-4管材。变形量为60%的Zr-4合金管材均匀腐蚀和氢化物取向因子测试结果略低于变形量55%的Zr-4管材。     

皮尔格冷轧管机关键工艺参数周期送进量研究

针对目前皮尔格冷轧中关键工艺参数周期送进量无定量计算、选择随机性大的缺点,在分析周期送进量对轧制过程无缝钢管变形特点影响的基础上,以轧制304不锈钢管为例,通过理论计算获得送进量数值,建立周期送进量数值模拟模型,研究其对轧制过程金属变形及成品质量的影响规律,为其工艺参数选择提供依据。利用三维有限元软件建立数值仿真模型,以之前求得的周期送进量为依据,开展轧制过程仿真,得到轧制成形过程中应力状态、成品管尺寸以及残余应力等关键数据,并结合现场轧制试验共同验证成品管能否达到预期的性能。通过理论计算、数值模拟及试验验证相结合的方法,为周期送进量的选取提供支持。有限元模拟与实际试验测量得到的结果相差不大,误差不超过8%,证明了有限元模拟结果的准确性。通过理论计算得出的10 mm送进量下的残余应力比依据生产经验选取的12 mm送进量下的残余应力要减小10%以上,进一步验证了周期送进量为10 mm能够在一定程度上提高实际生产成品管的质量。     

UMo/Zr弥散燃料板尺寸控制精度的研究

通过锆合金片的冷轧实验以及UMo/Zr燃料板的冷轧工艺实验,分析了锆合金的变形特性和不同相体积的UMo/Zr燃料板的冷轧延伸量与相体积、轧制压力的关系。结果表明,锆合金在冷轧加工时会发生明显的硬化现象,最优冷轧道次为4~5道次。冷轧变形量越大,锆合金的加工硬化现象越明显。此外,明确了UMo/Zr燃料板冷轧延伸量与相体积、轧制压力的关系,即在相同轧制道次、相同相体积的条件下,轧制压力越大,燃料板芯体的延伸量也越大;相体积越大,燃料板达到相同延伸量时所需的轧制压力也越大。并据此建立UMo/Zr燃料板单道次的轧制压力和延伸量的对照表。采用此对照表进行冷轧的UMo/Zr燃料板,其尺寸控制精度大幅提高(约40%),平均轧制时间节省约2. 6 min。     

小型轧管机

俄罗斯重型机器制造电钢厂开发了D/S比例为3~12的各类钢及不同用途合金φ25mm~80mm的厚壁热轧管的生产工艺及小型轧管机。这种设备生产的管材既可用作商品管材,又可用作随后冷轧用的管坯。新工艺流程和设备可制得优质管材,在管材长度不大于6m的情况下,壁厚公差和直径公差分别为±5%及±0.5%。管材壁厚偏差减小,壁厚均匀一致的决窍,是定心系统通过长的活动套筒及穿出的管坯使顶杆沿整个长度进行刚性的精确定心。在坯料穿孔成长达3000mm管坯的情况下,即管坯长度与内径比例大于100的情况下,该穿孔系统仍可保证小直径(27mm)长芯杆的可靠…     

钢管斜连轧工艺参数对轧制力及荒管尺寸精度的影响

为分析斜连轧工艺参数对轧制力及荒管尺寸精度的影响,取工艺变参数及范围:顶头前伸量15~28 mm、穿孔段送进角7°~9°、穿孔段孔喉34~35 mm、轧管段轧辊转速182~190 r·min-1,在斜连轧实验机组上对Φ40、Φ42 mm的管坯进行单变量多组实验。结果表明:在实验参数范围内,随顶头前伸量增大,穿孔段轧制力减小,顶头轴向力先减小后增大;随送进角的增大,穿孔段轧制力减小,顶头轴向力微增大;当管坯直径一定时,随孔喉减小,轧制力增大,而当孔喉一定时,随管坯直径增大,轧制力增大。在穿孔段工艺参数一定时,轧管段轧辊速度不同的情况下,若张力轧制时穿孔段及轧管段轧制力均减小,相反若推力轧制时均增大。对斜连轧后荒管的分析结果显示微张力轧制得到的荒管壁厚精度达±0.2 mm,外径精度达±0.35 mm。     

内喷砂工艺对Zr-4合金管材表面质量及尺寸的影响

内喷砂处理作为一种锆合金包壳管内表面的机械处理方式,在去除管材内表面退火氧化层及微裂纹缺陷的同时不会造成管材内表面氟残留的增加,有效解决了锆合金包壳管内表面酸洗处理存在的问题.使用φ9.5 mm规格的Zr-4合金包壳管进行了内喷砂试验,研究了内喷砂介质、喷吹次数、喷砂压力及时间对管材内表面质量及尺寸的影响.采用工业内窥...     

多辊式冷轧管机的改进

全苏管材料学研究所对连续均匀回转送进管坯的周期式冷轧管机进行了改进,从复杂的回转送进传动系统中,取消了间歇运动环节,从而使轧制速度提高,每一双行程中管坯送进量增加50～80％,提高了轧制效率。为了确定这种冷轧工艺的可行性,在全苏管材科学研究所试验厂和尼科波利南方钢管厂试轧了不同钢种的管材,进行了力能参数及传动参数的研究(表1)。     

TA2钛管表面横向轧制裂纹研究

针对使用LG轧机轧制TA2钛管时外表面出现横向裂纹的现象,分析了轧前管坯的内外表面质量、化学成分、力学性能,对轧制后管材横向裂纹的断口形貌进行SEM观察,并对轧制工艺和轧制参数进行分析,结果显示,管坯质量良好,轧制工艺及参数合理,以上均不是造成横向裂纹的原因.通过测量轧辊轧槽的开口度,发现轧辊的开口度为1.12,比正常情况的1.01 ～1.07偏大,结合轧后管材壁厚偏差较大的现象,认为轧辊开口度过大,使得金属轧制变形不均匀,是造成管材表面产生横向裂纹的原因.基于以上分析,采用辊槽开口度正常的轧辊对管坯继续进行轧制,结果显示,管材外表面横向裂纹消失.