微量Nb的添加对Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的影响

采用500℃／10．3MPa过热蒸汽中腐蚀的方法,研究了添加微量合金元素Nb对Zr-4舍金疖状腐蚀行为的影响。结果表明：添加0．05％Nb后就可以观察到改善Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的作用,提高到0．1％后可进一步改善Zr-4合金的耐疖状腐蚀性能,但还不能完全抑制Zr-4合金的疖状腐蚀现象。     

β相处理时冷却速率对Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的影响

利用静态高压釜腐蚀实验研究了β相处理时冷却速率对Zr-4合金板状样品在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐疖状腐蚀性能的影响。结果表明:β相处理时,随着冷却速率的降低,Zr(Fe,Cr)_2第二相会明显沿α-Zr板条晶界上析出,降低了过饱和固溶在α-Zr中的Fe和Cr含量,使得样品经过冷轧和再结晶退火后的耐疖状腐蚀性能变差。对比研究了工业生产中Zr-4合金板材耐疖状腐蚀性能不均匀的样品,认为出现这种现象与板坯在进行β相淬火时,由于尺寸较大各处的冷却速率不均匀有关。     

Zr-4合金氧化膜显微组织与疖状腐蚀机制研究

经过不同热处理后的几种Zr-4合金样品,在550 ℃/25 MPa超临界水中腐蚀时都不同程度地发生了疖状腐蚀.用扫描电镜研究了氧化膜的显微组织.提出Zr-4合金发生疖状腐蚀的机制:Zr-4合金腐蚀生成的部分氧化膜具有微孔和微裂纹少、比较致密的特性,生长到一定程度后,在应力作用下,局部薄弱区发生平行于O/M界面的开裂并不断扩大,造成表层氧化膜破裂,腐蚀介质水进入裂纹中,形成有效的供氧源,使局部腐蚀加速,发生不均匀腐蚀,这种不均匀腐蚀在适当条件下发展成疖状腐蚀.氧化膜局部产生了可向O/M界面提供充足氧的直接供氧源,是引发锆合金产生疖状腐蚀的最密切因素.所有与发生疖状腐蚀有关的其它因素,如合金元素、第二相的大小和分布、氧化膜生长各向异性等,都是通过对氧化膜相关性质的影响而发生作用.     

Zr-Sn-Nb合金耐疖状腐蚀性能的研究

把N18（NZ2）锆合金样品经过多种不同的热处理后，用高压釜在500℃，10．3MPa过热蒸汽中进行腐蚀试验，研究了它们的耐疖状腐蚀性能。结果表明：无论是将样品加热到β相，α＋β双相还是α相后，快冷还是缓冷，它们经过1100h腐蚀后都没有出现疖状腐蚀。说明在Zr-Sn合金中再添加合金元素Nb后，对疖状腐蚀产生了“免疫性”。样品在500℃过热蒸汽中的腐蚀增重动力学曲线仍可分为两个阶段，转折发生在氧化膜厚度大约为3μm时。     

Zr-4合金疖状腐蚀与晶粒取向的关系

将Zr-4合金经过800 ℃/20 h热处理,用高压釜在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中进行腐蚀实验,并采用电子背散射衍射分析( EBSD)技术研究Zr-4合金疖状腐蚀与合金基体表面晶粒取向的关系.结果表明:Zr-4合金经腐蚀后,以(-1 8 7 12)晶面为中心,面夹角在10°范围内的合金基体晶面上生长的氧化膜会发生疖状腐蚀,而在以(0001)晶面为中心,面夹角在17°范围内的晶面上生长的氧化膜不会发生疖状腐蚀.     

添加2wt％ Cu对Zr-4合金显微结构和耐腐蚀性能的影响

研究了在Zr-4合金中添加2 wt％ Cu的合金显微组织及其在500℃和10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能.结果表明,该合金经过热轧、冷轧以及经2h、580℃真空退火处理后,得到以α-Zr为基体的显微组织,合金中主要存在四方结构的Zr2Cu和密排六方结构的Zr(Fe,Cr,Cu)2第二相,Zr2Cu相有长度1～4 μm、厚度约1μm的片状和直径300～500 nm的球形两种形态,并且都会富集一定量的Fe元素.在10.3 MPa、500℃过热水蒸汽中,添加2 wt％Cu的Zr-4合金不发生疖状腐蚀,表明Cu是改善锆合金耐疖状腐蚀性能的有益元素.     

Zr-4合金疖状腐蚀与晶粒取向的关系

Zr-4大晶粒样品在高压釜中经过500℃/10.3 MPa过热蒸气腐蚀,研究了不同晶粒表面上氧化膜厚度与晶粒取向的关系。结果表明:样品腐蚀时氧化膜的生长表现出明显的各向异性特征,晶粒表面取向在(10■0)和(11■0)之间时,氧化膜生长速率最快,腐蚀3 h后最先出现疖状腐蚀斑,当腐蚀时间延长至30 h时,晶粒表面的极点在反极图中间位置的那些晶粒表面上也逐渐产生疖状腐蚀斑,而晶粒表面取向在(0001)晶面附近时氧化膜生长速率最慢,即使腐蚀30 h也没有产生疖状腐蚀斑。结果表明:当第二相大小和分布以及Fe,Cr合金元素在α-Zr中的固溶含量相同的情况下,Zr-4合金的耐疖状腐蚀性能与样品表面的晶粒取向有着密切的关系。     

表面状态对Zr—4合金抗疖状腐蚀性能的影响

对不同表面状态的Ｚｒ－４管材在５００℃,１０．３ＭＰａ下的过热蒸汽中进行了腐蚀试验。实验证明：表面处理状态对合金抗疖状腐蚀性能有较大影响。经酸洗后可提高抗疖状腐蚀性能,预生氧化膜处理可起到延缓疖状腐蚀的作用。结果表明,酸洗后预膜处理的表面有最好的抗疖状腐蚀性能。     

退火对Zr-4合金复合板组织和性能的影响

采用“热轧+冷轧+退火”法制备Zr-4合金复合板。利用EBSD分析再结晶度和晶粒尺寸,通过弯曲试验和疖状腐蚀试验检测复合板性能。结果表明: 再结晶度和晶粒尺寸随着退火温度的升高而增加;当冷轧变形量为7%时,Zr-4合金复合板经550 ℃保温1 h退火后,其耐疖状腐蚀性能最优且弯曲性能满足要求,确定的最佳退火工艺制度为550 ℃保温1 h。     

抛光工艺对Zr-4合金疖状腐蚀斑点影响

文章研究了抛光砂带目数对Zr-4合金疖状腐蚀斑点数量的影响,并对疖状腐蚀后斑点进行电镜观察、能谱分析及第二相粒子尺寸观察。实验结果表明:采用500目砂带抛光的Zr-4合金会产生大量的疖状斑,Zr-4合金原始表面存在孤岛状条纹的抛光纹路且存在有C和Si元素;采用1000目砂带抛光的Zr-4合金只有少量的疖状斑,抛光后的表面有致密的抛光纹路。两种抛光态的Zr-4合金的第二相粒子尺寸基本在0.050.4μm范围内。Zr-4合金原始表面存在有孤岛状条纹的抛光纹路,这些抛光纹路在腐蚀过程中形成厚度不均匀的氧化膜,从而形成疖状腐蚀斑点。     

激光表面处理对Zr—4合金板材疖状腐蚀的影响

研究了几种激光表面处理工艺对不同状态的Ｚｒ－４合金板材泡疖腐蚀的影响。实验结果表明：激光表面处理可以显著提高Ｚｒ－４合金抗疖状腐蚀性能；激光表面处理前Ｚｒ－４合金板材的状态（消除应力退火态、再结晶退火态、冷加工态）对激光表面处理后板材的疖状腐蚀性能的影响不明显     

激光表面处理对Zr－4合金板材疖状腐蚀的影响

研究了几种激光表面处理工艺对不同状态的Ｚｒ－４合金板材泡疖腐蚀的影响。实验结果表明：激光表面处理可以显著提高Ｚｒ－４合金抗疖状腐蚀性能；激光表面处理前Ｚｒ－４合金板材的状态（消除应力退火态、再结晶退火态、冷加工态）对激光表面处理后板材的疖状腐蚀性能的影响不明显     

Effect of Surface State on Nodular Corrosion Resistance of Zircaloy-4 Alloy

The effect of surface state on the nodular corrosion resistance of Zircaloy-4 alloy was investigated in superheated steam at 500 °C/10.3 MPa by autoclave tests. The microstructures of oxide films on the corroded specimens were observed by TEM and SEM. The results indicate that surface strained layer delays the appearance of nodular spots on the specimen surfaces and improves the nodular corrosion resistance. The columnar grains orientation of the oxide films formed on the specimens with surface strained layer was more consistent than that on the specimens without surface strained layer when a comparison was made on the same orientation of the grain surfaces. Such a kind of oxide microstructure formed on the specimens with surface strained layer can hinder the diffusion of oxygen ions along the grain boundaries and delay the growth of oxide films, therefore retard the formation process of nodular spots. This indicates that the microstructure of the initial oxide films has an important influence on the subsequent growth of the oxide films.     

加工热处理制度对Zr—4合金管材性能的影响

研究了加工热处理工艺对Ｚｒ－４合金管材机械性能和耐蚀性能的影响。实验表明，工序中加入β淬火处理，可以改善合金的性能。挤压前坯料β淬火后直接轧至成品的管材，再结晶退火后在３７５℃下的屈服强度为２０４￣２１８ＭＰａ，较经过多次轧制到成品的管材，其屈服强度提高了４２％￣４７％。加工过程中降低中间退火温度，减少加工道次的管材，在相同条件下的屈服强度为１８０￣１８８ＭＰａ。对合金管材进行了４００℃和５００℃     

不同介质对Zr-4合金氧化膜结构的影响

为了解释锆合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能降低的原因，将3组粉状Zr-4合金样品分别放在500℃空气中、500℃过热蒸汽中和350℃的0．1mol／L LiOH水溶液中进行腐蚀，当氧化膜厚度约为1．5gm时，用XRD分析这3组样品的晶体结构。将一片状Zr-4合金样品在350℃的0．04mol／L LiOH水溶液中腐蚀2d，用SIMS检测Li^ 和OH^-在氧化膜剖面上的分布。根据实验结果提出OH^-在氧化膜中比O^-2扩散速度快，使t—ZrO2加速向m-ZrO2转变，导致Zr-4合金腐蚀速度加快。     

热处理制度对Zr-Sn-Nb新锆合金耐腐蚀性能的影响

将Zr-Sn-Nb新锆合金样品分别进行多种变形热处理，用透射电子显微镜研究它们的显微组织和第二相粒子。然后把它们放入高压釜中，在350℃，16．8MPa，0．01mol／LLiOH水溶液中腐蚀。结果表明：580℃-3h／冷轧／500℃-30h处理的样品具有最好的耐腐蚀性能，这是因为该样品中Zr-Fe-Nb第二相粒子呈均匀细小分布，且体积分数在几种样品中最高，导致基体中的Nb元素同溶含量最低。