Potential roles for the Master Curve in regulatory application

The Master Curve, as introduced by Wallin and co-workers in 1984, has evolved into a mature technology for characterizing the fracture toughness transition of ferritic steels. Considerable empirical evidence provides testament to the robustness of the Master Curve procedure. However, in 1997, the Nuclear Regulatory Commission (NRC) staff detailed several technical issues requiring resolution prior to staff acceptance of applications of Master Curve technology to the fracture integrity assessment of nuclear reactor pressure vessels (RPVs) [1]. Current and recently completed research programs sponsored by both the NRC and Electric Power Research Institute (EPRI) focus on closure of these issues. This paper reviews the issues detailed in 1997, comments on their continued relevance in light of recent research results, and details areas where either additional research or a change or research focus is warranted.     

La2Zr2O7 based high entropy ceramic with a low thermal conductivity and enhanced CMAS corrosion resistance

Herein, five new La₂Zr₂O₇ based high-entropy ceramic materials, such as (La_0.2Ce_0.2Gd_0.2Y_0.2Er_0.2)₂Zr₂O₇, (La_0.2Ce_0.2Gd_0.2Er_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇, (La_0.2Gd_0.2Y_0.2Er_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇, (La_0.2Ce_0.2Y_0.2Er_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇, (La_0.2Ce_0.2Gd_0.2Y_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇), were synthesized using a sol-gel and high-temperature sintering (1000 °C) method. The spark plasma sintered (SPS) (La_0.2Ce_0.2Gd_0.2Er_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇ pellet shows a low thermal conductivity of 1.33 W m^-1 K^-1 at 773 K, and it also exhibits better CaO–MgO–Al₂O₃–SiO₂ corrosion resistance than that of Y₂O₃ stabilized ZrO₂. It shows that (La_0.2Ce_0.2Gd_0.2Er_0.2Sm_0.2)₂Zr₂O₇ has a promising application potential as a thermal barrier coating.     

用工业级氯氧化锆制备硫酸锆

研究了用工业级氯氧化锆(ZrOCl_2·8H_2O)经水解、硫酸沉淀工艺制备硫酸锆,考察了硫酸锆质量、制备工艺的经济性。结果表明:氯氧化锆的溶解量对硫酸锆沉淀起决定性作用;用无水乙醇清洗得到的硫酸锆能较好地控制沉淀晶体中氯离子含量;沉淀温度、硫酸用量影响锆回收率。同时,生产过程中产生的盐酸、洗涤沉淀晶体的乙醇均可回收利用,工艺环保。     

核电用316LN不锈钢的热机械疲劳性能研究

采用热机械疲劳试验方法研究316LN不锈钢的同相热机械疲劳行为,获得材料的疲劳数据。试验结果表明:316LN不锈钢的热机械疲劳行为是一个先强化后软化的过程;滞回曲线呈梭形,形状"饱满",具有良好的塑性变形能力,且随着温度范围增大,变形能力增强;在相同条件下,温度范围增大,材料的疲劳特征表现更为明显;在波动管运行条件下(温度≤320℃),应变对材料的疲劳寿命影响占主要作用;材料在120~320℃和120~230℃条件下的热机械疲劳寿命均大于350℃恒温低周疲劳寿命,说明采用传统的高温低周疲劳试验结果来评价波动管材料的热机械疲劳寿命过于保守。     

核电耐事故锆包壳表面涂层研究进展

锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeCrAl合金等,重点分析了金属Cr因易于获得高质量涂层,且具有优异的耐腐蚀、耐高温氧化等性能,成为耐事故锆包壳表面涂层的首选材料。讨论了锆合金表面Cr涂层沉积技术的发展,包括物理气相沉积法、冷喷涂、激光熔覆和等离子喷涂等,着重分析了不同的科研机构均形成了各自的涂层锆管研发路线。评价了锆包壳表面Cr涂层的关键应用性能,重点分析了高温氧化–脆化、腐蚀、环压、磨损以及高温爆破等条件下的表面涂层效应。水蒸气环境中表面Cr涂层可有效阻止氧元素向锆基体的扩散,高温氧化–淬火后锆基体内残留了大量β–Zr相,涂层锆管仍具有一定的残余塑性;小变形工况下表面Cr涂层与锆基体间具有良好的膜基协同变形能力;Cr涂层对锆管基体具有一定的表面强化效应,一定程度上可改善涂层锆管的高温爆破性能;堆内辐照后Cr–Zr界面成分、微结构稳定性良好,21%环向肿胀后表面Cr涂层依然未剥落。最后,总结与展望了锆包壳表面Cr涂层的科研成果与研究方向。     

Al对低中子吸收截面Ti-Zr-Nb高熵合金的微观结构和腐蚀行为的影响

针对Al对低中子吸收截面Ti-Zr-Nb系高熵合金的微观结构和腐蚀行为进行了研究。比较了不含Al和含15at%Al的Ti-Zr-Nb合金的相图、微观结构、氧化行为和腐蚀行为。相图计算结果表明,在熔点下Ti-Zr-Nb三元合金为bcc相,添加的Al会倾向于在合金中形成不同的金属间化合物,而缩小相图中bcc单相区的温度区。XRD和TEM结果表明,熔炼获得的Ti-Zr-Nb三元合金为简单的bcc结构,而Al会导致晶体结构转变为有序的B2结构。通过热重分析和高压釜试验对Ti-Zr-Nb系高熵合金的腐蚀行为进行了研究。结果表明,在腐蚀过程中,Ti-Zr-Nb三元合金的氧化膜容易发生剥落,而添加Al会提高氧化层的稳定性,但不会改变腐蚀氧化层的主要氧化物种类。通过计算反应速率常数和激活能对氧化动力学进行了研究,发现添加Al的Ti-Zr-Nb系合金的高温氧化性能与Zr合金接近。     

SCWR候选不锈钢的蠕变性能研究

采用RDL50型蠕变持久试验机研究奥氏体不锈钢316Ti、347、HR3C和6XN在550℃/90 MPa、600℃/85 MPa、650℃/70 MPa和700℃/65 MPa条件下的蠕变性能。结果表明,在550℃/90 MPa条件下,347的蠕变性能最佳,但随着温度的提高,600℃以上HR3C的蠕变性能优势逐渐体现;316Ti在4种条件下的蠕变性能均最差。结合实验数据分析,应力指数n排序为316Ti>347>HR3C,激活能Q排序为HR3C>347>316Ti,进一步表明了上述3种材料蠕变性能的优劣为HR3C>347>316Ti。     

Nb、Cu对新型高温锆合金α/β相变温度和腐蚀性能的影响

研究不同元素含量的Zr-Nb-Cu合金的显微组织和其在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,结果表明,在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中,Zr- 1.0Nb-0.05Cu合金的耐腐蚀性能最好,其耐腐蚀性能远远优于Zr-4和N18合金.在Zr-Nb-Cu合金中形成富含Nb、Fe、Cr的第二相粒子,这是影响锆合金耐腐蚀性能的一个原因.Zr-Nb-Cu合金在差热扫描量热仪分析的升温过程中,腐蚀产生的氢化物溶解,温度达到氢致α/β相变温度(约550℃)时开始β相变.添加Nb可以降低合金发生氢致β相变的温度,而增加Cu含量,可以降低合金腐蚀时的吸氢量,同时也使合金的耐腐蚀性能得到明显的提高.     

锆合金原位离子辐照条件下的位错环演化研究

位错环演化是核用锆合金辐照组织演化的主要特征之一,对合金辐照后的力学性能（强度、塑性等）有着决定性的影响。目前,锆合金辐照位错环演化的实验研究主要基于离位中子或离子辐照,无法直接观察位错环的演化过程。为了更深入地理解锆合金辐照下的微观组织演化,本工作采用先进的原位离子辐照实验方法,实时观察Zr-2合金位错环的演化过程,揭示不同辐照损伤剂量和温度对演化过程的影响规律,并结合弥散障碍物硬化模型对合金的辐照硬化性能进行了评估,验证了原位离子辐照用于研究锆合金包壳材料辐照后位错环演化和力学性能评价的可行性和先进性。      

321-52M-690异种金属焊接接头的应力腐蚀开裂行为研究

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和高温电化学相结合的方法,研究了外加电位对321-52M-690异种金属焊接接头在含Cl-高温高压水中应力腐蚀开裂(SCC)倾向的影响规律。结果表明,在300℃、50ppm Cl-环境下,焊接接头的SCC敏感性随电极电位(-700~+100mV)的升高而增大,且存在一个介于0~+50mV(vs.SHE)之间的临界电位Ecrit。当电极电位低于Ecrit时,焊接接头的SCC敏感性较小,SCC敏感性指数ISSRT基本在40%左右,断裂形式为外力主导的塑性开裂;当电极电位高于Ecrit时,ISSRT急剧增加至70%以上,断裂形式为腐蚀主导的脆性开裂。试样断裂位置均位于硬度最低的321母材处,表明在321/690异种金属焊接接头中321母材对SCC最为敏感,故进一步探讨了321不锈钢的应力腐蚀开裂行为和机理。