加工工藝對Zr-Sn-Nb合金組織及腐蝕性能的影響.pdf

1、鋯合金是核反應(yīng)堆中一種重要的核結(jié)構(gòu)材料。其作為核燃料包殼材料被使用時,材料腐蝕和吸氫是堆內(nèi)運行中面臨的兩個重要問題,關(guān)系著核燃料元件的使用壽命及核電站的安全可靠性。隨著鋯合金向著高燃耗方向發(fā)展,如何提高包殼材料的抗腐蝕性能一直是核材料工作者關(guān)注的重要問題。本論文主要以一種Zr-Sn-Nb-Fe合金(名義成分為Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe)為研究對象,選取該合金在熱擠壓及隨后冷軋過程中的樣品,研究了在不同工藝條件下,熱處理制度對該Zr

2、-Sn-Nb-Fe合金再結(jié)晶退火處理的影響,分析了加工工藝對合金微觀組織變化及其第二相大小分布的影響,并對不同工藝下的合金樣品在360℃/18.6MPa,0.03mol/L LiOH溶液中進(jìn)行了高壓釜腐蝕性能測試。
　　實驗通過光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和EDS能譜對樣品分析表明:本研究用的Zr-Sn-Nb-Fe合金應(yīng)采用600℃的低溫擠壓加工工藝;對擠壓管坯、一次冷軋管坯的中間退火溫度均可選取600℃/2h,對二次冷

3、軋管坯選取580℃/2h或590℃/2h。由于鋯合金的退火溫度范圍窄,在每道次退火處理后應(yīng)嚴(yán)格控制合金退火后組織的再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)。在600℃的退火溫度下,延長保溫時間對該Zr-Sn-Nb-Fe合金再結(jié)晶程度影響不大;在600℃擠壓時,二次冷軋管坯的第二相尺寸最小,并呈均勻彌散分布,且小于100nm的第二相約占55.1％;在整個管坯制備過程(熱擠壓→一次冷軋→二次冷軋)中,隨著各道次變形退火處理,小于100nm的第二相尺寸百分含量逐漸提高

4、(12.7%→25.9%→55.1%),第二相粒子由藕節(jié)狀逐漸演變?yōu)閳A形顆粒。600℃、620℃及640℃擠壓下二次冷軋管坯的第二相中均含有Zr、Nb、Fe三種元素,三種工藝條件對Nb/Fe比值沒有明顯影響,這種第二相粒子是具有密排六方結(jié)構(gòu)的Zr(Nb,Fe)2相。
　　其次通過高壓釜腐蝕實驗研究了鋯合金的腐蝕性能。實驗結(jié)果表明:600℃低溫擠壓的這種Zr-Sn-Nb-Fe合金二次冷軋管坯的抗腐蝕性能優(yōu)于620℃和640℃擠壓的二

5、次冷軋管坯。腐蝕至210天時,600℃擠壓的二次冷軋管坯增重比其它兩種工藝條件增重可下降10%。同Zr-4合金相比,Nb元素的加入可以改善該鋯合金在360℃/0.03mol/L的LiOH溶液中的抗腐蝕性能。
　　綜合以上實驗:對于Zr-Sn-Nb系的該種Zr-Sn-Nb-Fe鋯合金,比較3種加工工藝,600℃擠壓下的二次冷軋管坯抗腐蝕性能最好。這主要是由于在共析溫度下600℃擠壓時,β-Zr得到了充分分解,經(jīng)兩道次冷軋和兩次中間退