加工工藝對(duì)N18和N36鋯合金腐蝕與吸氫性能影響的研究.pdf

1、鋯合金是核反應(yīng)堆中一種重要的結(jié)構(gòu)材料，用作核燃料包殼，腐蝕和吸氫是鋯合金應(yīng)用中的兩個(gè)重要問(wèn)題，涉及核燃料元件的壽命和核電站運(yùn)行時(shí)的安全性。隨著燃料組件燃耗的進(jìn)一步提高，如何提高鋯合金的耐腐蝕性能和降低鋯合金腐蝕時(shí)的吸氫量越來(lái)越受到關(guān)注。本文主要介紹我國(guó)自主研發(fā)的N18(Zr-lSn-0.35Nb-0.3Fe-0.1Cr)和N36(Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe)鋯合金在400℃/10.3MPa過(guò)熱蒸汽中的腐蝕與吸氫性能，并探討第二相影

2、響鋯合金腐蝕時(shí)吸氫行為的機(jī)理。 將N18和N36鋯合金樣品分別按1020℃/20minwQ(水淬)+C.R.(冷軋)+580℃/50h AC(空冷)、820℃/2h AC+580℃/50h AC、820℃/2h AC+C.R.+580℃/50h AC、700℃/4h AC+C.R.+580℃/50h AC四種不同工藝進(jìn)行了處理。用透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)觀察樣品中第二相粒子的大小、數(shù)量及分布，并統(tǒng)計(jì)分析了第二

3、相的尺寸。 經(jīng)1020℃/20min WO+C.R.+580℃/50h AC工藝處理后的N36鋯合金樣品的耐腐蝕性能最好，其原因在于樣品經(jīng)過(guò)此工藝處理后，基體中固溶的Nb含量接近其加熱處理溫度580℃時(shí)的平衡固溶度，并且得到細(xì)小、均勻分布的β-Nb第二相。經(jīng)四種不同工藝處理的N36鋯合金樣品腐蝕時(shí)的吸氫性能相差不大，因?yàn)镹36鋯合金中的第二相主要是β-Nb，其吸氫能力比鋯弱，當(dāng)添加的合金元素與鋯形成的第二相是一種比鋯吸氫能力弱的

4、物質(zhì)時(shí)，鋯合金的吸氫性能主要由固溶了一定合金元素的α-Zr基體自身決定，第二相的大小和數(shù)量對(duì)吸氫性能的影響不明顯。在這四種工藝中采用820℃/2h AC+C.R.+580℃/50h AC或700℃/4h AC+C.R.+580℃/50h AC加工工藝處理，可以獲得耐腐蝕性能好且吸氫量少的N36鋯合金。 經(jīng)1020℃/20min WO+C.R.+580℃/50h AC工藝處理后的N18鋯合金樣品的耐腐蝕性能最好，其原因在于樣品經(jīng)過(guò)

5、此工藝處理后，得到的第二相很細(xì)小，并均勻的分布在基體中。經(jīng)四種不同工藝處理的N18鋯合金樣品腐蝕時(shí)的吸氫性能相差較大，因?yàn)镹18鋯合金中的第二相主要是zr(Fe,Cr)<,2>和Zr-Nb-Fe粒子，Zr(Fe,Cr)<,2>第二相的吸氫能力比鋯強(qiáng)，當(dāng)添加的合金元素與鋯形成的第二相是一種比鋯吸氫能力更強(qiáng)的物質(zhì)時(shí)，第二相的大小和數(shù)量對(duì)吸氫性能有比較明顯的影響。在這四種工藝中采用1020℃/20min WQ+C.R.+580℃/50h AC