加工工艺对N18和N36锆合金腐蚀与吸氢性能影响的研究

摘要

锆合金是核反应堆中一种重要的结构材料，用作核燃料包壳，腐蚀和吸氢是锆合金应用中的两个重要问题，涉及核燃料元件的寿命和核电站运行时的安全性。随着燃料组件燃耗的进一步提高，如何提高锆合金的耐腐蚀性能和降低锆合金腐蚀时的吸氢量越来越受到关注。本文主要介绍我国自主研发的N18(Zr-lSn-0.35Nb-0.3Fe-0.1Cr)和N36(Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe)锆合金在400℃/10.3MPa过热蒸汽中的腐蚀与吸氢性能，并探讨第二相影响锆合金腐蚀时吸氢行为的机理。 将N18和N36锆合金样品分别按1020℃/20minwQ(水淬)+C.R.(冷轧)+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四种不同工艺进行了处理。用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察样品中第二相粒子的大小、数量及分布，并统计分析了第二相的尺寸。 经1020℃/20min WO+C.R.+580℃/50h AC工艺处理后的N36锆合金样品的耐腐蚀性能最好，其原因在于样品经过此工艺处理后，基体中固溶的Nb含量接近其加热处理温度580℃时的平衡固溶度，并且得到细小、均匀分布的β-Nb第二相。经四种不同工艺处理的N36锆合金样品腐蚀时的吸氢性能相差不大，因为N36锆合金中的第二相主要是β-Nb，其吸氢能力比锆弱，当添加的合金元素与锆形成的第二相是一种比锆吸氢能力弱的物质时，锆合金的吸氢性能主要由固溶了一定合金元素的α-Zr基体自身决定，第二相的大小和数量对吸氢性能的影响不明显。在这四种工艺中采用820℃/2h AC+C.R.+580℃/50h AC或700℃/4h AC+C.R.+580℃/50h AC加工工艺处理，可以获得耐腐蚀性能好且吸氢量少的N36锆合金。 经1020℃/20min WO+C.R.+580℃/50h AC工艺处理后的N18锆合金样品的耐腐蚀性能最好，其原因在于样品经过此工艺处理后，得到的第二相很细小，并均匀的分布在基体中。经四种不同工艺处理的N18锆合金样品腐蚀时的吸氢性能相差较大，因为N18锆合金中的第二相主要是zr(Fe,Cr)<,2>和Zr-Nb-Fe粒子，Zr(Fe,Cr)<,2>第二相的吸氢能力比锆强，当添加的合金元素与锆形成的第二相是一种比锆吸氢能力更强的物质时，第二相的大小和数量对吸氢性能有比较明显的影响。在这四种工艺中采用1020℃/20min WQ+C.R.+580℃/50h AC加工工艺可以获得耐腐蚀性能好且吸氢量少的N18锆合金。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1核电的发展

1.2锆合金在核电工业中的应用及发展

1.3锆合金使用中存在的问题

1.4锆合金研究概况

1.4.1 耐腐蚀性能的研究

1.4.2 吸氢性能的研究

1.5本论文选题的目的、意义和主要研究内容

第二章实验方法

2.1实验材料

2.2实验样品的制备

2.3高压釜腐蚀试验

2.4样品中第二相的观察

2.5氢含量分析

2.6氢化锆金相观察

第三章第二相对N36锆合金腐蚀与吸氢性能的影响

3.1引言

3.2加工工艺对N36锆合金样品中第二相的影响

3.3第二相对N36锆合金腐蚀性能的影响

3.4第二相对N36锆合金吸氢性能的影响

3.5本章小结

第四章第二相对N18锆合金腐蚀与吸氢性能的影响

4.1引言

4.2加工工艺对N18锆合金中第二相的影响

4.3第二相对N18锆合金腐蚀性能的影响

4.4第二相对N18锆合金吸氢性能的影响

4.5本章小结

第五章第二相对锆合金吸氢行为影响机理的探讨

5.1 引言

5.2第二相对锆合金腐蚀时吸氢行为影响机理的探讨

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢