薄壁锆合金管材组织与环向性能研究

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锆及锆合金因其密度小、良好的耐腐蚀性能、良好的生物相容性及优异的中子吸收性能,在航空航天、深海、化工、医学及核电领域均有着广泛的使用。随着国家大力发展清洁能源的政策实施,提高能耗、打破核材料研发和制造的核心技术壁垒,是大力发展核级锆材的重要目标。受日本福岛核泄漏事故的影响,提高核反应堆安全性也是核级锆材生产和新品研发的重要指标。壁厚小于1.0mm的薄壁锆及锆合金管材是核反应堆的第一道安全屏障,因此,掌握其组织及堆外应用性能的规律和特点,是核电领域研发技术人员重点关注的核心和研究方向。本文以锆锡铌系合金管材为主要研究对象,分别阐述了其工艺过程及质量控制特点,重要工序的组织形态及可能产生的缺陷及其产生原因,指出了影响其最终产品组织及性能指标的主要因素。分别从实验材料和试验原理、材料组织形态、管材力学环向性能三个方面,介绍了管材加工过程中不同工艺阶段其组织形态、特点以及锆合金组织检测试样制备方法。采用管材室高温环向拉伸试验、室高温闭端爆破试验、管材收缩应变比测试、氢化物应力再取向因子测定、管材外压蠕变坍塌试验及内压蠕变坍塌试验等试验方法,模拟核级锆管材在反应堆内的受役情况,开发设计了不同的试验方法和不同试验条件,获得了相关组织及性能的内在规律,为锆合金的开发、工艺固化和性能提升提供了基础数据和理论依据。经研究表明,在加工过程中设置相关组织测试,可以对工序的顺利进行和最终的质量控制起到良好的作用。不同条件下力学环向性能测试的方法可以了解到Zr-4、zirlo、等核级锆管材的相关性能及不同材质之间性能的优劣。
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