【摘 要】
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锆及其合金因具有低的热中子吸收截面和抗辐照核性能、良好的焊接性能、导热率以及抗高温高压水/蒸汽腐蚀,具备较好的力学性能而被广泛用于反应堆燃料包壳材料,关系着燃料使用寿命及电站安全。随着核电向着高燃耗方向发展,如何提高包壳的综合性能一直是核材料工作者关注的重要问题。本文以一种SZA-4新锆合金（Zr-Sn-Nb-Fe）为对象,研究了不同退火对SZA-4合金组织、力学、耐腐蚀等性能的影响,旨在通过优化
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锆及其合金因具有低的热中子吸收截面和抗辐照核性能、良好的焊接性能、导热率以及抗高温高压水/蒸汽腐蚀,具备较好的力学性能而被广泛用于反应堆燃料包壳材料,关系着燃料使用寿命及电站安全。随着核电向着高燃耗方向发展,如何提高包壳的综合性能一直是核材料工作者关注的重要问题。本文以一种SZA-4新锆合金（Zr-Sn-Nb-Fe）为对象,研究了不同退火对SZA-4合金组织、力学、耐腐蚀等性能的影响,旨在通过优化退火制度,探索最佳的SZA-4合金性能。通过440～580℃系列的真空退火实验,研究了SZA-4合金在不同退火下的力学和组织性能,结果表明:随着退火温度升高,SZA-4合金由消应力转为部分再结晶到完全再结晶,组织、高室温拉伸、CSR等性能随之波动。从480℃到530℃,组织处于部分再结晶,各项性能波动较大,确定成品采用530℃～560℃/7.5h完全再结晶退火,消应力和部分再结晶退火工艺可根据产品力学、组织性能进行制定。12种退火样品的SZA-4合金370天长期腐蚀结果表明,成品退火制度对合金耐腐蚀性能有一定的影响。在三种介质中表现出较为一致的趋势,即部分再结晶和完全再结晶样品腐蚀增重趋势接近,而消除应力样品相对较差。这是因为SZA-4合金中的Nb的含量与其在α-Zr中的平衡固溶度0.29%～0.49%接近,再结晶退火后,析出Zr-Nb-Fe第二相中Nb固溶量高,锆基体中Nb含量降低,而a-Zr基体的腐蚀速率远高于第二相,这是再结晶样品的耐腐蚀性能更好的因素。对比增重结果,确定挤压和半成品退火对SZA-4合金包壳管的性能没有明显影响。与商用Zirlo和Zr-4合金长期腐蚀结果相比,SZA-4合金表现出了优异的耐腐蚀性,在360℃/18.6MPa/0.01mol Li OH水溶液和去离子水中,完全再结晶样品的腐蚀增重是Zirlo的一半,是Zr-4合金的8%。在400℃/10.3MPa蒸汽中增重趋势同样优于Zirlo合金,160天腐蚀转折后增重略差于Zr-4合金。综合评价SZA-4新锆合金腐蚀性能优于已商用的Zirlo合金和Zr-4合金,满足我国三代大型先进压水堆燃料包壳的设计需求。
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