薄壁锆合金管材组织与环向性能研究
发布时间：2021-11-28 12:25
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...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锆合金制人工关节Fig.1.1ZirconiumAlloysJoint
西安建筑科技大学硕士论文6合金为支撑的AFA-3G组件。另外秦山二期、福清、方家山核电站也将采用M5合金、AFA-3G组件。2006年国家从西屋公司引进AP1000第三代核电站，包括海洋、三门核电站，都将采用ROBUST燃料组件，包壳、导向管和格架都采用西屋公司研制的优化ZIRLOTM锆合金。AP1000的技术引进中涵盖了全套完整的锆合金技术，包括海绵锆、ZIRLO锆合金熔炼及加工技术。图1.2组件模型Fig.1.2ModelofComponents1.3.4国内高性能组件用锆合金研究随着中国核电的大力发展，以及技术引进的消化吸收的逐步深入，急速推进我国自主品牌燃料组件研制，特别是其标志性指标——新型锆合金材料的研制是我国核电站自主化的迫切要求，国家在这方面也做了一些工作。“十五”期间，由科工委统一协调并提供经费7000万元用于中国先进燃料组件的研制，共开展20项科研开发项目，该科研计划全面涵盖了燃料组件机械结构、力学、热工水力、材料、制造工艺、软件开发等众多学科领域。该计划更多关注学术研究的分解，没有形成统一的技术路线和目标，特别是在材料方面错误的选择了使用法国专利产品M5锆合金，最终没有完成先导组件的研制。该国产化项目流产的主要原因是闭门造车和材料选择错误。在“九·五”和“十·五”期间西北有色金属研究院和中国核动力院一起对新型高性能锆合金进行了长期研究，并筛选出了N18（NZ2）和N36（NZ8）两种比较优异的
西安建筑科技大学硕士论文8图1.3燃料包壳管坍塌导致燃料泄漏[32]Fig.1.3PicturesShowingFuelCladdingCollapseResultinginFuelPerforation图1.4显示了燃料棒的变形过程，燃料棒在受役过程中，反应堆内水的压力引起的管材受到了外部压应力超过了预充氮气引起的内应力。a）由于热蠕变和辐照蠕变，材料的直径减小，辐照损的增加，材料的热蠕变迅速减校非均匀蠕变和辐照生长，长度增加。b）由于包壳管受冷收缩和燃料裂变受热膨胀，燃料棒与包壳管局部位置发生接触。在燃料膨胀区域，包壳管直径增加，导致长度上有收缩，膨胀的芯料在燃料棒上施加局部周向拉伸应力，导致长度伸长。辐照生长引起棒材燃料棒长度增加。长度的净增加是多种因素的总和，但长度的增加趋势不变。c）给出了包壳管和燃料之间有相互作用的情况，燃料对包壳管施加一个向外的应力，各项异性蠕变使包壳管长度减少，轴向表面应力和辐照生长使包壳管长度增加包壳管的综合变化量可以是伸长的，也可以是收缩的，图c）显示是伸长的。图1.4燃料包壳管在堆内收缩、肿胀失效示意图[32]a）燃料包壳受役前b）燃料包壳受役一段时间c）燃料包壳受役最大程度1)冷却影响2）燃料棒直径影响3）燃料棒综合影响Fig.1.4FueleffectonE110RXAcladdingatdifferentstagesofoperationinavver:a)Before”fuelcaldding”interaction,b)foramomentof”fuelcaldding”interaction,c)”fuelcladdinginteraction”tookplaceatmostoffuelcolumm,
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zr-Sn-Nb-Fe系锆合金中第二相粒子研究进展[J]. 范清松,杨忠波,周军,石明华,陈鑫,李中奎. 材料工程. 2016(04)
[2]N36锆合金中第二相粒子对500℃蒸汽腐蚀吸氢行为的影响[J]. 陈亮,杨忠波,苗志,赵文金,戴训,孙超. 核动力工程. 2012(S2)
[3]镁合金塑性变形机理研究进展[J]. 刘庆. 金属学报. 2010(11)
[4]EBSD技术在形变Zr合金组织与织构研究中的应用[J]. 栾佰峰,黄天林,陈建伟,张喜燕,刘庆. 电子显微学报. 2008(06)
[5]变形及热处理对Zr-Sn-Nb新锆合金第二相粒子的影响[J]. 雷鸣,刘文庆,严青松,李强,姚美意,周邦新. 稀有金属材料与工程. 2007(03)
[6]我国高性能锆合金的发展[J]. 赵文金,周邦新,苗志,彭倩,蒋有荣,蒋宏曼,庞华. 原子能科学技术. 2005(S1)
[7]M5锆合金包壳管轴向和环向拉伸性能测试[J]. 张长义,宁广胜,佟振峰,林虎,徐远超. 原子能科学技术. 2005(S1)
[8]锆合金的织构及其对性能的影响[J]. 彭倩,沈保罗. 稀有金属. 2005(06)
[9]不锈钢包壳管蠕变坍塌临界时间计算[J]. 田盛,肖忠,雷涛. 核动力工程. 2004(06)
[10]锡含量对锆－锡合金性能的影响[J]. 薛祥义,邱军,李佩志. 稀有金属材料与工程. 1996(03)
本文编号：3524423
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锆合金制人工关节Fig.1.1ZirconiumAlloysJoint
西安建筑科技大学硕士论文6合金为支撑的AFA-3G组件。另外秦山二期、福清、方家山核电站也将采用M5合金、AFA-3G组件。2006年国家从西屋公司引进AP1000第三代核电站，包括海洋、三门核电站，都将采用ROBUST燃料组件，包壳、导向管和格架都采用西屋公司研制的优化ZIRLOTM锆合金。AP1000的技术引进中涵盖了全套完整的锆合金技术，包括海绵锆、ZIRLO锆合金熔炼及加工技术。图1.2组件模型Fig.1.2ModelofComponents1.3.4国内高性能组件用锆合金研究随着中国核电的大力发展，以及技术引进的消化吸收的逐步深入，急速推进我国自主品牌燃料组件研制，特别是其标志性指标——新型锆合金材料的研制是我国核电站自主化的迫切要求，国家在这方面也做了一些工作。“十五”期间，由科工委统一协调并提供经费7000万元用于中国先进燃料组件的研制，共开展20项科研开发项目，该科研计划全面涵盖了燃料组件机械结构、力学、热工水力、材料、制造工艺、软件开发等众多学科领域。该计划更多关注学术研究的分解，没有形成统一的技术路线和目标，特别是在材料方面错误的选择了使用法国专利产品M5锆合金，最终没有完成先导组件的研制。该国产化项目流产的主要原因是闭门造车和材料选择错误。在“九·五”和“十·五”期间西北有色金属研究院和中国核动力院一起对新型高性能锆合金进行了长期研究，并筛选出了N18（NZ2）和N36（NZ8）两种比较优异的
西安建筑科技大学硕士论文8图1.3燃料包壳管坍塌导致燃料泄漏[32]Fig.1.3PicturesShowingFuelCladdingCollapseResultinginFuelPerforation图1.4显示了燃料棒的变形过程，燃料棒在受役过程中，反应堆内水的压力引起的管材受到了外部压应力超过了预充氮气引起的内应力。a）由于热蠕变和辐照蠕变，材料的直径减小，辐照损的增加，材料的热蠕变迅速减校非均匀蠕变和辐照生长，长度增加。b）由于包壳管受冷收缩和燃料裂变受热膨胀，燃料棒与包壳管局部位置发生接触。在燃料膨胀区域，包壳管直径增加，导致长度上有收缩，膨胀的芯料在燃料棒上施加局部周向拉伸应力，导致长度伸长。辐照生长引起棒材燃料棒长度增加。长度的净增加是多种因素的总和，但长度的增加趋势不变。c）给出了包壳管和燃料之间有相互作用的情况，燃料对包壳管施加一个向外的应力，各项异性蠕变使包壳管长度减少，轴向表面应力和辐照生长使包壳管长度增加包壳管的综合变化量可以是伸长的，也可以是收缩的，图c）显示是伸长的。图1.4燃料包壳管在堆内收缩、肿胀失效示意图[32]a）燃料包壳受役前b）燃料包壳受役一段时间c）燃料包壳受役最大程度1)冷却影响2）燃料棒直径影响3）燃料棒综合影响Fig.1.4FueleffectonE110RXAcladdingatdifferentstagesofoperationinavver:a)Before”fuelcaldding”interaction,b)foramomentof”fuelcaldding”interaction,c)”fuelcladdinginteraction”tookplaceatmostoffuelcolumm,
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zr-Sn-Nb-Fe系锆合金中第二相粒子研究进展[J]. 范清松,杨忠波,周军,石明华,陈鑫,李中奎. 材料工程. 2016(04)
[2]N36锆合金中第二相粒子对500℃蒸汽腐蚀吸氢行为的影响[J]. 陈亮,杨忠波,苗志,赵文金,戴训,孙超. 核动力工程. 2012(S2)
[3]镁合金塑性变形机理研究进展[J]. 刘庆. 金属学报. 2010(11)
[4]EBSD技术在形变Zr合金组织与织构研究中的应用[J]. 栾佰峰,黄天林,陈建伟,张喜燕,刘庆. 电子显微学报. 2008(06)
[5]变形及热处理对Zr-Sn-Nb新锆合金第二相粒子的影响[J]. 雷鸣,刘文庆,严青松,李强,姚美意,周邦新. 稀有金属材料与工程. 2007(03)
[6]我国高性能锆合金的发展[J]. 赵文金,周邦新,苗志,彭倩,蒋有荣,蒋宏曼,庞华. 原子能科学技术. 2005(S1)
[7]M5锆合金包壳管轴向和环向拉伸性能测试[J]. 张长义,宁广胜,佟振峰,林虎,徐远超. 原子能科学技术. 2005(S1)
[8]锆合金的织构及其对性能的影响[J]. 彭倩,沈保罗. 稀有金属. 2005(06)
[9]不锈钢包壳管蠕变坍塌临界时间计算[J]. 田盛,肖忠,雷涛. 核动力工程. 2004(06)
[10]锡含量对锆－锡合金性能的影响[J]. 薛祥义,邱军,李佩志. 稀有金属材料与工程. 1996(03)
本文编号：3524423
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3524423.html
