轧制工艺对N36锆合金带材微观结构的影响

发布时间：2021-05-31 17:22

　　利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）等方法,对不同轧制工艺制备的N36锆合金带材中的第二相、晶粒尺寸和微观织构进行了研究。结果表明,锆合金带材中织构主要以{0001}<■>和{0001}<■>两类基面织构为主第二相粒子主要为HCP型Zr（Nb,Fe）₂粒子。在热轧总变形量一致的情况下,热轧工艺道次变形量的变化对最终带材的晶粒尺寸和微观织构影响不大,但是对第二相粒子的尺寸有很大影响。热轧过程第一道次变形量越大,最终带材中第二相粒子尺寸越小。在热轧过程中换向轧制会影响最终带材的织构组成,也会促进锆晶粒的[0001]轴平行于带材的ND方向;同时在带材的轧面（RD-TD面）上,晶粒的取向性减弱晶粒取向更加随机。终轧过程中的变形量增大,会使最终带材的晶粒尺寸减小,再结晶程度提高,使得最终带材中{0001}<■>织构增强,而{0001}<■>织构减弱。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(11)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

不同热加工工艺制备的N36锆合金带材中第二相粒子的分布

利用TEM对不同板材中微观结构及第二相粒子的成分和物相进行了分析，图2为B1带材的TEM形貌图像、第二相粒子选区电子衍射和EDS成分结果。从TEM形貌图像中可以看出，B1带材经过了最终再结晶退火，大部分晶粒完成了再结晶，但是部分晶粒内部仍存在大量变形态组织，存在大量小角度界面，同时一些再结晶晶粒中还存在大量位错线。其他板材中的微观结构与B1带材基本类似，也存在位错线和大量变形态组织，并未完成完全再结晶。对每类带材中约10个第二相粒子的物相和成分进行分析，结果发现N36带材中第二相粒子主要为HCP型(C14结构)的Zr(Nb,Fe)2第二相，第二相粒子的晶格常数约为a=0.502 nm,c=0.820 nm[5]。文献[6-7]中报道，N36合金中第二相粒子主要为HCP型Zr(Nb,Fe)2第二相和少量β-Zr第二相粒子，而本次研究的N36带材中并未发现β-Zr第二相粒子。HCP型Zr(Nb,Fe)2第二相中Nb和Fe元素的含量差距不大，由于Nb元素的扩散比较慢[8]，整个加工过程中基体中的Nb元素基本未完全析出。不同的粒子中，Zr含量差距比较大，可能是由于EDS分析时将部分Zr基体包含在内的原因。锆合金带材的微观结构和织构对于锆合金的冲制加工性能具有重要影响，因此采用EBSD分析手段对不同热加工工艺制备的锆合金带材进行了分析研究。图3为N36锆合金带材的RD-ND面的全欧拉角图，其中横向为RD方向，纵向为ND方向。可以看出经过不同工艺加工后，这4类带材中微观结构都非常均匀，再结晶程度比较高。对这4类带材的晶粒尺寸进行了统计，A1、B1、B2和B3这4种不同工艺制备的带材平均晶粒尺寸分别为2.03、2.25、2.42和2.31μm。由于A1带材的最终变形量(70%)大于其他带材(57%)，因此其内部结构更加细化，经过最终退火后晶粒尺寸要小于其他带材，而其他带材之间的平均晶粒尺寸差别不大。

对不同带材内部的大角界面和小角界面进行了分析，图6为不同带材的晶粒之间取向差角度的分布情况。从图6中可以看出，经过再结晶退火后，锆合金带材中取向差角度集中在20°～50°之间，并在30°左右出现峰值。这与常见的锆合金轧制板材的取向差角度的分布情况基本一致，这主要是由于锆合金带材中存在两类织构，而这两类织构取向之间存在30°的角度，从而使得取向差角度的分布在30°处出现峰值。这4类带材在小角界面(<10°，如图6中方框区域所示)存在一定差别。其中，B1、B2和B3带材的小角度界面比例多于A1带材的小角度界面比例，说明A1带材经过最终退火后变形态组织再结晶程度更高。A1板材的再结晶程度更高，主要是由于A1带材成品变形过程的变形量(70%)要高于B1～B3带材成品变形的变形量(57%)，因此A1带材中的形变储能要高于其他带材，在退火过程中再结晶更加充分，因此残留的小角度界面更少。在之前的研究中发现，锆合金在轧制变形的过程中更容易形成织构，而在再结晶退火的过程中变形的晶粒容易发生再结晶，更易形成再结晶织构，因此锆合金带材再结晶程度越充分，则织构越弱[17-18]。由于A1带材在最终退火的过程中，再结晶程度更高，因此最终形成的织构中织构相对较弱，如图4(a)所示。另外，从EBSD结果可以看出，B1和B2带材虽然在热轧过程中变形路线存在差别，但带材最终的界面取向差角度、晶粒尺寸和微观织构等微观结构信息基本一致。3 结论

【参考文献】：
期刊论文
[1]N36锆合金管棒材第二相研究[J]. 戴训,王朋飞,王莹,程竹青,杨忠波,赵文金,卓洪.  核动力工程. 2017(S1)
[2]Zr-Nb、Zr-Sn-Nb合金轧制板材织构分析[J]. 刘二伟,张喜燕,陈建伟,栾佰峰,刘庆,李中奎,周军.  稀有金属材料与工程. 2012(02)
[3]Zr-Sn-Nb-Fe合金金属间化合物及其α/β相变温度的研究[J]. 梁建烈,唐轶媛,严嘉琳,朱其明,庄应烘,文国富.  材料热处理学报. 2009(01)
[4]深冲用工业纯铝板材的各向异性研究[J]. 潘秋红,黄瑶,温晓静,王雷刚,刘囝.  矿冶工程. 2008(02)
[5]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)
[6]AFA 3G及其它高性能燃料组件[J]. 杨晓东.  原子能科学技术. 2003(S1)
[7]法杰马第二代先进燃料组件[J]. 张凤林.  核动力工程. 1991(05)

博士论文
[1]N18锆合金板材加工过程中微观组织及织构演变的定量研究[D]. 陈建伟.重庆大学 2012



本文编号：3208654