加工工艺对E110锆合金高温力学性能与氢化物取向影响的研究

作     者：罗晓东 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王庆娟;李献军

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 080502[工学-材料学] 0827[工学-核科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：锆合金 轧制变形工艺 退火工艺 高温力学性能 氢化物取向 

摘      要：锆合金作为燃料包壳被使用时,需承受反应堆内的高温、高压考验,高温力学性能和氢化物取向因子测试是在堆外实现高温、高压环境模拟表征的手段之一。目前,国内对Zr-4、M5和Zirlo合金进行了比较深入和广泛的研究,而对E110合金的研究较少。E110锆合金主要应用于俄罗斯(前苏联)设计的水-水高能反应堆。为实现E110合金国产化,需对相关性能开展进一步研究。根据已有理论研究成果,参考已实现工业化生产的Zirlo、Zr-4及M5等合金经验,设计出三条具有不同轧制道次数、不同变形量和不同Q值的轧制变形工艺;与四种成品退火工艺进行组合;分别以轧制工艺和成品退火工艺为不同研究对象,分析研究数据的差异性和优劣性,优选出合适的工艺组合,并开展腐蚀性能优选验证。分析中间产品显微组织,同时考虑后续加工性和产品最终性能,E110锆合金中间退火工艺可采取596℃/3.5h,中间轧制工艺可采取变形量51%～78%。但为获得更优的高温力学性能,设计轧制工艺时尽可能提高轧制变形量至70%～80%。研究不同轧制工艺,580℃～600℃区间内,材料的高温力学性能有一个明显的阶梯变化点,由一个性能稳定阶段进入另一个性能稳定阶段。560℃～610℃区间内,当温度升高至600℃以后,纵向屈服相对于环向屈服出现了幅值更为明显的下降,这更有利于提高各项异性系数。轧制工艺A、B和C的Q值均大于工艺设计推荐值(1.8),都可获得有利的周向分布的氢化物。综合考虑高温力学性能和腐蚀性能,确定了轧制工艺B和600℃/8.0h成品退火的工艺组合,既保证了E110锆合金力学性能(及各项异性系数)进入一个稳定阶段,又获得了十分优异的腐蚀性能。综合以上实验,首次在国内确定了E110锆合金包壳管中间产品退火工艺、成品退火工艺和轧制变形工艺,为工业规模化生产提供了研究基础。