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锆合金以其优良的核性质一直用于核反应堆。经济的迅猛发展对能源的需求加剧,为了提高核电的经济性和安全性,就必须延长燃料循环周期,提高堆芯冷却水温充分利用反应堆的热效率,这些都对锆合金包壳材料的耐腐蚀性能提出了更高的要求。本文主要研究了热处理制度对ZIRLO锆合金和N36锆合金显微组织和耐腐蚀性能的影响,希望通过优化热处理制度,提高它们的耐腐蚀性能。
ZIRLO锆合金样品淬火冷轧后在500℃和560℃分别保温不同的时间,用透射电镜(TEM)研究它们的显微组织和第二相。研究发现,500℃保温样品中第二相呈连续片层分布。随着保温时间延长,第二相由连续片层逐渐转变成带状分布的颗粒,并在基体内析出βNb。在560℃保温的样品,与在500℃保温样品有相似的组织转变过程,只是时间大大缩短。保温10h时,基体己完全再结晶为等轴晶。不同介质的腐蚀实验发现,500℃/100h样品耐腐蚀性能较其它样品好,是因为它的显微组织中βZr的分解较为充分,形成第二相粒子时基体中Nb元素固溶含量下降,位错空位等缺陷大大减少,并形成了大量细小的βNb。
N36锆合金经不同热处理后观察其显微组织,研究分析表明:580℃处理的样品中第二相粒子呈细小均匀分布;740℃、780℃、820℃热处理的样品中大部分第二相粒子都呈带状分布,且随冷轧前保温温度升高,带状分布的第二相粒子增多;1000℃热处理的样品中大部分第二相粒子均匀分布,少量的第二相粒子呈带状分布。所有样品中第二相都由Zr-Nb-Fe粒子和βNb粒子组成,且1000℃样品中βNb粒子最少。280天LiOH水溶液腐蚀实验结果发现:580℃处理样品的耐腐蚀性能最好。原因是:1、显微组织中存在大量均匀分布的第二相粒子,βNb粒子降低了αZr中的Nb含量,从而改善了样品的耐腐蚀性能;2、随着终轧前保温时间的增加,第二相粒子尺寸增加,样品的耐腐蚀性能变差。310天的水蒸汽腐蚀表明,1000℃样品具有最差的耐腐蚀性能,其它几种样品的腐蚀增重差别不明显。