收藏词条 编辑词条 锆铌合金
创建时间：2008-08-02
锆铌合金(zirconium niohium alloys)
以锆为基加入铌元素形成的锆合金，是一种性能优异的核工程材料。根据在反应堆中的不同用途，铌在锆中的含量也有变化，较成熟的锆铌合金有zr-1Nb合金、zr-2．5Nb合金和Zr-2．5Nb-0.5Cu合金。zr-1Nb合金用作燃料元件包壳材料，Zr-2．5Nb合金用作重水堆压力管材料，Zr-2．5Nb-0．5Cu合金用作压力管和容器管之间的隔环材料。
前苏联对锆铌合金进行了广泛的研究，此外日本、英国、挪威、丹麦、瑞典和芬兰等国也对锆铌合金进行了研究。中国于1975年开始研究锆铌合金。
力学性能 经580℃、2h退火的Zr-1Nb管材力学性能列于表1；中国研制的zr一1Nb合金的力学性能列于表2；zr-2．5Nb合金的各种力学性能列于表3～5；不同状态Zr-2．5Nb—0.5Cu合金的力学性能列于表6。
表l退火的Zr一1Nb管材力学性能
| 试验温度／℃ |
轴 向 |
横 向 |
||||
| 抗拉强度／MPa | 屈服强度／MPa | 伸长率／％ | 抗拉强度／MPa | 屈服强度／MPa | 伸长率／％ | |
| 20 | 350～380 | 240～270 | 42～48 | 350～360 | 290～310 | 35～38 |
| 350 | 200～230 | 90～120 | 47～50 | 160～180 | 130～160 | 25～33 |
表2中国产Zr一1Nb合金的力学性能
| 合金状态 | 试验温度 | 抗拉强度／MPa | 屈服强度／MPa | 伸长率／％ |
| 470℃、4h | 室温 | 699 | 512 | 13 |
| 退火 | 375℃ | 436～454 | 278～362 | 11～13 |
| 560℃、lh | 室温 | 538～545 | 379～387 | 22～25 |
| 退火 | 375℃ | 269～272 | 161～215 | 29～30 |
表3 Zr一2．5Nb合金300℃拉伸性能
| 合金状态 |
抗拉强度／MPa |
屈服强度／MPa |
伸长率／％ |
|||
| 中国 | 加拿大 | 中国 | 加拿大 | 中国 | 加拿大 | |
| 热处理型 | 582 | ≥538 | 506 | ≥448 | 20．8 | ≥12 |
| 冷加工型 | 474 | ≥433 | 336 | ≥318 | 19．7 | ≥12 |
表4 Zr一2．5Nb压力管室温拉伸性能
| 项 目 | 抗拉强度／MPa | 屈服强度／MPa | 伸长率／％ | 面缩率／％ |
| 中国 | 702 | 526 | 18．7 | 51_6 |
| ASTM标准 | ≥508 | ≥343 | ≥15 | |
表5 Zr一2．5Nb合金300℃长时间蠕变性能
| 合金工艺条件 | 应力／MPa | 总时间／d | 初应变／％ | 蠕变应变／％ | 第二阶蠕变速率／h-1 |
| 高(a+口)水淬+15％冷作+时效 | 412 | 90 | 0．57 | O．65 | 14×10—0 |
| 20X冷作+400。C 24h时效 | 412 | 10 | 1．52 | 3．16 | 1000×10—7 |
| 20％冷作+400~C 24h时效 | 274 | 145 | 0．35 | O．28 | ≤2．4×10—7 。 |
| 20％冷作+400’C 24h时效 | 235 | 260 | O．30 | O．17 | ≤2．0×10一’ |
| 20％冷作+400。C24h时效 | 206 | 400 | 0．21 | 0．33 | 1．4×10’ |
| 700C挤压棒 | 206 | 400 | O．32 | O．19 | 0．72×10一。 |
表6 Zr一2．5Nb一0．5Cu合金的力学性能
| 合金状态 | 试验温度 | 抗拉强度／MPa | 屈服强度／MPa | 伸长率／％ | 断面收缩率／％ |
| 700℃，lh退火 |
室温 |
584 |
481 |
26．6 |
53．8 |
| 300℃ | 418 | 27．8 | 75．7 | ||
| 50g冷作+400℃ 24h时效 |
室温 |
727 |
521 |
20．0 |
48．2 |
| 300℃ | 510 | 20．2 | 64．4 | ||
| 20％冷作+400℃24h时效 |
室温 |
683 |
490 |
21．0 |
46．4 |
| 300℃ | 428 | 22．0 | 63．3 | ||
| 825℃水淬+525℃6h时效 |
室温 |
869 |
771 |
16．8 |
61．9 |
| 300℃ | 559 | 445 | 19．3 | 81．7 |
腐蚀性能 锆-铌合金的腐蚀性能取决于铌含量和杂质含量。铌可显著改善锆中杂质的有害作用，锆铌合金的腐蚀性能与热处理后的组织状态有关，Zr一1Nb和Zr-2．5Nb合金的腐蚀性能分别列于表7和表8。
表7 Zr—Nb合金在400℃蒸汽中腐蚀动力学方程
| 试样状态 |
腐蚀动力学方程Δm=ktn |
转折时间／d |
转折前平均腐蚀速率 ／mg·(dm2·d)-1 |
腐蚀速度常数K ／mg·(dm2·d)-1 |
| 冷加工 |
logΔm—O．954+O.43logt |
126d 未转折 |
O．61 |
9．O |
| 500℃，1h退火 |
logΔm—O．903+O．4310gt Δm 53一O．72(f～70) (t>70) |
70 |
O．65 |
8．O |
| 580℃，1h 退火 |
logΔm—O．977+0.43logt Δm一62—1．12(f一56) (t>56) |
56 |
O．95 |
9．5 |
| 焊接 |
logΔm=1．079+O．4310gt Δm一54—1．38(t一28) (t>28) |
28 |
1．44 |
12．O |
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