氢含量及氢化物取向对N36锆合金包壳管周向性能的影响

摘要

在反应堆运行条件下,燃料元件锆合金包壳与高温冷却水发生氧化还原反应,发生腐蚀吸氢.锆合金具有较强的吸氢能力,当吸收的氢超过在α-锆基体的固溶度时,多余的氢将以氢化物的形式析出.氢化物本身为脆性相,使材料的延性降低.研究表明,当吸收的氢含量达到一定程度时,使包壳发生韧脆转变,延性降为零.锆合金包壳吸氢致脆的危害程度不仅受到氢含量的影响,还与氢化物的形貌尤其是取向有关.当氢化物取向为周向时塑性下降较小,而取向为径向或接近径向时,包壳管的塑性明显下降.N36锆合金为中国自主研发的高性能锆合金,本文研究了氢含量和氢化物取向对其周向性能的影响.试验结果表明:随着氢含量的增加，环向拉伸试样的抗拉强度和屈服强度有轻微增加，但延伸率明显降低;当N36锆合金包壳管中的氢含量超过约150ppm后，将使材料的延性较大程度的降低，当氢含量为1000ppm左右时延伸率仅为8%，但仍未发生韧脆转变。氢化物从周向变为径向分布，随着径向氢化物的增加，抗拉强度和屈服强度变化很小，同样是延伸率明显降低，从28%降到8%，可见即使含有较低的氢含量，但氢化物取向呈径向分布时仍然可使N36包壳管的延性大大损失。从断口形貌看，随着氢含量和氢化物取向因子的增加，断口从韧性断裂转变为脆性断口，并观察到不同程度的二次裂纹。