淺談鋯合金管材外表面缺陷原因和質量控制

摘? 要：鋯合金材料有著良好的延展性，不僅具備熱中子吸收截面小的特征，在高壓和高溫的環境中，還可以達到良好的抗腐蝕性。隨著科學生產力的發展，鋯合金管材在核電站反應堆等相關結構材料中有了更為廣泛的應用空間。為了進一步對鋯合金管材外表面缺陷原因和質量進行分析和控制，本文通過故障樹法對其改進措施進行了研究，旨在為鋯合金管材的質量水平提升提供更加優質的改進方案。

關鍵詞：鋯合金;表面缺陷;質量控制

1.鋯合金管材外表面缺陷類型及原因分析

社會的不斷進步和發展讓鋯合金管材也成為了核反應堆結構材料中的重要組成部分，而鋯合金管材的變形多使用周期式軋制的方法，并在后期處理的過程中，通過拋光以及酸洗等流程來對鋯合金管材的內外表面進行缺陷或是劃痕的檢查。但在實際成品檢驗的操作過程匯總，仍會存在不同程度的表面缺陷，甚至嚴重影響著整個鋯合金管材的成品質量和成品率。本文通過故障樹法對鋯合金表面的點坑、劃傷以及后期預膜腐蝕過程中所形成的氧化膜等現象進行了原因類型的分析，即通過人員、設備、生產過程控制以及工藝參數等多方面，對鋯合金管材外表面的點坑以及劃傷等進行全方位原因分析^[1]。

本次選用Zr-4鋯合金管材進行研究實驗，其材質所含質量比例為：0.05～0.17%Cr，Zr，0.16～0.25%Fe，1.3～1.9%Sn;剩余比例為雜質元素。對于存在較為明顯的鋯合金管材表面缺陷，可選用低倍顯微鏡等光學輔助儀器，對表面的缺陷進行檢查處理，而對于存在不太明顯的鋯合金表面缺陷，則選用含有能譜分析功能的高倍掃描電鏡，對鋯合金管壁內的信號超標區進行相應的觀察。在對鋯合金管材外觀進行檢查的過程中發現，線狀劃傷以及片狀劃傷是較為常見的表面缺陷之一，（具體如圖1，圖2所示）^[2]。其次，通過FTA即故障樹分析法的方式，對特定的故障或是事故進程層層分析，并順著其發展的原因進行尋找，將影響故障或是導致事故出現的底層事件找到，以完成故障原因的確認。在本次研究鋯合金管材外表面缺陷原因的過程中，通過故障樹的方式，對整個鋯合金管材的工藝流程進程了全程檢查。最終發現，鋯合金管材在使用了含有雜質的乳液后，表面會出現不同程度的片狀劃傷;而在對鋯合金成品工件進行拋光和沙粒打磨的過程中，由于打磨力度和鋯合金工件自身的差異性，會對管件表面造成一定的線狀劃傷^[3]。

2.鋯合金管材質量控制建議措施

2.1規范鋯合金管材工藝中乳液的使用

在鋯合金管材工藝的施工過程中，乳液作為鋯合金管件工藝中的重要應用原料，其乳液的純凈度和雜質含量，一定程度上影響著鋯合金管材的成品質量，若是使用了含有雜質的乳液，則會對鋯合金管材的外表面造成片狀劃傷。因此，在未來行業發展的過程中，想要提高鋯合金管材的質量水平，需要規范鋯合金管件工藝中乳液的使用，確保乳液槽中可以加入適當的過濾裝置，并對其進行密封處理，全方位保障乳液中的雜質可以被清除，減少和避免鋯合金管件表面片狀劃傷的缺陷出現^[4]。

2.2對所使用的砂帶進行打磨處理

拋光和打磨是在鋯合金管材在投入核反應堆結構材料使用中的重要措施和必要手段，在對鋯合金成品工件進行處理的過程中對鋯合金工件外表面進行拋光和打磨是關鍵性內容。若打磨處理不當則會對鋯合金管材外表面造成線性劃傷因此，要對所使用的打磨砂帶進行針對性的平整性處理。這就則需要在對管材工件進行拋光工作前，對所使用的砂帶進行打磨處理，并在達到一定的平整度后，將其用于鋯合金管材工件的拋光工作中。提高鋯合金管材工件成品率的同時，也可進一步減少由于線性劃傷所帶來的重復工作量^[5]。

2.3開展管材試拋檢查工作

為了進一步提高鋯合金管材工件在核反應堆結構材料中的應用率，可以在對鋯合金管材外表面缺陷進行優化處理的基礎上通過管材試拋和檢查等方式來進一步確認可批量生產的鋯合金管材質量。因此可以對單個或多個的鋯合金管材工件，進行針對性的是拋光處理，并在處理后，通過目視檢測法等相關方式對鋯合金表面缺陷進行檢查，在確保單個或多個管材工件的外表面達到相應標準要求后，方可進行下一步的批量生產。這樣可以確保在后續鋯合金管材工件生產的過程中，可大幅度提高管件成品質量，繼而為行業提供更加完善的保障。

3.結 語：

綜上所述，鋯合金管材工件作為核反應堆結構材料中的重要組成部分，在進行工藝制作的過程中，管材外表面的點坑、劃傷等缺陷始終是生產過程過程中的難點。因此，需要行業相關人員對鋯合金管材外表面缺陷原因進行分析和解決的基礎上，還要對鋯合金管材工件進行質量水平的改善和提升，通過核安全文化理念的傳播和應用，發揮鋯合金管材的應用價值最大化。這也是未來行業發展的必然措施，和整個社會科技能力提升的重要手段。

參考文獻

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[5]? 張海芹，王旭峰，尉北玲，楊鋒.鋯合金管材兩輥冷軋的軋制力模型建立和應用[J].鈦工業進展，2017，34（04）：39-44.

作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質量無損檢測方面。