摘 要

随着原子能的开发与使用，锆及锆合金等材料因其在核工业中的重要价值受到了极大的重视，锆及锆合金等材料得到了越来越广泛的应用。

由于锆的热中子吸收截面小，这一特性可以使核反应堆中有足够的热中子数量，从而保证了反应堆正常运转。因此，锆及其合金材料在核设备中得到了广泛应用。工业用锆及锆合金在大多数酸、碱以及某些熔融盐中有着良好的耐腐蚀性能，是优异的化工耐腐蚀结构材料，所以，在很多严苛化工生产场合，都广泛使用锆合金材料。另外，锆合金还被用来制造医疗器械、储氢材料等。

随着锆及锆合金在化工、原子能等工业方面的应用越来越广泛，而工作环境又极其恶劣且安全要求极高，所以，对于锆及锆合金的损伤及腐蚀的研究也越来越重要。

本文以锆合金制造的零件和管道为研究对象，通过对使用锆合金制造的活套法兰衬环的断口面以及含氯化氢气体环境中锆合金管道的疖状腐蚀面的观察和分析，探究锆合金疲劳开裂和疖状腐蚀的机理和过程，这对锆及其合金设备和管道等在工业中的安全可靠运用提高可靠的理论支撑，具有较为重要的工程意义。

关键词：锆合金；疲劳断裂；疖状腐蚀；断口形貌

Application and Damage of Zirconium and Zirconium Alloys in Industry

Abstract

With the development and use of atomic energy, materials such as zirconium and zirconium alloys have received great attention due to their important value in the nuclear industry. Materials such as zirconium and zirconium alloys have been increasingly used.

Because of the small thermal neutron absorption cross section of zirconium, this characteristic can make the nuclear reactor have enough thermal neutrons, thus ensuring the normal operation of the reactor. Therefore, zirconium and its alloy materials have been widely used in nuclear equipment. Industrial zirconium and zirconium alloys have excellent corrosion resistance in most acids, alkalis, and some molten salts, and are excellent chemical corrosion-resistant structural materials. Therefore, zirconium alloy materials are widely used in many harsh chemical production occasions. . In addition, zirconium alloys are also used to manufacture medical devices, hydrogen storage materials, and the like.

With the increasing application of zirconium and zirconium alloys in industries such as chemical industry and atomic energy, and the extremely harsh working environment and high safety requirements, it is increasingly important to study the damage and corrosion of zirconium and zirconium alloys. .

In this paper, the parts and pipes made of zirconium alloys are studied. The zirconium alloys are used to investigate the zirconium alloy by using the fracture surface of the flange ring and the etched surface of the zirconium alloy pipe in the hydrogen chloride gas environment. The mechanism and process of fatigue cracking and corrugated corrosion of alloys are important for the safe and reliable use of zirconium and its alloy equipment and pipelines in the industry to improve reliable theoretical support and have important engineering significance.

Key words: zirconium alloy，fatigue fracture，corrosion，fracture morphology

目 录

摘 要 I

Abstract II

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2锆及其氧化物的基本性质 1

1.3常用锆材分类 1

1.4锆及锆合金的应用 1

1.4.1在核能开发中的应用 1

1.4.2在化工生产中的应用 2

1.4.3在其他工业中的应用 2

1.4.4锆化合物的应用 3

1.5锆及锆合金材料在我国的发展 3

第二章 锆及锆合金的损伤 5

2.1 前言 5

2.2锆及锆合金在水和水蒸气中的腐蚀 5

2.2.1非合金锆的腐蚀 5

2.2.2 Zr-Sn合金的腐蚀 5

2.2.3疖状腐蚀机理 6

2.2.4均匀腐蚀机理 7

2.3合金元素对于锆合金腐蚀性能的影响 8

2.3.1 Sn 8

2.3.2 Nb 9

2.3.3 其他合金元素 9

2.4 第二相对锆合金耐腐蚀性能影响 9

2.4.1 Zr-Sn系合金 9

2.4.2 Zr-Nb系合金 10

2.5 锆合金的疲劳断裂 10

2.6 小结 10

第三章 锆合金断裂面和疖状腐蚀面形貌的观察 11

3.1 前言 11

3.2 实验材料 11

3.3 实验器材 11

3.4 实验方法 12

3.4.1 断口和腐蚀面分析简介 12

3.4.2 断口面和腐蚀面的观察 12

第四章 断口面和腐蚀面的形貌分析 14

4.1 前言 14

4.2结果与分析 14

4.2.1 活套法兰衬环 14

4.2.2 含HCI条件下锆合金的腐蚀 16

第五章 结论展望与经济性评估 19

5.1 主要结论 19

5.2 经济性评估 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 绪论

1.1前言

1789年，马丁·卡拉普洛斯（M.Klaproth）把氢氧化钠与锆石相溶，得到了一种既不溶于碱溶液，也不与酸作用的物质，这种新发现的物质在当时被他称为锆土（Zirconerde）。1897年，锆土被正式命名为氧化锆，其元素被称为锆（Zircounium）。1944年，克劳尔（W.J.Kroll）指导美国矿务局，成功地大规模生产延性锆，锆从此得到了工业应用。

从上世纪中期开始，原子能逐渐开始为人类所利用，由于锆及锆合金在核工业中的应用日益广泛，锆工业得以迅速发展。锆拥有了极高的战略价值，被称为“原子时代第一金属”^[1]。大批学者开始广泛研究锆及锆合金在工业中的应用及其损伤。

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