鋯合金管材外表面缺陷原因和質量控制

竇麗娟　黨輝　徐呈　盧輝

【摘 要】本文通過對鋯合金管材外表面常出現的點坑和劃傷缺陷，采用故障樹的方法對操作人員、生產設備、生產過程控制和工藝參數等方面分析了產生該問題的原因，提出了改進措施建議。為鋯合金管材生產過程質量控制及持續改進提供了一定的管理經驗。

【關鍵詞】鋯合金管材；外表面缺陷；故障樹；質量控制；持續改進

Analysis and control measures for the fold defect on inner surface of Zirconium alloy pipe

Dou Lijuan Dang Hui Xu Cheng Lu Hui

（State Nuclear Bao Ti Zirconium Industry Company， Baoji 721013， China）

【Abstract】In this paper， the fold defect were analyzed on the surface of Zirconium alloy. Concluded the reason， there are some treatment measures for the production of Zirconium Tube.It is a high reliability， and can also be used for the quality management experience of production of Zirconium Tube.I

【Key words】Zirconium alloy tubing；The inner surface. Fold defects； The reason analysis； Improv -ement measures

0 前言

鋯合金材料不僅具有熱中子吸收截面小、室溫下具有優異的加工性能，還有在高溫高壓的蒸氣水中具有良好的抗腐蝕性和機械性能，所以在核電站的反應堆燃料包殼管及結構材料中存在應用廣闊的需求前景[1]。鋯合金管材的變形主要靠周期式軋制完成，并通過后續的酸洗和拋光來消除管材內外表面的缺陷。然而在成品檢驗過程中，部分管材表面存在點坑或者劃傷類缺陷，嚴重的影響鋯合金管材生產的成品率和質量。存在劃傷和點坑的管材在后續的預膜腐蝕過程中，生成的氧化膜與周圍正常基體的氧化膜不一致，影響反應堆的正常運行。現采用故障樹的方法進行原因分析，并提出改進措施，為鋯合金管材生產過程質量控制提供了一個管理經驗。

1 缺陷類型

選用Zr-4合金管材進行實驗，其化學成分（質量分數/%）為：基體為Zr，0.16～0.25%Fe，0.05～0.17%Cr，1.3～1.9%Sn，其余為雜質元素。由于管材表面劃傷缺陷較為明顯，采用光學低倍顯微鏡對管材外表面劃傷進行拍照。由于管材點坑缺陷無法用光學低倍顯微鏡進行拍照，采用S-3400掃描電鏡（含能譜分析功能）對超標信號區域的管坯內壁進行觀察。

圖1為管材外觀檢驗檢出的劃傷形貌。圖1（a）為片狀片狀點坑形貌，存在于管材局部區域，類似于不規則的片狀形貌。圖1（b）為線狀劃傷形貌，該缺陷存在于整支管材外表面，類似于線狀形貌。圖2為外觀檢驗管材檢出點坑狀形貌。圖2（a）細小點坑形貌，該缺陷較為細小，缺陷深度較淺。圖2（b）為片狀點坑形貌，該缺陷為也為不規則形貌，具有一定的深度。

（a）片狀劃傷 （b）線狀劃傷

2 形成原因

故障樹分析法（FTA）是從待分析的特定事故或者故障（頂事件）開始，層層分析其發展的原因，直至找出造成事故的底事件。通過數據統計、現場檢查或者實驗論證驗證底事件的分析結果，最終確定出造成故障的原因[3]。

本文的頂事件為“鋯合金管材外表面劃傷和點坑缺陷”。 通過鋯合金管材人員、設備、生產過程控制和工藝參數建立故障原因分析樹，如圖3所示。經過對鋯合金管材人員、設備、生產過程控制和工藝參數進行檢查，最終認為乳液中含有雜質，管材在使用這些含有雜質的乳液時候可能會產生片狀點坑。拋光砂帶中的沙粒打磨不平整，管材拋光后表面可能造成細小的點坑、片狀劃傷和線狀劃傷。

3 改進措施

按照確定的上述確定的原因，現針對鋯合金管材外表面劃傷和點坑缺陷提出改進措施，內容如下：

a）在乳液槽中增加密封裝置或者過濾裝置，清除乳液中的雜質。

b）管材拋光前對砂帶進行打磨，確保打磨后的砂帶平整。

c）管材拋光前先對管材進行試拋，拋光后對管材進行表面檢查，確保管材表面滿足要求后方可進行批量生產。

4 結束語

鋯合金包殼管外表面缺陷劃傷和點坑缺陷是一直困擾鋯合金管材生產的瓶頸，按照提出整改措施對鋯合金管材生產過程進行整改后，其點坑和劃傷缺陷明顯得到了改善。證明了提出的整改措施有效，在全公司內進行經驗反饋和交流，進一步提升公司核安全文化理念和核質保意識。

【參考文獻】

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[責任編輯：張濤]endprint