淺談鋯合金管材外表面缺陷原因和質(zhì)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(huán)境中，還可以達(dá)到良好的抗腐蝕性。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，鋯合金管材在核電站反應(yīng)堆等相關(guān)結(jié)構(gòu)材料中有了更為廣泛的應(yīng)用空間。為了進(jìn)一步對(duì)鋯合金管材外表面缺陷原因和質(zhì)量進(jìn)行分析和控制，本文通過故障樹法對(duì)其改進(jìn)措施進(jìn)行了研究，旨在為鋯合金管材的質(zhì)量水平提升提供更加優(yōu)質(zhì)的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：鋯合金;表面缺陷;質(zhì)量控制

1.鋯合金管材外表面缺陷類型及原因分析

社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展讓鋯合金管材也成為了核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)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(duì)鋯合金管材的內(nèi)外表面進(jìn)行缺陷或是劃痕的檢查。但在實(shí)際成品檢驗(yàn)的操作過程匯總，仍會(huì)存在不同程度的表面缺陷，甚至嚴(yán)重影響著整個(gè)鋯合金管材的成品質(zhì)量和成品率。本文通過故障樹法對(duì)鋯合金表面的點(diǎn)坑、劃傷以及后期預(yù)膜腐蝕過程中所形成的氧化膜等現(xiàn)象進(jìn)行了原因類型的分析，即通過人員、設(shè)備、生產(chǎn)過程控制以及工藝參數(shù)等多方面，對(duì)鋯合金管材外表面的點(diǎn)坑以及劃傷等進(jìn)行全方位原因分析^[1]。

本次選用Zr-4鋯合金管材進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，其材質(zhì)所含質(zhì)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(zhì)元素。對(duì)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(xué)輔助儀器，對(duì)表面的缺陷進(jìn)行檢查處理，而對(duì)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(duì)鋯合金管壁內(nèi)的信號(hào)超標(biāo)區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的觀察。在對(duì)鋯合金管材外觀進(jìn)行檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，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(duì)特定的故障或是事故進(jìn)程層層分析，并順著其發(fā)展的原因進(jìn)行尋找，將影響故障或是導(dǎo)致事故出現(xiàn)的底層事件找到，以完成故障原因的確認(rèn)。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(duì)整個(gè)鋯合金管材的工藝流程進(jìn)程了全程檢查。最終發(fā)現(xiàn)，鋯合金管材在使用了含有雜質(zhì)的乳液后，表面會(huì)出現(xiàn)不同程度的片狀劃傷;而在對(duì)鋯合金成品工件進(jìn)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(huì)對(duì)管件表面造成一定的線狀劃傷^[3]。

2.鋯合金管材質(zhì)量控制建議措施

2.1規(guī)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(yīng)用原料，其乳液的純凈度和雜質(zhì)含量，一定程度上影響著鋯合金管材的成品質(zhì)量，若是使用了含有雜質(zhì)的乳液，則會(huì)對(duì)鋯合金管材的外表面造成片狀劃傷。因此，在未來行業(yè)發(fā)展的過程中，想要提高鋯合金管材的質(zhì)量水平，需要規(guī)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(dāng)?shù)倪^濾裝置，并對(duì)其進(jìn)行密封處理，全方位保障乳液中的雜質(zhì)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(xiàn)^[4]。

2.2對(duì)所使用的砂帶進(jìn)行打磨處理

拋光和打磨是在鋯合金管材在投入核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料使用中的重要措施和必要手段，在對(duì)鋯合金成品工件進(jìn)行處理的過程中對(duì)鋯合金工件外表面進(jìn)行拋光和打磨是關(guān)鍵性內(nèi)容。若打磨處理不當(dāng)則會(huì)對(duì)鋯合金管材外表面造成線性劃傷因此，要對(duì)所使用的打磨砂帶進(jìn)行針對(duì)性的平整性處理。這就則需要在對(duì)管材工件進(jìn)行拋光工作前，對(duì)所使用的砂帶進(jìn)行打磨處理，并在達(dá)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(shí)，也可進(jìn)一步減少由于線性劃傷所帶來的重復(fù)工作量^[5]。

2.3開展管材試拋檢查工作

為了進(jìn)一步提高鋯合金管材工件在核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用率，可以在對(duì)鋯合金管材外表面缺陷進(jìn)行優(yōu)化處理的基礎(chǔ)上通過管材試拋和檢查等方式來進(jìn)一步確認(rèn)可批量生產(chǎn)的鋯合金管材質(zhì)量。因此可以對(duì)單個(gè)或多個(gè)的鋯合金管材工件，進(jìn)行針對(duì)性的是拋光處理，并在處理后，通過目視檢測(cè)法等相關(guān)方式對(duì)鋯合金表面缺陷進(jìn)行檢查，在確保單個(gè)或多個(gè)管材工件的外表面達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求后，方可進(jìn)行下一步的批量生產(chǎn)。這樣可以確保在后續(xù)鋯合金管材工件生產(chǎn)的過程中，可大幅度提高管件成品質(zhì)量，繼而為行業(yè)提供更加完善的保障。

3.結(jié) 語：

綜上所述，鋯合金管材工件作為核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料中的重要組成部分，在進(jìn)行工藝制作的過程中，管材外表面的點(diǎn)坑、劃傷等缺陷始終是生產(chǎn)過程過程中的難點(diǎn)。因此，需要行業(yè)相關(guān)人員對(duì)鋯合金管材外表面缺陷原因進(jìn)行分析和解決的基礎(chǔ)上，還要對(duì)鋯合金管材工件進(jìn)行質(zhì)量水平的改善和提升，通過核安全文化理念的傳播和應(yīng)用，發(fā)揮鋯合金管材的應(yīng)用價(jià)值最大化。這也是未來行業(yè)發(fā)展的必然措施，和整個(gè)社會(huì)科技能力提升的重要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]? 丁嵐，張喬，于軍輝.淺析鋯合金管材軋制的生產(chǎn)效率控制[J].科技視界，2018（19）：236-237.

[2]? 李曉珊，于軍輝，王晨陽.鋯合金管材中氫化物研究進(jìn)展[J].金屬世界，2018（02）：34-36+40.

[3]? 竇麗娟，黨輝，徐呈，唐穎.鋯合金管材常用理化檢驗(yàn)項(xiàng)目分析[J].科技視界，2017（36）：71-72.

[4]? 竇麗娟，黨輝，徐呈，唐穎，孫利元.鋯合金管材內(nèi)表面粘結(jié)缺陷及控制[J].金屬世界，2017（06）：51-53+70.

[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(yīng)用[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2017，34（04）：39-44.

作者簡(jiǎn)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(zhì)量無損檢測(cè)方面。