浅谈锆合金管材外表面缺陷原因和质量控制

摘  要：锆合金材料有着良好的延展性，不仅具备热中子吸收截面小的特征，在高压和高温的环境中，还可以达到良好的抗腐蚀性。随着科学生产力的发展，锆合金管材在核电站反应堆等相关结构材料中有了更为广泛的应用空间。为了进一步对锆合金管材外表面缺陷原因和质量进行分析和控制，本文通过故障树法对其改进措施进行了研究，旨在为锆合金管材的质量水平提升提供更加优质的改进方案。

关键词：锆合金;表面缺陷;质量控制

1.锆合金管材外表面缺陷类型及原因分析

社会的不断进步和发展让锆合金管材也成为了核反应堆结构材料中的重要组成部分，而锆合金管材的变形多使用周期式轧制的方法，并在后期处理的过程中，通过抛光以及酸洗等流程来对锆合金管材的内外表面进行缺陷或是划痕的检查。但在实际成品检验的操作过程汇总，仍会存在不同程度的表面缺陷，甚至严重影响着整个锆合金管材的成品质量和成品率。本文通过故障树法对锆合金表面的点坑、划伤以及后期预膜腐蚀过程中所形成的氧化膜等现象进行了原因类型的分析，即通过人员、设备、生产过程控制以及工艺参数等多方面，对锆合金管材外表面的点坑以及划伤等进行全方位原因分析^[1]。

本次选用Zr-4锆合金管材进行研究实验，其材质所含质量比例为：0.05～0.17%Cr，Zr，0.16～0.25%Fe，1.3～1.9%Sn;剩余比例為杂质元素。对于存在较为明显的锆合金管材表面缺陷，可选用低倍显微镜等光学辅助仪器，对表面的缺陷进行检查处理，而对于存在不太明显的锆合金表面缺陷，则选用含有能谱分析功能的高倍扫描电镜，对锆合金管壁内的信号超标区进行相应的观察。在对锆合金管材外观进行检查的过程中发现，线状划伤以及片状划伤是较为常见的表面缺陷之一，（具体如图1，图2所示）^[2]。其次，通过FTA即故障树分析法的方式，对特定的故障或是事故进程层层分析，并顺着其发展的原因进行寻找，将影响故障或是导致事故出现的底层事件找到，以完成故障原因的确认。在本次研究锆合金管材外表面缺陷原因的过程中，通过故障树的方式，对整个锆合金管材的工艺流程进程了全程检查。最终发现，锆合金管材在使用了含有杂质的乳液后，表面会出现不同程度的片状划伤;而在对锆合金成品工件进行抛光和沙粒打磨的过程中，由于打磨力度和锆合金工件自身的差异性，会对管件表面造成一定的线状划伤^[3]。

2.锆合金管材质量控制建议措施

2.1规范锆合金管材工艺中乳液的使用

在锆合金管材工艺的施工过程中，乳液作为锆合金管件工艺中的重要应用原料，其乳液的纯净度和杂质含量，一定程度上影响着锆合金管材的成品质量，若是使用了含有杂质的乳液，则会对锆合金管材的外表面造成片状划伤。因此，在未来行业发展的过程中，想要提高锆合金管材的质量水平，需要规范锆合金管件工艺中乳液的使用，确保乳液槽中可以加入适当的过滤装置，并对其进行密封处理，全方位保障乳液中的杂质可以被清除，减少和避免锆合金管件表面片状划伤的缺陷出现^[4]。

2.2对所使用的砂带进行打磨处理

抛光和打磨是在锆合金管材在投入核反应堆结构材料使用中的重要措施和必要手段，在对锆合金成品工件进行处理的过程中对锆合金工件外表面进行抛光和打磨是关键性内容。若打磨处理不当则会对锆合金管材外表面造成线性划伤因此，要对所使用的打磨砂带进行针对性的平整性处理。这就则需要在对管材工件进行抛光工作前，对所使用的砂带进行打磨处理，并在达到一定的平整度后，将其用于锆合金管材工件的抛光工作中。提高锆合金管材工件成品率的同时，也可进一步减少由于线性划伤所带来的重复工作量^[5]。

2.3开展管材试抛检查工作

为了进一步提高锆合金管材工件在核反应堆结构材料中的应用率，可以在对锆合金管材外表面缺陷进行优化处理的基础上通过管材试抛和检查等方式来进一步确认可批量生产的锆合金管材质量。因此可以对单个或多个的锆合金管材工件，进行针对性的是抛光处理，并在处理后，通过目视检测法等相关方式对锆合金表面缺陷进行检查，在确保单个或多个管材工件的外表面达到相应标准要求后，方可进行下一步的批量生产。这样可以确保在后续锆合金管材工件生产的过程中，可大幅度提高管件成品质量，继而为行业提供更加完善的保障。

3.结 语：

综上所述，锆合金管材工件作为核反应堆结构材料中的重要组成部分，在进行工艺制作的过程中，管材外表面的点坑、划伤等缺陷始终是生产过程过程中的难点。因此，需要行业相关人员对锆合金管材外表面缺陷原因进行分析和解决的基础上，还要对锆合金管材工件进行质量水平的改善和提升，通过核安全文化理念的传播和应用，发挥锆合金管材的应用价值最大化。这也是未来行业发展的必然措施，和整个社会科技能力提升的重要手段。

参考文献

[1]  丁岚，张乔，于军辉.浅析锆合金管材轧制的生产效率控制[J].科技视界，2018（19）：236-237.

[2]  李晓珊，于军辉，王晨阳.锆合金管材中氢化物研究进展[J].金属世界，2018（02）：34-36+40.

[3]  窦丽娟，党辉，徐呈，唐颖.锆合金管材常用理化检验项目分析[J].科技视界，2017（36）：71-72.

[4]  窦丽娟，党辉，徐呈，唐颖，孙利元.锆合金管材内表面粘结缺陷及控制[J].金属世界，2017（06）：51-53+70.

[5]  张海芹，王旭峰，尉北玲，杨锋.锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用[J].钛工业进展，2017，34（04）：39-44.

作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。