锆及锆合金篇 3
第1章 概述 3
1.1 锆的发展简史 3
1.2 锆的矿物资源 3
1.3 锆的冶炼 4
1.4 锆及锆合金的应用 5
1.4.1 在核反应堆中的应用 5
1.4.2 在化工生产中的应用 8
1.4.3 在其他工业中的应用 8
1.4.4 锆的化合物及其应用 9
1.5 常用锆及锆合金材料 9
1.5.1 锆原材料的牌号和化学成分 9
1.5.2 核工业用锆及锆合金牌号及化学成分 10
参考文献 14
第2章 锆的基本性质 15
2.1 锆的结晶学 15
2.2 锆的物理性能 15
2.3 锆的力学性能 17
2.4 锆的化学性质 18
2.5 锆的核性能 19
参考文献 20
第3章 锆的合金化 21
3.1 锆的合金化原理 21
3.2 合金元素的作用 22
3.2.1 相图 22
3.2.2 元素在锆中的作用 30
3.2.3 热处理及其显微组织 35
3.3 锆合金的发展 41
3.3.1 锆-锡合金 41
3.3.2 锆-铌合金 42
3.3.3 新型高性能锆合金 43
参考文献 46
第4章 锆及锆合金加工 48
4.1 锆及锆合金的塑性变形 48
4.1.1 锆合金塑性变形机理 48
4.1.2 锆合金的塑性加工 49
4.2 锆合金铸锭制造 50
4.2.1 锆合金铸锭制造工艺流程 50
4.2.2 铸锭制造工艺 50
4.2.3 真空自耗熔炼炉 55
4.2.4 真空自耗电弧熔炼铸锭质量与常见缺陷 57
4.3 锆合金铸锭锻造 58
4.3.1 锆合金锻造工艺 58
4.3.2 锻造方法及锻造设备 59
4.3.3 锻件的检查和缺陷及消除方法 61
4.4 锆及锆合金的挤压 63
4.4.1 锆及锆合金挤压工艺 63
4.4.2 挤压方法及挤压设备 66
4.4.3 常见的挤压制品缺陷及消除方法 67
4.5 锆及锆合金棒、板、带、箔材的轧制 68
4.5.1 锆及锆合金板带箔材的轧制 68
4.5.2 锆及锆合金棒材的轧制 74
4.6 锆合金的热处理工艺 77
4.6.1 锆合金的β淬火 77
4.6.2 真空退火 79
参考文献 83
第5章 锆合金管材加工 85
5.1 锆合金包壳管材加工 85
5.1.1 包壳管生产工艺流程 85
5.1.2 锆合金包壳管材的轧制 85
5.1.3 包壳管的精整与检验 90
5.1.4 轧管设备 101
5.2 控制棒导向管的制造 104
5.2.1 导向管的结构形式与分类 104
5.2.2 导向管的制造工艺 104
5.3 锆合金压力管制造 106
参考文献 109
第6章 锆及锆合金的腐蚀 111
6.1 锆及锆合金在水和水蒸气中的腐蚀 111
6.1.1 非合金锆的腐蚀 111
6.1.2 Zr-Sn合金的腐蚀 112
6.1.3 Zr-Nb合金的腐蚀 116
6.1.4 新型系列锆合金的腐蚀行为 117
6.2 锆合金腐蚀氧化膜的显微组织 119
6.2.1 锆合金的氧化膜 119
6.2.2 第二相粒子的氧化 121
6.3 锆合金的高温氧化行为 122
6.4 影响锆合金腐蚀行为的因素 123
6.4.1 合金成分 123
6.4.2 热加工工艺 125
6.4.3 表面状态 129
6.4.4 水化学 129
6.4.5 温度、pH值和热流的影响 133
6.4.6 其他 134
6.5 腐蚀机理 134
6.5.1 均匀腐蚀机理 134
6.5.2 LiOH加速腐蚀机理 137
6.5.3 非均匀（疖状）腐蚀机理 138
6.6 锆合金腐蚀行为研究的思考 139
参考文献 140
第7章 锆及锆合金的吸氢 142
7.1 氢在锆及锆合金中的存在形式 142
7.1.1 Zr-H系相图 142
7.1.2 氢在锆及锆合金中的溶解度 142
7.1.3 氢的来源和吸氢量的表示 144
7.1.4 氢的热迁移 145
7.1.5 氢化物的相结构 146
7.2 氢的危害 147
7.2.1 氢化对力学性能的影响 147
7.2.2 锆-锡合金的氢致脆化机理 153
7.2.3 包壳管的内氢化 155
7.3 吸氢机理 157
7.3.1 概述 157
7.3.2 腐蚀时的吸氢 158
7.3.3 氢气的吸收 161
7.3.4 通过金属接触的吸氢 161
7.3.5 阴极极化时的吸氢 161
7.4 影响锆合金吸氢的因素 162
7.4.1 材质的影响 162
7.4.2 腐蚀环境的影响 163
7.4.3 冷却剂流速影响 164
7.4.4 辐照的影响 164
7.5 氢化物取向及对材料性能的影响 165
7.5.1 氢化物的形貌 165
7.5.2 氢化物取向和氢化物取向因子 167
7.5.3 影响氢化物取向的因素 168
7.5.4 氢化物取向对材料性能的影响 171
7.5.5 氢化物取向因子的测定方法 171
参考文献 172
第8章 锆合金在反应堆内的行为 174
8.1 辐照损伤和辐照效应 174
8.1.1 锆合金基体的辐照效应 174
8.1.2 第二相粒子的辐照损伤 175
8.1.3 氧化膜的损伤 176
8.1.4 辐照生长 176
8.1.5 辐照蠕变 177
8.1.6 力学行为的变化 178
8.2 水的辐照分解 178
8.2.1 整体水的辐照分解 178
8.2.2 孔隙中水的辐照分解 179
8.3 辐照下的腐蚀和吸氢行为 179
8.3.1 辐照对腐蚀的影响 179
8.3.2 辐照对吸氢的影响 182
8.4 锆合金包壳与燃料芯体的相互作用 182
8.4.1 燃料芯块与包壳的机械作用 183
8.4.2 碘致应力腐蚀 183
8.5 锆合金包壳在失水事故下的行为 192
8.5.1 失水事故 192
8.5.2 失水事故下包壳的行为 192
参考文献 193
核反应堆用钢和镍基合金篇第9章 钢和镍合金在核反应堆中的应用 197
9.1 概述 197
9.1.1 压力容器用钢 198
9.1.2 堆芯和堆内构件以及控制棒驱动机构用不锈钢和镍合金 199
9.1.3 一回路管道和冷却剂泵用不锈钢和镍合金 202
9.1.4 蒸汽发生器和热交换器用不锈钢和镍合金 203
9.2 核反应堆对钢和镍合金材料性能的特殊要求 207
9.2.1 热中子吸收截面和吸收中子后的感生放射性 207
9.2.2 轻水堆反应堆压力壳用钢的辐照脆化敏感性 210
参考文献 215
第10章 核反应堆用低合金高强度钢 216
10.1 概述 216
10.2 20MnMoNi板材用钢A533-B 216
10.2.1 化学成分和热处理制度 216
10.2.2 金相组织 219
10.2.3 力学性能 219
10.3 20MnMoNi锻件用钢A508-3 228
10.3.1 化学成分 228
10.3.2 金相组织 229
10.3.3 力学性能 229
10.4 应用实例 235
参考文献 236
第11章 核反应堆用耐热钢 237
11.1 2-1/4Cr-lMo（12Cr2Mo） 237
11.1.1 钢号简介 237
11.1.2 化学成分 237
11.1.3 力学性能 237
11.1.4 抗氧化性能和环境因素对性能的影响 244
11.1.5 热处理及组织结构 247
11.1.6 焊接 248
11.1.7 物理性能 249
11.1.8 典型应用 249
11.2 T91（10Cr9MolVNbN） 250
11.2.1 钢种简介 250
11.2.2 化学成分 251
11.2.3 力学性能 251
11.2.4 抗氧化性能 255
11.2.5 热处理和组织结构 256
11.2.6 焊接 257
11.2.7 物理性能 258
11.2.8 典型应用实例 259
参考文献 260
第12章 核反应堆用不锈钢 262
12.1 1Cr13 262
12.1.1 钢号简介 262
12.1.2 化学成分 263
12.1.3 力学性能 263
12.1.4 抗氧化和耐蚀性 270
12.1.5 热处理及组织结构 271
12.1.6 工艺性能 272
12.1.7 物理性能 272
12.1.8 典型应用 272
12.2 00Cr13Ni5Mo 272
12.2.1 钢号简介 272
12.2.2 化学成分 273
12.2.3 力学性能 273
12.2.4 耐磨蚀性 274
12.2.5 热处理和组织 275
12.2.6 工艺性能 275
12.2.7 物理性能 275
12.2.8 应用 276
12.3 0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH） 276
12.3.1 钢号简介 276
12.3.2 化学成分 276
12.3.3 力学性能 278
12.3.4 耐蚀性 283
12.3.5 热处理和组织结构 285
12.3.6 工艺性能 286
12.3.7 物理性能 286
12.3.8 典型应用 286
12.4 00Cr25Ni6Ti和00Cr26Ni7Mo2Ti双相不锈钢 287
12.4.1 钢号简介 287
12.4.2 化学成分 287
12.4.3 力学性能 288
12.4.4 耐蚀性 289
12.4.5 热处理及组织结构 291
12.4.6 工艺性能 291
12.4.7 物理性能 292
12.4.8 应用 292
12.5 00Cr18Ni6Mo3Si2Nb双相不锈钢 292
12.5.1 钢号简介 292
12.5.2 化学成分 293
12.5.3 力学性能 293
12.5.4 耐蚀性 294
12.5.5 热处理和组织结构 295
12.5.6 工艺性能 296
12.5.7 物理性能 296
12.5.8 应用 297
12.6 0Cr18Ni9（AISI304）和00Cr19Ni10（AISI304L） 297
12.6.1 钢号简介 297
12.6.2 化学成分 300
12.6.3 力学性能 300
12.6.4 耐蚀性 306
12.6.5 抗辐照性能 314
12.6.6 工艺性能 319
12.6.7 物理性能 319
12.6.8 应用 319
12.7 控氮0Cr19Ni10（304NG）钢 320
12.7.1 钢号简介 320
12.7.2 化学成分 320
12.7.3 力学性能 321
12.7.4 耐蚀性 324
12.7.5 工艺性能 327
12.7.6 物理性能 327
12.7.7 应用 327
12.8 0Cr17Ni12Mo2（AISI316）和00Cr17Ni14Mo2（AISI316L） 328
12.8.1 钢号简介 328
12.8.2 化学成分 328
12.8.3 力学性能 330
12.8.4 抗辐照性能 336
12.8.5 耐蚀性 340
12.8.6 工艺性能 344
12.8.7 物理性能 344
12.8.8 应用 345
12.9 控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG） 345
12.9.1 钢号简介 345
12.9.2 化学成分 346
12.9.3 力学性能 346
12.9.4 耐蚀性 349
12.9.5 工艺性能 350
12.9.6 物理性能 351
12.9.7 应用 351
12.10 0Cr18Ni10Ti（AISI321） 352
12.10.1 钢号简介 352
12.10.2 化学成分 352
12.10.3 力学性能 352
12.10.4 耐蚀性 357
12.10.5 抗辐照性能 357
12.10.6 工艺性能 357
12.10.7 物理性能 358
12.10.8 应用 358
12.11 0Cr18Ni11Nb（AISI347） 358
12.11.1 钢号简介 358
12.11.2 化学成分 358
12.11.3 力学性能 359
12.11.4 耐蚀性 361
12.11.5 抗辐照性能 363
12.11.6 工艺性能 364
12.11.7 物理性能 364
12.11.8 应用 365
12.12 核级316Ti 365
12.12.1 钢号简介 365
12.12.2 化学成分 366
12.12.3 力学性能 366
12.12.4 耐蚀性 367
12.12.5 抗辐照性能 367
12.12.6 工艺性能 367
12.12.7 物理性能 368
12.12.8 应用 368
12.13 316MN（316FR） 368
12.13.1 钢号简介 368
12.13.2 化学成分 368
12.13.3 蠕变断裂性能 368
12.13.4 蠕变疲劳性能 370
12.13.5 应用 370
12.14 304B（0Cr18Ni9B） 370
12.14.1 钢号简介 370
12.14.2 化学成分 370
12.14.3 力学性能 370
12.14.4 耐蚀性 371
12.14.5 焊接性能 371
12.14.6 热处理和组织 371
12.14.7 物理性能和吸收中子性能 371
12.14.8 应用 371
参考文献 372
第13章 核反应堆用高镍合金 377
13.1 Cr20Ni32型合金 377
13.1.1 合金牌号简介 377
13.1.2 化学成分 378
13.1.3 金相组织 379
13.1.4 力学性能 379
13.1.5 耐腐蚀性能 383
13.1.6 冷、热加工性能 387
13.1.7 焊接性能 388
13.1.8 物理性能 389
13.1.9 应用实例 390
13.2 00Cr25Ni35AlTi 390
13.2.1 合金牌号简介 390
13.2.2 化学成分 392
13.2.3 金相组织 392
13.2.4 力学性能 392
13.2.5 耐腐蚀性能 393
13.2.6 冷、热加工性能 395
13.2.7 焊接性能 396
13.2.8 物理性能 399
13.2.9 应用实例 399
13.3 0Cr15Ni75Fe 399
13.3.1 合金牌号简介 399
13.3.2 化学成分 400
13.3.3 金相组织 400
13.3.4 力学性能 400
13.3.5 耐腐蚀性能 402
13.3.6 冷、热加工性能 406
13.3.7 焊接性能 406
13.3.8 物理性能 407
13.3.9 应用实例 408
13.4 0Cr30Ni60Fe10合金 408
13.4.1 合金牌号简介 408
13.4.2 化学成分 409
13.4.3 金相组织 409
13.4.4 力学性能 409
13.4.5 耐腐蚀性能 411
13.4.6 冷、热加工性能 416
13.4.7 焊接性能 416
13.4.8 物理性能 417
13.4.9 应用实例 417
13.5 0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti 417
13.5.1 合金牌号简介 417
13.5.2 化学成分 418
13.5.3 金相组织 418
13.5.4 力学性能 418
13.5.5 耐腐蚀性能 421
13.5.6 冷、热加工性能 423
13.5.7 焊接性能 423
13.5.8 物理性能 425
13.5.9 应用实例 425
13.6 0Cr15Ni70Ti3AlNb 425
13.6.1 合金牌号简介 425
13.6.2 化学成分 426
13.6.3 金相组织 426
13.6.4 力学性能 426
13.6.5 耐腐蚀性能 428
13.6.6 冷、热加工性能 430
13.6.7 焊接性能 431
13.6.8 物理性能 431
13.6.9 应用实例 431
参考文献 432
铝合金篇 437
第14章 概述 437
14.1 铝工业发展概论 437
14.1.1 世界铝工业的发展概况 438
14.1.2 中国铝工业的发展概况 438
14.1.3 铝合金新材料的发展趋势 439
14.2 核用铝合金发展概况 439
第15章 铝合金的加工 444
15.1 铝合金的合金体系 444
15.2 铝合金的加工 445
15.2.1 铸造法 445
15.2.2 塑性成型法 445
15.2.3 深加工法 445
15.2.4 按变形过程的应力-应变状态分类 445
15.3 铝合金的热处理 449
15.3.1 热变形对铝材组织的改善 449
15.3.2 热变形制品晶粒度的控制 449
15.3.3 热变形的纤维组织 450
15.3.4 热变形过程中的回复与再结晶 450
15.4 冷变形对铝材组织性能的影响 451
15.4.1 冷变形时铝材内部组织的变化 451
15.4.2 冷变形对铝材性能的影响 452
第16章 铝合金的基本性能及在反应堆中的应用 453
16.1 铝合金的基本性能 453
16.1.1 纯铝的物理性能和弹性性能 453
16.1.2 变形铝合金物理性能及力学性能 454
16.2 铝合金在反应堆中的应用及主要问题 457
16.2.1 铝合金在反应堆中的应用 457
16.2.2 铝合金在核应用中的主要问题 459
第17章 铝合金的堆内外行为 460
17.1 铝与铀及铀合金的相容性 460
17.1.1 铝与铀的相容性 460
17.1.2 铝与U3Si2的相容性 462
17.1.3 铝与U-Mo的相容性 465
17.2 铝合金在堆内的腐蚀行为 468
17.2.1 铝及铝合金在堆内的腐蚀行为 468
17.2.2 高通量研究堆铝合金包壳的腐蚀 481
17.3 铝合金的辐照性能 482
17.3.1 辐照对铝性能的影响 482
17.3.2 辐照对铝合金性能的影响 483
参考文献 487