核结构材料

锆及锆合金篇

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2ZrSn合金的腐蚀112

613Zr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2LiOH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1Zr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220MnMoNi板材用钢A533B216

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320MnMoNi锻件用钢A5083228

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121/4Cr1Mo（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2T91（10Cr9Mo1VNbN）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11Cr13262

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200Cr13Ni5Mo272

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30Cr17Ni4Cu4Nb（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400Cr25Ni6Ti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500Cr18Ni6Mo3Si2Nb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60Cr18Ni9（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80Cr17Ni12Mo2（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100Cr18Ni10Ti（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110Cr18Ni11Nb（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316Ti365

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13316MN（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14304B（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1Cr20Ni32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200Cr25Ni35AlTi390

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30Cr15Ni75Fe399

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40Cr30Ni60Fe10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50Cr20Ni55Mo3Nb5Ti417

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60Cr15Ni70Ti3AlNb425

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

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

核结构材料涉及的材料种类很多，本书只选其中重要的三类材料，即锆及锆合金、钢和镍基合金以及铝合金。全书较详细地介绍了这三类材料的发展、主要特性及在核工业中的应用实例。
　　本书适用于核工业领域生产、研究、开发等工程技术人员阅读及大学相关专业师生参考。