对Zr-0.6Nb-0.4Mn合金在热机械加工过程中的晶体织构和微观结构演变进行了研究

Zr–0.6Nb–0.4Mn合金通过优化热加工路线（β处理、热轧、冷轧、退火）形成高强度基底织构，抑制氢化物再取向，同时细化晶粒并均匀分布Mn?Nb纳米析出物，为核燃料包壳性能提升提供基础。

　　

Bernardo Pompermayer Eduardo|Jean Dille|Paula Mendes Jardim|Talita Gama de Sousa|Luiz Paulo Mendon?a Brand?o|Rafaella Martins Ribeiro

里约热内卢联邦大学（Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ）阿尔贝托·路易斯·科英布拉工程研究生院与研究中心（Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Gradua??o e Pesquisa de Engenharia - COPPE），金属与材料工程系（Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais - PEMM），巴西里约热内卢 21941-599

摘要

本研究采用优化的热机械加工工艺（包括β-固溶处理、有限热轧、高冷轧及短时低温退火）来探究Zr–0.6Nb–0.4Mn合金的晶体结构与微观组织演变。该工艺旨在形成具有优选取向的基面纹理，这些基面极化方向与板材法线方向一致，这种结构有助于抑制有害氢化物的重新排列，从而提升锆燃料包壳的使用性能。高冷轧变形（变形量达81.6%）在形成明显的基面纹理中起到了关键作用，基面纹理主要由{0001}?$\bar{1}$0和{0001}?$\bar{2}$0晶向组成，基面极化方向相对于法线方向向横向偏转约30°，这一偏转角度明显高于传统Zr–Nb合金的基面纹理。随后在500?°C下进行2小时或4小时的退火处理，促进了部分再结晶过程，同时保持了基面极化方向与法线方向的高一致性（f_ND?≈?0.46）。透射电子显微镜观察结果显示，再结晶后的微观组织由尺寸介于300?nm至2?μm之间的细晶粒以及Mn?Nb纳米沉淀物（10–50?nm）构成，经过4小时退火后这些纳米沉淀物的分布更加均匀。通过结合纹理分析、Kearns因子及详细的透射电子显微镜观察结果，本研究表明：通过精确控制热轧与冷轧变形的强度以及短时低温退火的工艺参数，可以同时改善Zr–Nb–Mn合金的微观组织和沉淀特性。由此形成的基面纹理特征及可控的沉淀状态为提升锆基材料在核环境中的性能提供了结构基础。