核反應堆是利用核裂變過程中所釋放出來的巨大能量，通過核電設備最終轉化成電能。由于在反應過程中存在大量的輻射，具有很強的危害性，因此，核安全就成為發(fā)展核電需要解決的首要任務。在核電設計中，核安全的首道防線就是核的包復材料---包殼管，由它擔負著防止核泄露的重要任務。同時，包殼管又是處在核反應堆中工況最差的環(huán)境當中。它面臨核燃料，承受著高溫、高壓和強烈的中子輻照，以及耐高硼水腐蝕、耐應力腐蝕和耐反應產(chǎn)物碘蒸汽腐蝕的嚴峻考驗。在整個使用過程中不應發(fā)生破損而造成放射性外逸，因此必須對核燃料的包殼管材料提出嚴格的要求。

在眾多核材料中，鋯合金以其優(yōu)異的核性能，成為燃料包殼管的首選材料，并取得了令人滿意的效果。隨著核反應堆技術朝著提高燃料燃耗和降低燃料循環(huán)成本、提高反應堆熱效率和安全可靠方向的發(fā)展，對鋯合金包殼材料的性能提出了更高的要求，包括腐蝕性能吸氫性能力學性能和輻照尺寸穩(wěn)定性等。為此，人們在不斷提高鋯材性能方面進行了大量的研究工作，取得了可喜的成就。當前主要有Zr-2、Zr-4、Zr-2.5%Nb三種合金以及美國西屋公司新發(fā)展的ZIRLO合金、日本的NDA合金和法國的M5及低錫鋯合金等。另外，還有俄羅斯的Zr-1Nb合金和Zr-Sn-Nb E635合金等。

由于鋯合金在反應堆內受中子輻照，力學性能會發(fā)生變化，強度升高，延性會降低、變脆，以及輻照伸長和扭曲變形，產(chǎn)生蠕變和內應力等現(xiàn)象，使其綜合性能變差。因此，包殼材料屬于一種高消耗品，需要進行周期更換。換料的周期一般為12個月，由于鋯合金包殼管性能的提升，在有些電站已實現(xiàn)了18個月的換料周期。因此，鋯合金在核電站僅作為包殼材料，其用量是相當巨大。目前，世界上核電站總數(shù)為440余座，總裝機容量約3.6億千瓦，每年對鋯的需求近0.3億噸。預計到2020年將超過1000座，每年對鋯的需求將達0.7億噸。

tag標簽:鋯合金,鋯材料