锆及锆合金因拥有热中子截面吸收率低、高温高压下其拥有优异的力学机能和侵蚀机能的特点，，宽泛利用于核反映堆的结构资料和包壳管资料。。氢在锆及锆合金中的固溶度有限，，从Zr-H相图可知，，氢在α-Zr内的溶化度显著的随温度变动而变动，，肯定温度下，，有肯定的极限固溶度。。在室温下低于几个10^-6(质量分数)，，在300℃时约为80×10^-6，，在400℃ 时可上升到200×10^-6。。当氢含量超过极限固溶度或者降低锆环境温度时，，锆及锆合金析出氢化物[1]，，所以锆及锆合金是一种强烈的吸氢资料，，它对氢元素的溶化度会随着温度升高而升高[2]。。有资料批注，，氢对锆合金资料的：：χ匾馐、氢脆和氢鼓泡。。当锆合金包壳观在高温运行时，，吸收侵蚀反映天生的氢化物可严重的粉碎α-Zr晶粒的齐全性，，产生微裂纹或者体积增大，，从而严重的影响锆合金的氢化物取样因子和力学机能，，可导致锆合金燃料棒在堆内恶劣的环境中产生氢致延长断裂(DHC)[3-5]。。陪伴着人们对核文化、核反映堆质量和安全尺度理解的不休深刻，，严格节制锆合金中的氢含量和氢化物是列国核资料工作者钻研的重点工作之一。。本文以核反映堆用燃料元件用锆棒的氢元素超标质量问题为钻研对象，，选取故障树的步骤列举了可能导致锆棒热旋锻过程中的吸氢成分，，确定了锆棒氢元素超标的原因，，提出了后续改进措施，，并依照改进措施提出的工艺进行了验证试验，，最终试验锆棒氢元素了局均合格。。该质量事务为丰硕锆合金理论和实际钻研、提高锆合金出产过程中的质量节制和过程治理提供了一种新思路和新步骤。。

事务描述

通常制品锆合金棒材中的氢元素含量尺度要求为氢元素≤0.0025%(质量分数)，，然而对某公司出产出的制品锆棒进行氢元素检测，，其抽检了局别离为0.0029%和0.0038%。。经过与客户沟通，，对原样品原部位重新加倍取样复验，，该批次锆棒氢元素的抽检了局别离为0.0018%、0.0024%、0.0029%、0.0016%。。该批制品锆棒中的部门检验样品氢元素含量超出了技术前提尺度的要求。。

原因定位

针对制品锆棒氢元素超标的质量问题，，某公司先对锆棒的原料进行了排查确认。。了局批注锆棒坯原料的氢元素的检测了局别离为0.0018%、0.0012%、0.0018%、0.0016%。。从锆棒坯原料的检测了局可见，，锆棒坯的原料了局合格。。随后，，对锆棒出产流程中的所有冷加工(轧制、除油、酸洗、无芯磨和抛光工序)和热加工(退火和热旋锻工序)工序进行尝试和查抄。。经过发展相应的排查尝试和查抄，，了局批注能够排除冷加工所有工序和热加工中的退火工序。。最终定位为热旋锻工序可能导致该批次的锆棒氢超标，，现成立故障树，，从氢源和吸氢前提两方面别离系统分析外委热旋锻工序 [6，，7]，，故障树如图1所示。。

操作人员

在该批锆棒出产过程中，，出产的操作人员拥有丰硕的出产经验，，每次出产前均经过有关的培训，，拥有相应的资质，，所以能够排除操作人员操作不当造成的锆棒氢超标。。

物料传染

在热旋锻出产过程中，，热旋锻轴承必要光滑(光滑油为碳氢有机物)。。若轴承光滑油泄露或炉膛不干净(含氢物质的传染)，，则导致光滑油传染锆棒。。在热旋锻前加热的环境中会产生大量含氢空气，，从而导致锆棒热旋锻吸氢。。此外，，从该批热旋锻设备运行查抄纪录进行排查，，热旋锻设备运行查抄纪录不齐全，，热旋锻设备光滑油泄露、加热炉膛内油粘污、炉膛不干燥可能会导致锆棒氢元素超标。。由于锆棒的热旋锻重要为外委出产，，且锆棒存放和搬运不当，，则会造成锆棒理论存在含氢物质的传染(如油沾污)，，从而导致棒材吸氢。。

拔取同规格的锆棒，，在热旋锻前的加热阶段发展锆棒涂油仿照热旋锻加热尝试，，最终尝试了局批注：：涂油后的锆棒在加热旋锻后氢元素超标。。

综上所述，，热旋锻设备漏油、锆棒出产或运输过程理论含氢物质的传染，，可能会导致锆棒氢元素超标。。

环境

◆ 空气湿度

查阅热旋锻外委建造纪录和现场实测湿度，，发展空气湿度对锆棒热旋锻尝试，，锆棒尝试后氢元素检测均合格，，能够排除氢源对锆棒氢元素超标的影响。。

◆ 氢源

经过外委现场查抄，，发现外委加工单元热旋锻场地固然存在氢源，，但在热旋锻过程中该氢源处于关闭状态，，能够排除氢源对锆棒氢元素超标的影响。。

综上所述，，热旋锻过程中的旋锻设备光滑油泄露、加热炉膛内油粘污、炉膛不干燥、棒材存放和搬运不当造成的沾污是造成锆棒氢元素超标的原因。。

机理分析

从Zr-H的相图可知，，氢在α-Zr内的溶化度显著的随温度变动而变动。。氢的固溶度在室温下低于10-6%，，在300℃的温度下约为80×10-6%，，在400℃的温度下约为200×10-6%，，在700~800℃的温度下氢的固溶度更高。。而热旋锻态的温度刚好在700~800℃之间，，若炉内锆合金理论或旋锻环境中存在含氢气物质，，锆棒会急速的产生吸氢行为，，从而造成该批锆棒氢元素超标。。

改进措施

凭据图1故障树分析所定位的原因，，提出后续改进措施，，内容如下：：启动热旋锻设备出产前，，对热旋锻设备进行查抄，，确保设备轴承光滑正常，，设备无漏油景象；；；外委出产热旋锻出产锆棒时，，现场制氢设备必须终场出产；；；热旋锻过程中保障物料存放在清洁料架上；；；搬运过程中，，与物料接触的手套和夹具应清洁，，预防对物料造成传染；；；出产前对加热炉膛进行算帐，，确保炉膛干净无传染；；；每次热旋锻前应对热旋锻炉填充锆屑进行烘炉处置，，在工艺要求的保温温度下烘炉功夫应不少于3h。。

依照改进措施重新进行锆棒热旋锻尝试，，热旋锻后的棒材氢元素均合格，，进一步证明提出的改进措施有效。。

实现语

以某公司外委热旋锻产生的锆棒氢元素超标质量事务为例，，选取故障树的步骤以锆棒外委热旋锻过程中的氢源和吸氢前提为内容进行分析和探求。。热旋锻过程中的旋锻设备光滑油泄露、加热炉膛内油粘污、炉膛不干燥、棒材存放和搬运不当造成的沾污是造成锆棒氢元素超标的原因。。提出了查抄设备、清洁料架、炉膛算帐和锆屑烘炉等改进措施。。依照改进措施进行试验验证，，试验后的棒材氢元素机能合格。。该质量事务为丰硕锆合金理论和实际钻研、提高锆合金出产过程中的质量节制和过程治理提供了一种新思路和新步骤。。

参考文件

[1] 扎依莫夫斯基. 核动力用锆合金. 北京：：原子能出版社，，1988

[2] 核资料会议文集编纂小组编. 核资料会议文集(1982). 北京：：原子能出版社，，1982

[3] 彭剑超，，李强，，刘仁多，，等. Zr-4合金氢化物析出长大的透射电镜原位钻研. 罕见金属科学与工程.2011，，40(8)：：1377

[4] 刘彦章，，赵文金，，Bacleo F，，等. Zr-Sn-Nb中氢化锆的电子背散射衍射钻研. 核动力工程(增刊)，，2007，，28(2)：：27

[5] 周军，，李中奎，，张建军，，等. 分歧氢含量的新锆合金(NZ2)的力学机能. 罕见金属科学与工程. 2008，，37(12)：：2244

[6] 田冬青，，高润生，，焦殿辉，，等. 核安全1级阀门典型违规事务分析. 核安全，，2014，，13(3)：：56

[7] 李力，，郭猛，，韩垂煌，，等. 基于故障树的核电站循环水泵电机烧瓦问题钻研. 核电工程，，2015，，32(9)：：1246

作者简介：：党辉(1972—)，，男，，国核宝钛锆业股份公司质量治理部总经理，，高级工程师，，核能行业协会核质保主监查员，，美国ASME核质保中国国际工作组成员，，美国质量学院注册质量总监；；；在核电燃料组件制作过程中的质量保障和质量节制方面做出了积极贡献，，组织成立了核级锆材制作过程中的质量保障系统，，参加的多项治理创新成就获国度级、国防科技工业及省级成就奖。。</p