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锆及其合金所具有的优异的核性能决定了其在核反应堆中被大量的应用,同时,核电作为一种清洁可持续的能源,已经逐渐开始取代煤电,火电等传统能源并走向规模化,这就使得锆合金的开发和研究显得异常重要。锆合金管材作为核燃料的包壳管,其在堆内的应用主要面临两大重要问题:安全可靠性和元件寿命的长短,针对这两个问题,各国从提高锆材的性能出发研制出了很多种不同系列的锆合金。其中Zr-Sn系中具有代表性的为Zr-4合金。Zr-4合金作为核燃料的包覆材料被广泛应用于压水堆中,由于它担负着防止核泄漏的重要任务以及新时期对燃耗、核燃料循环成本等的高要求,各国都对Zr-4管材进行了大量的研究工作,以期提高其服役性能。另一种同样具有代表性的合金是由法国法马通公司研制开发出的M5合金,其为Zr-Nb系合金,经研究发现,Nb元素的添加对锆管的耐腐蚀性能有很大的改善,其合金成分为Zr-1Nb-0.125O。另外,氢脆作为包壳管失效的主要原因说明氢化物对锆合金的堆内性能也有很大的影响。综上所述,本课题所用实验材料分为三种:再结晶态的Zr-4管、变形态的Zr-4管以及再结晶态的M5管。采用金相、ECC、EBSD和XRD对样品进行微观组织与织构、宏观织构的观察与表征,结合三种样品之间存在的成分和加工状态的不同进行对比分析。另外针对包壳管的氢脆失效,还采用了实验室高压釜渗氢装置对管材进行渗氢处理,并且对渗氢样品进行金相观察与氢化物取向因子的统计分析。得出的主要结论如下:①再结晶状态的Zr-4样品组织为部分再结晶晶粒,部分晶粒呈拉长状或者发生异常长大,平均晶粒尺寸为7.0μm;变形态的Zr-4样品为变形晶粒完全被拉长且呈纤维状;再结晶状态的M5样品组织为完全细小且均匀的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸为4.7μm;②三种样品为典型的C轴双峰织构,其中再结晶状态的两种样品均存在典型的<11-20>//RD退火丝织构,而变形状态的样品的丝织构类型则为<10-10>//RD织构,且样品织构强度更高;③对样品的内中外三部分进行织构分析,结果均为典型双峰织构,差别不明显,两种再结晶状态的样品的取向因子比变形态样品大,但是依据其再结晶程度不同,在ND方向,取向因子依次减小;④相同的渗氢条件下,M5合金中的渗氢量比Zr-4合金中少,氢化物数量及粗细有明显的不同。对比两种不同状态Zr-4样品的渗氢结果,可以看出氢化物的渗入量与粗细基本相同。锆合金中的元素成分对其吸氢能力有一定的影响。⑤氢化物在再结晶状态的样品中(不管是M5还是Zr-4)取向都呈现网状分布,没有一定的方向性。在变形态的Zr-4样品中,氢化物取向沿周向分布。在定量的统计分析中,变形态样品取向因子明显小于再结晶状态的样品。说明合金成分与取向无关,而加工状态对氢化物取向有一定的影响。