專利名稱:一種用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋯合金材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種能用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯
I=I -Wl O
背景技術(shù)：
鋯的熱中子吸收截面非常小，并具有良好的耐高溫水腐蝕性能和力學性能，因此在水冷核反應(yīng)堆中鋯合金被廣泛用作燃料棒的包殼材料和核反應(yīng)堆芯的結(jié)構(gòu)元件。隨著核動力反應(yīng)堆技術(shù)朝著提高燃料燃耗和降低燃料循環(huán)成本、提高反應(yīng)堆熱效率、提高安全可靠性的方向發(fā)展，對關(guān)鍵核心部件燃料元件包殼材料鋯合金的抗腐蝕性能、吸氫性能、力學性能及輻照尺寸穩(wěn)定性等性能提出了更高的要求。燃料元件在服役條件(輻照、高溫、高壓及復(fù)雜的應(yīng)力)下，要發(fā)生蠕變和疲勞。蠕變性能是鋯合金在水冷動力堆中工作時要考慮的 重要問題之一，國內(nèi)外對鋯合金的蠕變進行了大量的研究。目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的是被稱之為Zr-2、Zr-4合金的鋯合金，但隨著核燃料組件向長壽期、高燃耗方向的發(fā)展，要求作為反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯基合金必須具有更好的耐蝕、抗蠕變、抗輻射生長等綜合性能，在這一點上Zr-2、Zr-4合金已不能滿足要求。
近二十年來，壓水堆用鋯合金的研究趨勢是對已有材料的不斷改進和進行高性能新鋯合金的研究，總體思路是在Zr-Nb系和Zr-Sn-Nb系合金的基礎(chǔ)上進行合金成分含量的調(diào)整以及添加其它合金元素，或者二者同時進行以達到提高合金整體性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金，其綜合性能特別是抗腐蝕性能優(yōu)異。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金，以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成Nb O. 25% O. 4%、Fe O. 3% O. 45%,Cr O. 2% O. 3%、S 30ppm lOOppm、O 600 1200ppm、C ^ lOOppm、N ^ 80ppm 以及 Zr 余量,其中，Nb 與 Fe 的重量比彡1，F(xiàn)e與Cr的重量比為I. 4 I. 6:1。
根據(jù)本發(fā)明的進一步方案按重量份計，所述鋯合金的組成為Nb 0.3%、FeO. 35%、Cr O. 25%、S 50ppm、O 600 1200ppm、C ( lOOppm、N ( 80ppm 以及 Zr 余量。
上述合金配方中，C和N為從原料中帶來的不可避免的雜質(zhì)，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)當了解，上述合金配方中可能還包括的一些從原料中帶來的其它不可避免的雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)成分以不可避免的量存在時不會對本發(fā)明鋯合金造成不利影響。
根據(jù)本發(fā)明，上述鋯合金可通過如下步驟制備將熔煉所需的各種組元素按照配方比例均勻混合，壓制成電極，采用真空自耗電弧爐進行熔煉，熔煉3次，制成成分分布均勻的合金鑄錠；然后將合金鑄錠在90(Tl000°C的β相區(qū)鍛造成所需形狀的坯料；接著在98(Tl050°C的β相區(qū)均固溶處理，然后淬火處理；然后在55(T750°C范圍內(nèi)對淬火后的坯料進行熱加工，熱加工后的坯料經(jīng)多次冷加工和在50(T600 °C范圍內(nèi)進行中間退火，直至加工成所需型材；最后，在550°C飛30°C范圍內(nèi)進行再結(jié)晶退火，得到成品鋯合金材料。
按照上述工藝制備的材料由等軸α -Zr晶粒和細小彌散分布的第二相粒子組成，這樣的顯微組織能夠保證該材料在反應(yīng)堆堆芯苛刻的環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能等使用性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明對傳統(tǒng)的Zr-Nb合金配方進行優(yōu)化設(shè)計，不僅提高了鋯合金的耐腐蝕性能，而且提高了合金的蠕變性能，焊接性能等，合金的綜合性能優(yōu)異，滿足核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的要求。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不限于以下實施例
將熔煉所需的各種組元素按照表I的配方比例均勻混合，壓制成電極，采用真空自耗電弧爐進行熔煉，熔煉3次，制成成分分布均勻的合金鑄錠；然后將合金鑄錠在90(Tl000°C的β相區(qū)鍛造成所需形狀的坯料；接著在98(Tl050°C的β相區(qū)均固溶處理，然后淬火處理；然后在55(T750°C范圍內(nèi)對淬火后的坯料進行熱加工，熱加工后的坯料經(jīng)多次冷加工和在50(T60(TC范圍內(nèi)進行中間退火，直至加工成所需型材；最后，在550°C飛30°C范圍內(nèi)進行再結(jié)晶退火，得到成品鋯合金材料，并進一步制備成腐蝕樣品進行高壓釜腐性能測試。
對本發(fā)明的實施例1-7的七種鋯合金板材進行腐蝕性能試驗。腐蝕試驗在高壓釜中進行，腐蝕條件為400°C、10. 3MPa去離子水蒸汽和427°C水蒸汽。表I給出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1-7的鋯合金的成分配比及它們各自在上述腐蝕條件下的腐蝕速率及相對腐蝕速率。
表I實施例1-7的鋯合金組成及耐腐蝕性能
權(quán)利要求
1.一種用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金，其特征在于以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成Nb O. 3%、Fe O. 35%、Cr O. 25%、S 50ppm、O 600 1200ppm、C ( 100ppm、N ( 80ppm以及Zr余量，所述鋯合金的制備方法為將熔煉所需的各種組元素按照配方比例均勻混合，壓制成電極，采用真空自耗電弧爐進行熔煉，熔煉3次，制成成分分布均勻的合金鑄錠；然后將合金鑄錠在90(Tl000°C的β相區(qū)鍛造成所需形狀的坯料；接著在98(Tl050°C的β相區(qū)均固溶處理，然后淬火處理；然后在55(T750°C范圍內(nèi)對淬火后的坯料進行熱加工，熱加工后的坯料經(jīng)多次冷加工和在50(T60(TC范圍內(nèi)進行中間退火，直至加工成所需型材；最后，在550°C飛30°C范圍內(nèi)進行再結(jié)晶退火，得到成品鋯合金。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金，以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成Nb0.25%～0.4%、Fe0.3%～0.45%、Cr0.2%～0.3%、S30ppm～100ppm、O600～1200ppm、C≤100ppm、N≤80ppm以及Zr余量，其中，Nb與Fe的重量比≤1，F(xiàn)e與Cr的重量比為1.4～1.6:1。本發(fā)明對傳統(tǒng)的Zr-Nb合金配方進行優(yōu)化設(shè)計，不僅提高了鋯合金的耐腐蝕性能，而且提高了合金的蠕變性能，焊接性能等，合金的綜合性能優(yōu)異，滿足核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的要求。
文檔編號G21C3/07GKCN102220519 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201110147671
公開日2013年1月16日 申請日期2011年6月2日
發(fā)明者王榮山, 翁立奎, 耿建橋, 張晏瑋, 王錦紅 申請人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣東核電集團有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),