專利名稱：鋯合金管制品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，滾軋生產(chǎn)以及特別涉及鋯合金的半成品和成品的制造。
生產(chǎn)鋯合金制品的已知方法(俄羅斯專利2037555，C22F/18，1995)包括毛坯的熱變形加工、初級(jí)冷變形加工和在560-590℃下真空等溫退火3-4小時(shí)，經(jīng)最后一道工序冷軋至17-31％的形變程度，以及隨后在560-585℃進(jìn)行最后的真空等溫退火5-7小時(shí)。
與本發(fā)明最接近的工藝方法包括下列工序制錠、錠的初級(jí)β-加工處理、在α-鋯存在的溫度下由熱模壓的方法制坯、坯在380-650℃退火、坯在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行冷變形加工并伴有中間退火處理和精加工該坯以得到所需的成品(美國(guó)專利4649023，cl.C22C 16/00，1987.)，以及還有一種不同于上述的且?guī)в腥缦绿卣鞯姆椒ā讦?加工處理后、熱模壓制錠之前，坯在380-650℃退火；—在退火之前和熱模壓成型之后，坯在920-1070℃的溫度下淬火處理，所述退火在380-520℃的溫度下進(jìn)行；—淬火以60℃/s至1000℃/s的速率進(jìn)行(俄羅斯專利2032760，C22F1/18，1995.)。
現(xiàn)有技術(shù)中熟知的是，最后定形的鋯合金管是以特別制造的具有高力學(xué)性能和精確幾何尺寸的厚壁管狀半成品用冷軋方法生產(chǎn)，該半成品在外國(guó)的參考資料中稱之為SUPER-TREX或TREX(E.RossBradley和George P.Sabol，核工業(yè)中的鋯第11屆國(guó)際研討會(huì)ASTM出版代碼號(hào)(PCN)04-012950-04 ASTM 100 Barr Harbor Drive WestConshohocken，PA 19428-2959)。最常見的半成品的幾何尺寸是Φ63.5×10.9mm，Φ44.5×7.62mm。
這里僅舉一個(gè)熟知的使用尺寸為Φ63.5×10.9mm和Φ44.5×7.62mm的鋯合金半成品制造金屬包層管的方法。該方法經(jīng)一次冷軋?zhí)幚砗髢H生產(chǎn)具有51％的變形度的優(yōu)質(zhì)金屬包層管，80％的變形值將導(dǎo)致大量裂紋的形成。(法國(guó)專利2584097，1987.C22 F 1/18；c22 16/00)。
發(fā)明的公開本發(fā)明通過提供不對(duì)制品材料的連續(xù)性造成影響的變形條件而達(dá)到提高鋯合金制品質(zhì)量水平的目的，通過增加毛坯的尺寸和改進(jìn)管狀半成品的質(zhì)量而使制品沿橫向和縱向方向具有均勻的金屬結(jié)構(gòu)，并使產(chǎn)品的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指數(shù)提高。
根據(jù)制造SUPER-TREX，TREX型二元鋯合金管狀半成品，本發(fā)明的既定目的已達(dá)到。除了先前已知的工序外—制錠，—毛坯制造前，錠的初級(jí)β-變形加工處理，—在α-鋯存在的溫度下通過毛坯的熱模壓成型制得管坯，—在α-鋯存在的溫度下冷變形加工管坯并伴隨有中間退火處理，—精加工管坯以得到成品。
對(duì)制造成品而言，管的冷變形加工以總壓縮值為μ∑＞100的程度進(jìn)行或者對(duì)制造SUPER-TREX，TREX類型的管狀半成品而言μ∑＜50，在管冷軋的第一階段壓縮值μ＜2.0，管最后的退火是在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行，且μ＝Sbillet/Stube，Sbillet是滾軋前坯的橫截面積，Stube是滾軋成的管的橫截面積；μ∑＝Sinit.billet/Sready tube，其中Sinit.billet是第一次滾軋前毛坯的橫截面積，Sready tube是最后一次滾軋后制成管的橫截面積。
如果當(dāng)需要得到質(zhì)量改進(jìn)的制品時(shí)(在管的任何部分，氫化物的取向度Fn＜0.3，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和/或其它要求)，以及當(dāng)需要得到多元鋯合金或二元鋯合金的最終尺寸的管或SUPER-TREX，TREX類型的管狀半成品，除了所述方法的第一個(gè)實(shí)例中提及的工序外，在α-或(α+β)-鋯存在的溫度下熱模壓成型后，管坯在比合金從中間(α+β)相轉(zhuǎn)變到β-相鋯的溫度高30-60℃的溫度下淬火，淬火后的坯件進(jìn)行機(jī)械加工和接下來在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行回火。
管的總壓縮值達(dá)μ∑＞100的冷滾軋通過更高程度的金屬加工施行可以得到在軸向和徑向具有均勻結(jié)構(gòu)狀態(tài)的制成品。
在滾軋的第一階段壓縮值的推薦的限定范圍使坯件于冷滾軋機(jī)上變形產(chǎn)生的剪切應(yīng)力明顯低于鋯合金的抗拉強(qiáng)度值，其中的鋯合金為多元和超塑性二元組份且已經(jīng)過上述的熱加工處理，因此在不影響連續(xù)性的情況下合金產(chǎn)生變形。在隨后的冷滾軋階段所述壓縮值由于經(jīng)第一階段滾軋和隨后的退火處理后隨合金塑性的增加而增長(zhǎng)。
在生產(chǎn)SUPER-TREX或TREX類型的管狀半成品時(shí)，在冷滾軋過程中總的壓縮值可以為μ∑＜50(因?yàn)榘氤善吠ǔ＝?jīng)過1至3次冷滾軋而制成，根據(jù)最終管尺寸的不同并考慮到第一階段冷滾軋的壓縮值范圍為μ＜2.0，滾軋次數(shù)可以多達(dá)5到8次)。
熱模壓管坯在比合金從中間(α+β)相轉(zhuǎn)變到β-相鋯的溫度高30-60℃的溫度下淬火，淬火后的坯件的機(jī)械加工和接下來的回火在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行，這些都保證了合金的完全相再結(jié)晶且轉(zhuǎn)變成馬氏體類型的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，該狀態(tài)帶有精細(xì)粒狀(粒徑是0.16到0.22毫米)宏觀結(jié)構(gòu)并由于在摻和組份和合金組份飽和固溶體中的固定而使金屬和摻和相最大分散(

圖1)。此外，與先前的方法(第7頁(yè)表)比較起來，所述的熱加工處理保證了在冷滾軋的第一階段有超過兩倍的合金塑性的儲(chǔ)量，這與第一階段冷滾軋期間的壓縮值的限定范圍結(jié)合起來，就注定了冷變形加工不會(huì)產(chǎn)生宏觀和微觀裂紋(圖2)。所述的變形加工和熱加工處理可以得到沿受壓坯件的軸向和徑向的均勻結(jié)構(gòu)狀態(tài)(圖4)。在先前的方法中，由于直接施壓工藝的特征，受壓坯件在軸向和徑向上具有(圖3)不均勻結(jié)構(gòu)(I.L.Perlin，L.H.Reibarg.金屬壓縮理論，Moscow.Metallurgy，1975，P.350)，該施壓工藝將一直保持到最終尺寸的管的制成。
對(duì)淬火后的管坯的機(jī)械加工保證了在淬火后形成的表面的氧化層和氣體飽和層的去除而且同時(shí)可以消除坯件在熱模壓過程中形成的外表面和內(nèi)表面的缺陷。坯件表面質(zhì)量的改進(jìn)可以避免金屬塑性性能的下降(G.V.Filimonov，.O.A.Nikishov鋯金屬管的軋制，Moscow.Metallurgy，1988，P.26)，而且排除了在隨后的冷變形過程中由于表面缺陷而影響連續(xù)性的條件。
附圖的簡(jiǎn)要說明本發(fā)明提供了圖象說明，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的方法經(jīng)過淬火，機(jī)械加工和回火工序后，由Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Fe合金制得的管的宏觀結(jié)構(gòu)。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的方法經(jīng)過第一階段滾軋和退火后，由Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Fe合金制得的管的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。
圖3顯示了經(jīng)過壓縮和退火工序后，Zr-1.0Nb合金管的微觀結(jié)構(gòu)(已有方法)。
圖4顯示了經(jīng)過壓縮、淬火、機(jī)械加工和回火工序后，Zr-1.0Nb管的微觀結(jié)構(gòu)(本發(fā)明方法)。
方法的實(shí)施例實(shí)施例1 TREX類型Zr-1.0Nb鋯合金的管狀半成品的制造錠在β-鋯存在的溫度下利用鍛錘進(jìn)行熱加工而形成坯段。經(jīng)機(jī)械加工后，坯段在580-650℃的溫度范圍內(nèi)被熱壓成一個(gè)套筒。制得的套筒在管冷滾軋機(jī)上分3階段進(jìn)行冷變形加工以制成總壓縮值為μ∑＝30的最終尺寸的管狀半成品，在滾軋的第1階段的壓縮值是μ＝1.9。半成品的中間和最后的熱加工處理在560-600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。實(shí)施例2 Zr-1.0Nb鋯合金管的制造錠在β-鋯存在的溫度下利用螺旋滾軋機(jī)經(jīng)軋制而形成坯段。經(jīng)機(jī)械加工后，坯段在580-650℃的溫度范圍內(nèi)被熱壓成一個(gè)套筒。制得的套筒在910-940℃的溫度下淬火、進(jìn)行機(jī)械加工和隨后在560-580℃溫度下回火?；鼗鸷蟮呐鞫芜M(jìn)行6階段冷變形并伴隨著中間的熱處理以形成總壓縮值為μ∑＝313的最終尺寸管，在滾軋的第1階段的壓縮值是μ＝1.9。管的中間和最后的熱加工處理是在560-600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。實(shí)施例3 Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Fe鋯合金的SUPER-TREX類型的管狀半成品的制造錠在β-鋯存在的溫度下利用螺旋滾軋機(jī)經(jīng)熱加工而形成坯段。經(jīng)機(jī)械加工后，坯段在600-650℃的溫度范圍內(nèi)被熱壓成一個(gè)套筒。制得的套筒在930-960℃的溫度下淬火、進(jìn)行機(jī)械加工和隨后在560-600℃溫度下進(jìn)行回火?；鼗鸷蟮呐鞫畏?階段在管冷滾軋機(jī)上進(jìn)行冷變形加工以形成總壓縮值為μ∑＝20的最終尺寸的管狀半成品，在滾軋的第1階段的壓縮值是μ＝1.9。半成品的中間和最后的熱加工處理是在540-600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。實(shí)施例4 Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Fe鋯合金管的制造錠在β-鋯存在的溫度下利用螺旋滾軋機(jī)經(jīng)熱加工而形成坯段。經(jīng)機(jī)械加工后，坯段在650-750℃的溫度范圍內(nèi)被熱壓成一個(gè)套筒。制得的套筒在930-960℃的溫度下淬火，進(jìn)行機(jī)械加工和隨后在560-580℃進(jìn)行回火?；鼗鸷蟮呐鞫芜M(jìn)行5階段的冷變形加工并伴隨著中間的熱加工處理以形成總壓縮值為μ∑＝165的最終尺寸管，在第1階段的壓縮值是μ＝1.75。制品的中間和最后的熱加工處理是在540-620℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
工業(yè)適用性根據(jù)由本發(fā)明的方法制造管的所述實(shí)例和用已有的方法制造類似制品的實(shí)例表明，本發(fā)明的方法保證了無(wú)任何缺陷且更高質(zhì)量的多元和二元合金制品的生產(chǎn)。此外，與已有的方法不同，本發(fā)明的方法可以生產(chǎn)從二元到多元的不同鋯合金的制品。與現(xiàn)有的方法比較，所述方法可應(yīng)用于更廣的制品范圍，而且這可從在管的冷滾軋期間得到的總壓縮值明顯顯現(xiàn)出來，本發(fā)明的方法可達(dá)μ∑＝313，而現(xiàn)有方法為μ∑＜50。
目前，利用本發(fā)明的方法生產(chǎn)鋯合金的制品及半成品的試驗(yàn)性生產(chǎn)測(cè)試正在“切佩茨基機(jī)械加工廠”股份公司(Joint Stock company“Chepetsky Mechanical Plant”)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.二元鋯合金管狀制品的生產(chǎn)方法，包括制錠、錠的初級(jí)β-變形加工處理以制成毛坯、在α-鋯存在的溫度下通過毛坯的熱模壓成型制造管坯、管坯在α-鋯存在的溫度下冷變形加工并伴有中間退火處理以及精整管坯以得到成品；其特征在于對(duì)制成品而言，管的冷變形加工進(jìn)行至總壓縮值為μ∑＞100以及對(duì)制造SUPER-TREX或TREX類型的管狀半成品而言μ∑＜50，在變形的第一階段壓縮值為μ＜2.0；以及最后的退火是在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行，且μ＝Sbillet/Stube，(Sbillet是滾軋前坯的橫截面積，Stube是滾軋后管的橫截面積)，而且μ∑＝Sinit.billet/Sready tube(Sinit.billet是第一次滾軋前毛坯的橫截面積，Sready tube是最后一次滾軋后制成管的橫截面積)。
2.多元或二元鋯合金管狀制品的生產(chǎn)方法，包括制錠、錠的初級(jí)β-變形加工處理以制成毛坯、通過對(duì)毛坯進(jìn)行熱模壓成型制造管坯、管坯在α-鋯存在的溫度下經(jīng)冷變形加工并伴隨有中間退火處理以及精整管坯以得到成品；其特征在于該方法在α-或(α+β)-鋯存在的溫度下進(jìn)行熱模壓成型后，管坯在比合金從中間(α+β)相到β-相鋯轉(zhuǎn)變的溫度高30-60℃的溫度下淬火，淬火后的坯件進(jìn)行機(jī)械加工和接下來在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行回火，對(duì)制造成品而言，管的冷變形進(jìn)行至μ∑＞100的總的壓縮值以及對(duì)制造SUPER-TREX或TREX類型的管狀半成品而言μ∑＜50，在變形的第一階段壓縮值為μ＜2.0；以及最后的退火是在α-鋯存在的溫度下進(jìn)行，且μ＝Sbillet/Stube，(Sbillet是滾軋前坯的橫截面積，Stube是滾軋后管的橫截面積)，而且μ∑＝Sinit.billet/Sready tube(Sinit.billet是第一次滾軋時(shí)毛坯的橫截面積，Sready tube是最后一次滾軋后制成管的橫截面積)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二元或多元鋯合金管狀制品的生產(chǎn)方法,它包括由預(yù)先經(jīng)β－變形處理的錠得到毛坯、在α+β－鋯存在的溫度下熱加工毛坯以制造管坯、在比合金從中間(α+β)相轉(zhuǎn)變到β－相鋯的溫度高30－60℃的溫度下淬火硬化管坯、機(jī)械加工、接下來管坯在α－鋯存在的溫度下回火處理,然后在α－鋯存在的溫度下冷變形管坯并伴隨有中間退火工藝直至得到成品,管狀制品的冷變形受以下總的范圍約束:對(duì)制造成品而言μ
文檔編號(hào)C22F1/00GK1249011SQ97182033
公開日2000年3月29日 申請(qǐng)日期1997年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月12日
發(fā)明者謝爾蓋·尤里耶維奇·扎沃德奇科夫, 葉連娜·尼古拉耶芙娜·阿克圖加諾娃, 奧列格·維克托羅維奇·博恰羅夫, 維克托·費(fèi)奧多羅維奇·布霍夫采夫, 弗拉基米爾·安德烈耶維奇·科特列霍夫, 阿納托利·弗蘭采維奇·洛西茨基, 尤里·帕夫洛維奇·舍夫?qū)? 安東寧娜·瓦西里耶芙娜·尼庫(kù)林娜, 弗拉基米爾·費(fèi)奧多羅維奇·謝利維奧爾斯托夫 申請(qǐng)人:“切佩茨基機(jī)械加工廠”股份公司