[发明专利]一种锆合金的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属热处理技术领域，更具体地说，涉及一种锆合金的热处理方法。

背景技术

锆合金具有热中子吸收截面小、导热率高、加工性能好，以及耐高温高压水、水蒸气腐蚀的特点，被广泛用作核电站中水冷动力堆的包壳材料和堆芯结构材料。随着核反应堆技术朝着提高燃料燃耗、反应堆热效率和安全可靠性，以及降低燃料循环成本方向发展，对锆合金包壳材料的性能提出了更高的要求，包括耐腐蚀性能、力学性能和辐照尺寸稳定性等。而锆合金的这些性能与其微观组织(如晶粒的尺寸、织构及第二相粒子的尺寸、分布、结构等)密切相关。大量的研究表明，第二相粒子弥散分布时，最利于锆合金耐腐蚀性能的提高，而获得均匀细小、取向随机的晶粒则对提高锆合金加工性能、减弱辐照生长等具有十分关键的作用。

锆合金在铸成毛坯后不能直接使用，还需要进行一系列的热处理，以使锆合金能够具有更好的性能。现有的锆合金热处理方法为：毛坯→淬火→热轧→若干次中间退火及中间退火后的冷加工→再结晶退火→成品板材。而事实上，请参考图3-1，图3-1为采用现行工艺生产出的锆合金板材第二相分布的金相图，从图中可以看出，锆合金在经热轧处理后，第二相粒子就已出现带状分布情况；同时，请参考图3-2，图3-2为采用现行工艺生产锆合金板材的晶粒尺寸的金相图，从图中我们可以看到，锆合金基体中出现了不均匀的晶粒组织，并形成了稳定的基面双峰织构。第二相粒子的带状分布和不均匀的晶粒组织都会对锆合金的相关性能产生不利影响。

因此，如何提供一种锆合金的热处理方法，以实现锆合金第二相粒子的弥散分布和提高锆合金晶粒尺寸均匀性的目的，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锆合金的热处理方法，以实现锆合金第二相粒子的弥散分布和提高锆合金晶粒尺寸均匀性的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锆合金的热处理方法，包括以下步骤：

步骤01)将锆合金的毛坯进行淬火处理，得到淬火毛坯；

步骤02)将淬火毛坯冷却到室温，进行变形量为5％-30％的变形处理，得到预变形毛坯；

步骤03)将预变形毛坯加热到350℃-700℃进行第一次退火处理，退火时间为0.2小时-30小时；

步骤04)对预变形毛坯进行热轧处理，得到板材毛坯；

步骤05)对板材毛坯进行中间退火处理和中间退火后的冷加工；

步骤06)重复若干次步骤05)，至板材毛坯外形尺寸复合加工要求，得到板材；

步骤07)将板材进行再结晶退火处理，得到成品板材。

优选地，上述锆合金具体为Zr-Sn-Nb合金，其中，Sn元素的重量百分比在0.3％-1.5％之间，Nb元素的重量百分比在0.15％-1.25％之间，包括微量的Fe、Cr、Cu等合金元素，余量为Zr。

本发明提供了一种锆合金的热处理方法，其步骤为：首先，将毛坯进行淬火处理，得到淬火毛坯；之后，将淬火毛坯冷却到室温，对其进行变形量为5％-30％的变形处理，即室温预变形处理，得到预变形毛坯；再将预变形毛坯加热到350℃-650℃进行第一次退火处理，退火时间为0.2小时-30小时；然后，对预变形毛坯进行热轧处理；再重复进行中间退火及中间退火后冷加工，得到板材；最后，对板材进行再结晶退火处理，得到成品板材。

与现有的锆合金热处理方法相比，本发明提供的锆合金热处理方法在淬火处理和热轧处理之间，增加了室温预变形和第一次退火处理两道工序。室温预变形为锆合金基体引入了大量的空位及错位等缺陷，从而使第二相粒子在原β-Zr晶界处的择优析出作用弱化，而倾向于更弥散的析出于基体中的高能量缺陷处，使得锆合金的第二相粒子呈弥散分布。此外，引入基体中的大量缺陷也大大提高了再结晶晶核的形核率和长大速度，使得再结晶的驱动力增加，而析出相的Zener阻力基本不变，最终使得预变形处理样品的平均再结晶晶粒尺寸仅为几微米，远远小于未预变形处理样品，且晶粒形状的不规则性也得到大大改善。因此，增加的室温预变形处理和第一次退火处理促进了锆合金第二相粒子的均匀、弥散析出，细化了晶粒，调整并消除了锆合金晶粒的组织缺陷，提高了锆合金晶粒尺寸的均匀性。

由以上所述，通过使用本发明所提供的热处理方法对锆合金进行热处理后，实现了使锆合金第二相粒子弥散分布和提高锆合金晶粒尺寸均匀性的目的。

附图说明