[发明专利]一种Zr-1Nb合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆合金的制备方法，特别涉及一种Zr-1Nb合金的制备方法。

背景技术

锆合金具有独特的核性能，其热中子吸收截面小，在高温高压水中具有良好的耐腐蚀性能，导热性能以及力学性能，因而被广泛用作水冷反应堆的包壳材料和堆芯结构材料。当前世界上运行的商用核电站中，90%以上是轻水反应堆（包括压水堆和沸水堆），其余为重水反应堆，这些核反应堆的燃料包壳或压力管材料都是锆合金。随着核动力反应堆技术朝着提高燃料燃耗和降低燃料循环成本、提高反应堆热效率、提高安全可靠性的方向发展，对关键核心部件燃料元件包壳材料锆合金的抗腐蚀性能、吸氢性能、力学性能及辐照尺寸稳定性等性能提出了更高的要求。

优化锆合金的制备工艺是提高锆合金性能的一种非常重要的方法。目前，锆铌合金已广泛应用于水冷反应堆的燃料包壳材料，如法国的M5（Zr-1Nb），加拿大的Zr-2.5Nb，美国的ZIRLO以及俄罗斯的E110等合金。值得一提的是法国的M5合金从它的化学成分看只不过是在Zr-1Nb合金的基础上提高了氧含量，可以说其化学成分与俄罗斯用的E110合金无本质差别。但法国马通公司严格控制M5合金的有害杂质元素含量，在加工工艺上精益求精，从而得到了晶粒细小，且纳米级第二相粒子均匀弥散分布的显微组织，使该合金在核动力反应堆中具有比Zr-1Nb合金更优良的使用性能。锆合金的性能与锆合金中的第二相的行为密切相关。而且高性能新锆合金的研发也倾向于优化锆合金的制备工艺来提高锆合金的性能，如俄罗斯的E635合金和日本的NDA合金，所以Zr-Nb二元合金中第二相的析出和分布对高性能锆合金研发具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种Zr-1Nb合金的制备方法，由该方法所制备的Zr-1Nb合金，其组织中出现均匀弥散分布的纳米级第二相，使得合金的力学性能和耐腐蚀性能提高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种Zr-1Nb合金的制备方法，其按照真空熔炼→锻造→淬火→热轧→小变形冷轧→第一次真空退火→第一次冷轧→固溶处理→第二次真空退火→第二次冷轧→终退火的工艺流程获得所述Zr-1Nb合金，其中：

所述真空熔炼是指将组成Zr-1Nb合金的合金元素按配方比例在真空或惰性气体保护下的真空电弧炉中，进行熔炼，反复熔炼3～6次，得合金锭；

所述锻造是将合金锭在950℃～980℃下，保温25～35min，进行锻造，至变形量≥50%；

所述淬火是将锻造后的制件在900℃～1110℃下保温15～25min后，水冷；

所述热轧的温度选择600℃～700℃，实行多道次轧制，将板坯热轧至预定厚度，变形量≥50%；

所述小变形冷轧是在将板坯热轧至预定厚度后，进行一次小变形冷轧，使表面氧化皮破裂，酸洗去氧化皮；

所述第一次真空退火的温度为500℃～650℃；

所述第一次冷轧采取小变形多道次轧制，一次变形量小于等于15%，至总变形量≥50%；

所述固溶处理是在900℃～1110℃下对制件进行至少15min的真空固溶处理，水冷；

所述第二次真空退火的温度为500℃～650℃，退火时间为1小时以上；

所述第二次冷轧的变形量为5%～50%；

所述终退火的温度为450℃～650℃，退火时间为2小时以上。

优选地，在真空熔炼步骤，反复熔炼4～6次。更优选地，反复熔炼5次。

优选地，使淬火在温度950℃～1100℃下进行。更优选地，在960℃～970℃下进行。

优选地，第一次真空退火和第二次真空退火的温度分别为560℃～580℃。

优选地，所述的第二次真空退火的时间为1～2小时。

优选地，所述的终退火的时间为2～4小时。

优选地，固溶处理的时间为15～25min。

根据一个具体方面，所述Zr-1Nb合金由Nb0.8wt%～1.2wt%、余量为Zr以及不可避免的杂质组成。优选地，Zr-1Nb合金由Nb0.9wt%～1.1wt%、余量为Zr以及不可避免的杂质组成。更优选地，Zr-1Nb合金由Nb0.95wt%～1.05wt%、余量为Zr以及不可避免的杂质组成。

优选地，所述的Zr-1Nb合金中第二相的最大尺寸在100nm以下，90%以上第二相的尺寸在60nm以下，且第二相呈均匀弥散分布。