[发明专利]一种Zr-Nb-Cu系合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金热加工工艺技术领域，具体涉及一种Zr-Nb-Cu系合金的制备方法。

背景技术

锆合金是轻水堆核电站染料元件包壳材料，锆合金包壳的性能决定了核燃料的燃耗，核电的经济性也与其密切相关，因此对核燃料元件包壳材料锆合金的性能提出了更高的要求。目前已商业化应用的新锆合金如M5、Zirlo和E110具有良好的耐腐蚀性能。国内也在开发N18、N36和C7新锆合金。由于C7锆合金是在Zr-1Nb合金基础上添加了少量Cu元素，与Zr-Nb合金相比，其基体α_Zr/β_Zr相变以及第二相粒子长大行为都会发生明显变化。而现有技术的加工工艺制备出的Zr-Nb-Cu系合金第二相粒子尺寸较大且分布不均，影响合金的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种Zr-Nb-Cu系合金的制备方法，该方法制备的Zr-Nb-Cu系合金的第二相粒子较小且均匀弥散分布，使得合金的耐腐蚀性能显著提高。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种Zr-Nb-Cu系合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）锻造：将含有Nb及Cu元素的锆合金制件在800~900℃下进行锻造；

（2）淬火：将步骤（1）锻造后的制件在1000~1050℃下保温20~40min后进行淬火；

（3）热挤压：将步骤（2）淬火后的制件在550~600℃进行热挤压；

（4）首次退火：将步骤（3）热挤压后的制件在500~550℃下进行退火；

（5）三次冷轧和退火：将步骤（4）首次退火后的制件再进行三次冷轧和退火，制得Zr-Nb-Cu系合金；

步骤（5）中，所述三次冷轧和退火的具体步骤如下：

第一次冷轧和退火：将所述步骤（4）首次退火后的制件进行第一次冷轧，在变形量达50~70%后，在500~550℃下进行退火处理；

第二次冷轧和退火：将第一次冷轧和退火后的制件进行第二次冷轧，在变形量达50~70%后，在500~550℃下进行退火处理；

第三次冷轧和退火：将第二次冷轧和退火后的制件进行第三次冷轧，在变形量达50~70%后，在450~520℃下进行退火处理。

所述第一次冷轧和退火中的退火时间为0.5~1.5小时。

所述第二次冷轧和退火中的退火时间为0.5~1.5小时。

所述第三次冷轧和退火中的退火时间为1.5~4小时。

所述首次退火时间为2~4小时。

所述Zr-Nb-Cu系合金由Nb 0.6-1.2wt.%、Cu 0.01-0.1wt.%、余量为Zr以及不可避免的杂质组成。

所述Zr-Nb-Cu系合金为Zr-1Nb-0.01Cu合金或Zr-1.1Nb-0.05Cu合金。

所述Zr-Nb-Cu系合金中第二相粒子呈细小弥散分布。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

与传统制备方法制备出的Zr-Nb-Cu系合金相比，本发明的制备方法制备出的Zr-Nb-Cu系合金，其第二相的粒子尺寸较小且均匀弥散分布，耐腐蚀性能提高25%以上。

附图说明

图1为实施例1所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图2为实施例2所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图3为实施例3所制备的Zr-1.1Nb-0.05Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图4为对比例1所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图5为对比例2所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图6为对比例3所制备的Zr-1.1Nb-0.05Cu合金的第二相粒子分布金相图；

图7为实施例1和对比例1的所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的腐蚀增重曲线图；

图8为实施例2和对比例2的所制备的Zr-1Nb-0.01Cu合金的腐蚀增重曲线图；

图9为实施例3和对比例3的所制备的Zr-1.1Nb-0.05Cu合金的腐蚀增重曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明的Zr-Nb-Cu系合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）锻造：将含有Nb及Cu元素的锆合金制件在800~900℃下进行锻造；