[发明专利]一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合屏蔽材料制备领域，具体为一种乏燃料贮存用大尺寸B₄C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，该方法制备的B₄C/铝合金复合材料能够用于核反应堆、乏燃料组件贮存、放射性物质贮运等核辐射场所，具有较好的应用前景。

背景技术

碳化硼/铝复合材料作为贮存格架的中子吸收材料，可用于乏燃料贮存水池的使用环境中，并包覆不锈钢材料。其在硼酸水池中的各项性能稳定，且具有优异的中子吸收性能。目前，该材料已应用于三代核电AP-1000核电技术乏燃料贮存格架中。

B₄C颗粒增强铝基复合材料中，要求B₄C含量较高（如B₄C的质量百分比大于20%，才能满足中子吸收性能的要求），而此时碳化硼/铝复合材料的塑性极差（仅为1%左右），导致其后续板材轧制较为困难。

目前，我国的核电站格架用B₄C颗粒增强铝基复合材料中子吸收板材仍然全部采用进口（美国HTC公司、加拿大Ceradyne公司）。而我国国内对碳化硼/铝复合材料虽有所研究，但多是针对乏燃料运输容器吊篮而开发的，乏燃料贮存格架用碳化硼/铝复合材料仍处于起步阶段，还未自主生产制造应用。这在一定程度上，限制了我国产业的发展。

为此，本发明提供一种乏燃料贮存用大尺寸B₄C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前国内的碳化硼/铝复合材料主要针对乏燃料运输容器吊篮而开发，而乏燃料贮存格架用碳化硼/铝复合材料处于起步阶段，无法自主生产、制作的问题，提供一种乏燃料贮存用大尺寸B₄C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法。本发明提供一种用于碳化硼/铝复合材料的变温去应力退火技术，通过控制轧制工艺（轧制温度、道次变形量、总变形量等），可实现大尺寸B₄C/铝合金复合材料板材的制备。采用本发明制备的B₄C/铝合金复合材料板材具有表面质量好、力学性能优异的优点，且产品的相对密度大于85%，适于用作核反应堆乏燃料贮存格架和运输容器中的中子吸收材料，以控制乏燃料的临界安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种乏燃料贮存用大尺寸B₄C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，包括如下步骤：

（1）预处理：取B₄C/铝合金复合材料致密坯料，将坯料表面加工平直；

（2）加热处理：取步骤1加工平直后的坯料加热至350℃~580℃，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至坯料受热均匀；

（3）热轧：将步骤2受热均匀后的坯料依次进行热轧、热轧后退火处理，重复热轧、退火处理过程，直到达到所需尺寸，即得产品；

所述步骤3中，轧制温度为350℃~580℃，道次变形量为3%~30%；

热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升0℃~150℃，保温10~100min。

所述步骤1中，B₄C/铝合金复合材料致密坯料中，B₄C的质量百分比为10%~50%。

所述步骤1中，铝合金为1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列铝合金中的一种或多种。

所述步骤3中，总变形量为50%~95%。

所述步骤1中，采用机械加工方式将坯料表面加工平直。

所述机械加工方式为刨、铣中的一种或多种。

所述步骤2中，采用箱式电阻炉进行加热。

所述步骤2中，将坯料的厚度记为d，d≤10mm时，保温时间为5min ~30min；10mm＜d≤20mm时，保温时间为10 ~40min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为15~60min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为20~80min；35mm＜d≤60mm时，保温时间为30~120min。

所述步骤3中，产品的长度为500mm~1500mm，宽度为100mm~600mm，厚度为1mm~10mm。

热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升20℃~60℃，保温20~50min。