[发明专利]一种核级锆合金铸锭制备方法

说明书

本发明属于锆合金制备技术领域，具体涉及一种核级锆合金铸锭制备方法。包括如下步骤：(1)确定成品铸锭的合金成分和成品铸锭的总质量；(2)中间合金及合金包的制备；(3)混料；(4)电极压制；(5)将N支电极焊接成一支电极；(6)真空自耗电弧熔炼；(7)表面加工、切冒口。本发明提出的一种适用于工业化规模生产的Zr‑Sn‑Nb‑Fe/Cr锆合金铸锭制备的工艺，可以明显提升工艺经济性，同时铸锭的成分均匀性控制优于传统工艺，可用于核级锆合金铸锭工业化规模生产。

技术领域

本发明属于锆合金制备技术领域，具体涉及一种核级锆合金铸锭制备方法。

背景技术

核用锆合金铸锭制备包括：成分计算、合金元素加入、混料、电极块成型、真空焊接电极、真空熔炼等技术。锆合金铸锭制备中合金元素添加一般采用中间合金或合金包加入方式，同时可以加入一定比例的返回料，以提高经济性，返回料是利用加工过程中产生的残料回收制备而成。自20世纪50年代国外开发真空自耗重熔(简称VAR)技术以来，目前，采用VAR制备铸锭成为反应堆用核级锆合金的首选方式。VAR主要设备为真空自耗电弧炉，其主要工作原理是：以熔炼材料作为电极，利用电极电弧产生的热使其熔化，在铸锭上部形成熔池，从而对铸锭进行重熔精炼改善铸锭质量。

衡量锆合金铸锭质量的好坏主要有以下几点：

①化学成分均匀，各合金元素含量不仅达到标准要求，而且要稳定地控制在一个最佳的含量水平；

②主要杂质含量控制在适当范围，其它杂质符合标准要求；

③铸锭内部无杂质、偏析、气孔、裂纹、缩孔和疏松等冶金缺陷；

④铸锭表面光滑，无冷隔、折皱等表面缺陷，头部缩孔切除量小，铸锭成品率高；

⑤合理的形状和精确的尺寸，适合压力加工的要求，否则会增加工艺废品，降低成品率。其中与熔炼工艺相关的冶金缺陷主要是成分偏析和表面质量。

在熔化过程中，铸锭自下而上地在结晶器中连续凝固增高，冷却条件、熔池形状和深度等均不是一成不变的，且合金元素在凝固结晶时的分配系数各异，这样，不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。偏析程度与原料质量、粒度、合金元素在电极中的分布和分配系数、凝固速率、熔炼时的掉块、熔池深浅、液相的自然和受迫运动、扩散、晶粒尺寸及晶体形成的方式等诸多因素有关，还与具体操作工艺如熔炼速度、磁场搅拌等有关，而不同的合金元素加入方式、混布料工艺将会直接影响锆合金铸锭化学成分均匀性。

目前，锆合金铸锭制备技术主要为：中间合金元素如Sn、Fe等采用中间合金纽扣锭(30g～100g)的方式加入，通过多次真空自耗电极电弧熔炼制备核级锆合金铸锭，该技术在制备小型铸锭(200kg以内)方面起到了积极的作用，但针对工业化规模生产的大型铸锭(1000kg级以上)，其传统的合金元素加入方式，熔炼一炉次吨级锆合金成品铸锭需要制备数百个中间合金纽扣锭，中间合金制备周期较长而且成分均匀性很难控制。

因此，亟需提出一种适用于工业化规模生产的Zr-Sn-Nb-Fe/Cr锆合金铸锭制备的工艺，从而提升工艺经济性，同时控制铸锭的成分均匀性。控制优于传统工艺，可用于核级锆合金铸锭工业化规模生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种核级锆合金铸锭制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种核级锆合金铸锭制备方法，针对工业化规模生产的铸锭，包括如下步骤：

(1)确定成品铸锭的合金成分和成品铸锭的总质量

(2)中间合金及合金包的制备

(2.1)制备ZrNb中间合金