[发明专利]一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法

说明书

本发明公开了一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，该方法包括以下步骤：一、将结晶态锆合金管管坯进行冷轧得到中间管坯；二、将中间管坯进行中间热处理，然后截取一段经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；三、测定渗氢样的氢化物取向；四、当渗氢样的氢化物取向为管材横截面切向时，对经中间热处理后的中间管坯进行冷轧，经热处理得到锆合金管。本发明通过对锆合金管管坯粗轧和精轧工艺和对应轧制Q值的设计，有效控制了锆合金在轧制变形过程中应变平面的选择和金属变形的主要流动方向，实现了对薄壁锆合金管的织构类型控制，最终确定了氢化物在锆管横截面的取向，得到壁厚为0.2～1.0mm且Fn45°＜0.30的锆合金管。

技术领域

本发明属于金属复合材料制备技术领域，具体涉及一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法。

背景技术

因为Zr-4合金热中子吸收截面小、耐蚀性好，对冷却剂中的氢含量不敏感等原因，世界上大多数压水反应堆的燃料包壳采用Zr-4合金管。在反应堆中，Zr-4管在高温高压水的作用下，管材内部生成片状或点状氢化锆。氢在锆中的固溶度很低，所以过饱和的氢将会形成ZrH1.6等氢化物，随H/Zr原子比不同，可以形成α、β、δ、ε四种不同的氢化物固相，氢化锆属于脆性相，降低了锆合金管的低温塑性。当多数氢化物做径向分布时，锆合金管易于形成裂纹，导致包壳管的破裂。由于包壳管主要承受燃料肿胀和裂变气体膨胀所施加的周向应力，氢化物圆周方向取向(也称切向)时比直径方向取向更不容易破裂。所以核用锆合金管一般要求生成的氢化物最好以切向取向为主，锆管的氢化物取向因子定量描述了管材横截面氢化物取向情况，氢化物取向因子(Fnθ)定义为管材横截面内与径向夹角小于θ的氢化物片数与视场内氢化物片数总和之比。一般θ角取45°，一般取Fn45°＜0.30，即要求大部分氢化物取切向。

高压釜渗氢能够模拟反应堆高温高压水介质与锆合金包壳管的相互作用情况，所以堆外试验一般用高压釜渗氢检测锆管的氢化物的生成取向和增重情况等。成品锆合金管采用高压釜渗氢法渗氢后，截取一小段管材，制备管材横截面的金相样，再使用氢化物取向分析软件进行Fn45°评定，可以给出氢化物取向因子的定量值。锆合金管中氢化物一般在Zr-4合金六方晶格(1017)惯析面析出，该惯析面与α-Zr(0001)基面夹角只有15°，近似认为氢化物片沿着基面析出，所以氢化物片的取向与底面是近似平行的关系。氢化锆在透射电镜下一般为纳米层片状结构，数量较多的层片状氢化物叠加就构成了金相图上表现断续的氢化物条纹。

为预防锆管在使用过程中产生不利的径向取向的氢化物分布形态，所以核用锆合金管一般对成品管材有低氢化物取向因子的指标要求，如一般要求Fn45°＜0.30，采用传统管材轧制工艺即可制备得到。但当锆合金管成品管规格发生变化时，随着轧制工艺的变化锆合金管横截面中氢化物的取向会发生变化，因此如何制备得到低氢化物取向因子的锆合金管是需要面对的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低氢化物取向因子薄壁锆管的制备方法。该方法通过对锆合金管管坯粗轧和精轧工艺和对应轧制Q值的设计，有效控制了锆合金在轧制变形过程中应变平面的选择和金属变形的主要流动方向，实现了对薄壁锆合金管的织构类型控制，得到低氢化物取向因子的薄壁锆合金管。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低氢化物取向因子薄壁锆管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将结晶态锆合金管管坯进行2道次冷轧，得到中间管坯；所述2道次冷轧采用两辊管材轧制或三辊管材轧制，所述2道次冷轧的减壁变形量与减径变形量的比值即轧制Q值均大于1.30，两道次冷轧的道次变形量均为20％～85％；

步骤二、将步骤一中得到的中间管坯进行中间热处理，然后截取一段经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；

步骤三、采用高压釜渗氢测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向；