CN102660719B - 一种用于锆合金的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于锆合金的加工工艺,包括依次进行的锻造开坯工序,β相淬火工序,分级退火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序;其中,所述分级退火工序包括:预退火处理,所述预退火处理具体为在温度范围为400℃-700℃的环境中对所述β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;在温度范围为500℃-800℃的环境中对所述预退火处理得到的产品进行0.5h-5h退火保温。本发明提供的用于锆合金的加工工艺能够使锆合金中的第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力,提高锆合金的塑性加工能力;同时,还能够提高锆合金制成的堆芯结构材料在核反应堆内的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域,更具体地说,涉及一种用于锆合金的加工工艺。
背景技术
锆合金是以锆为基体加入其他元素而构成的有色合金,其在300℃-400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能和较低的原子热中子吸收截面,对核燃料有良好的相容性,因此,锆合金常用作水冷核反应堆的堆芯结构材料,如燃料包壳、压力管、支架和孔道管等。
现有的锆合金加工工艺依次包括:锻造开坯工序,β相淬火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序;其中,锻造开坯工序是在900℃-1150℃的环境中,对经过三次或三次以上的真空电弧熔炼而得到的铸态的锆合金进行锻造开坯处理;β相淬火工序是将上述工序后得到的产品在1030℃的环境中进行10min-50min保温,然后进行水淬得到固态水淬产品;α相热轧工序指先将上述固态水淬产品进行保温,之后进行热轧以得到热轧板坯;中间退火和冷加工工序指的是对上述热轧板坯进行多次中间退火并在每次中间退火后进行冷加工,以最终得到冷轧板坯;成品板材最终再结晶退火工序是指将上述冷轧板坯加工为成品板材后进行再结晶退火,最终得到锆合金产品。
但是,大尺寸铸锭经β相淬火工序后铸锭心部冷却速率不足,不可避免的在α相界处产生析出相,现有的锆合金加工工艺中的析出相呈带状分布,并在α相热轧工序的保温过程中不均匀长大,导致锆合金中第二相粒子无法弥散分布,导致锆合金的塑性变形能力差,锆合金的塑性加工能力差。
另外,析出相呈带状分布,并在α相热轧工序的保温过程中不均匀长大,导致锆合金中第二相粒子尺寸较大且无法弥散分布,造成锆合金制成的堆芯结构材料在核反应堆内的耐腐蚀性能下降。
综上所述,如何提供一种用于锆合金的加工工艺,以使锆合金中的第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供用于锆合金的加工工艺,使锆合金中的第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力,即提高锆合金的塑性加工能力。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种用于锆合金的加工工艺,包括依次进行的锻造开坯工序,β相淬火工序,分级退火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序,其中,所述分级退火工序包括:
预退火处理,所述预退火处理具体为在温度范围为400℃-700℃的环境中对所述β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;
在温度范围为500℃-800℃的环境中对所述预退火处理得到的产品进行0.5h-5h退火保温。
优选的,上述加工工艺中,所述α相热轧工序为:对所述分级退火工序得到的产品直接进行热轧。
优选的,上述加工工艺中,所述锻造开坯工序为:在900℃-1150℃的环境中对铸态的锆合金进行锻造开坯处理。
优选的,上述加工工艺中,所述β相淬火工序为:在温度范围为950°C-1150°C的环境中对所述锻造开坯处理工序得到的产品进行10min-50min真空保温,然后进行水淬。
优选的,上述加工工艺中,所述中间退火和冷加工工序为:对所述α相热轧工序得到的热轧板坯进行多次中间退火并在每次中间退火后进行冷加工。
优选的,上述加工工艺中,成品板材最终再结晶退火工序为:将所述中间退火和冷加工工序得到的冷轧板坯加工为成品板材并进行再结晶退火。
优选的,上述加工工艺中,所述锆合金为Zr-Sn-Nb合金,其中,所述Sn的重量百分比在0.4%-1.7%之间,所述Nb的重量百分比在0.15%-2.6%之间。
优选的,上述加工工艺中,所述锆合金还包括Fe、Cr和/或Cu。
本发明提供的用于锆合金的加工工艺中,包括依次进行的锻造开坯工序,β相淬火工序,分级退火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序,其中,分级退火工序包括:预退火处理,具体为在温度范围为400℃-700℃的环境中对β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;在温度范围为500℃-800℃的环境中对上述预退火处理得到的产品进行0.5h-5h退火保温。应用本发明提供的用于锆合金的加工工艺时,根据锆合金的成分、锆合金铸锭的尺寸和β相淬火工序的淬火速率调节预退火处理步骤进行的时长为0.1h-3h范围内的某一时长;同时,调节预退火完成后退火保温步骤进行的时长为0.1h-3h范围内的某一时长。
本发明提供的用于锆合金的加工工艺中,分级退火工序中,预退火处理步骤中温度较低,预退火处理步骤完成后的退火保温步骤中温度较高,达到了分级保温的效果,使锆合金的第二相粒子能够在较低的温度中,即在预退火处理步骤中均匀弥散的析出得到析出相,然后在较高温度中,即退火保温步骤中均匀长大。本发明提供的用于锆合金的加工工艺中,第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力,提高锆合金的塑性加工能力。
同时,本发明提供的用于锆合金的加工工艺中,第二相粒子弥散析出得到析出相,且其能够均匀长大,锆合金中第二相粒子尺寸细小且弥散分布,能够提高锆合金制成的堆芯结构材料在核反应堆内的耐腐蚀性能。
另外,本发明提供的用于锆合金的加工工艺增加了位于β相淬火工序和α相热轧工序之间的分级退火工序,其先进行预退火处理步骤,然后进行退火保温步骤,其中,退火保温步骤中温度较高,其能够达到热轧前的温度要求,同时,退火保温步骤也能满足热轧前的保温时间要求,退火保温步骤完成后可以直接进行热轧,省去了现有的α相热轧工序中的保温步骤,从而节约了时间和能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺的流程图;
图2为本发明提供的现有技术中锆合金的第二相粒子分布金相图;
图3为本发明实施例1提供的锆合金的第二相粒子分布金相图;
图4为本发明实施例2提供的锆合金的第二相粒子分布金相图;
图5为本发明提供的现有技术中锆合金的第二相粒子分布金相图;
图6为本发明实施例3提供的锆合金的第二相粒子分布金相图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种用于锆合金的加工工艺,以使锆合金中的第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力,即提高锆合金的塑性加工能力。
请参阅图1,本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺包括:
步骤100:锻造开坯工序;
步骤200:β相淬火工序;
步骤300:分级退火工序,该分级退火工序包括:
预退火处理,即在温度范围为400℃-700℃的环境中对上述β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;
在温度范围为500℃-800℃的环境中对上述预退火处理步骤得到的产品进行0.5h-5h退火保温;
步骤400:α相热轧工序;
步骤500:中间退火和冷加工工序;
步骤600:成品板材最终再结晶退火工序。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,步骤400为:对分级退火工序得到的产品直接进行热轧。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,步骤100为:在900℃-1150℃的环境中对铸态的锆合金进行锻造开坯处理;上述铸态的锆合金是经过三次或三次以上的真空电弧熔炼而得到。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,步骤200为:在温度范围为950°C-1150°C的环境中对上述锻造开坯处理工序得到的产品进行10min-50min真空保温,然后进行水淬以得到固态的水淬产品。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,步骤500为:对步骤400后得到的热轧板坯进行多次中间退火并在每次中间退火后进行冷加工,最后得到冷轧板坯。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,步骤600为:将上述冷轧板坯加工为成品板材并进行再结晶退火。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,锆合金具体为Zr-Sn-Nb合金,其中,Sn元素的重量百分比在0.4%-1.7%之间,Nb元素的重量百分比在0.15%-2.6%之间。
具体的,上述实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,锆合金还包括Fe元素、Cr元素和/或Cu元素。该锆合金中还可以加入其它合金元素,本发明实施例提供的加工工艺对锆合金中加入的合金元素的种类不做限制。
本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,包括依次进行的锻造开坯工序,β相淬火工序,分级退火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序,其中,分级退火工序包括:预退火处理,具体为在温度范围为400℃-700℃的环境中对β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;在温度范围为500℃-800℃的环境中对上述预退火处理得到的产品进行0.5h-5h退火保温。应用本发明提供的用于锆合金的加工工艺时,根据锆合金的成分、锆合金铸锭的尺寸和前续β相淬火工序的淬火速率调节预退火处理步骤进行的时长为0.1h-3h范围内的某一时长;同时,调预退火完成后退火保温步骤进行的时长为0.1h-3h范围内的某一时长。
本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,分级退火工序中,预退火处理步骤中温度较低,预退火处理步骤完成后的退火保温步骤中温度较高,达到了分级保温的效果,使锆合金的第二相粒子能够在较低的温度中,即在预退火处理步骤中均匀弥散的析出得到析出相,然后在较高温度中,即退火保温步骤中均匀长大。本发明提供的用于锆合金的加工工艺中,第二相粒子弥散分布,提高锆合金的塑性变形能力,提高锆合金的塑性加工能力。
同时,本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺中,第二相粒子弥散析出得到析出相,且其能够均匀长大,锆合金中第二相粒子尺寸细小且弥散分布,能够提高锆合金制成的堆芯结构材料在核反应堆内的耐腐蚀性能。
另外,本发明实施例提供的用于锆合金的加工工艺增加了位于β相淬火工序和α相热轧工序之间的分级退火工序,其先进行预退火处理步骤,然后进行退火保温步骤,其中,退火保温步骤中温度较高,其能够达到热轧前的温度要求,同时,退火保温步骤也能满足热轧前的保温时间要求,退火保温步骤完成后可以直接进行热轧,省去了现有的α相热轧工序中的保温步骤,从而节约了时间和能耗。
下面以各参数具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
以Sn元素的重量百分比为1%,Nb元素的重量百分比为0.3%的锆合金为例,其应用现有加工工艺进行加工,在真空度为2.27E-3Pa、加速电压为20.00KV的条件下得到的扫描电镜图如图2所示,其中,较大的亮点处为晶界处产生的析出相,其易产生裂纹,对后续加工性能有害,显然,该第二次相粒子大小和分布均不均匀,且尺寸较大;采用相同的锆合金应用本发明实施例提供的工艺进行加工,其在分级退火工序中,预退火处理步骤在500℃环境中进行0.5h,退火保温步骤在650℃环境中进行2h,加工完成后,该锆合金在真空度为5.10E-3Pa、加速电压为20.00KV的条件下得到的扫描电镜图如图3所示,图2和图3放大了相同的倍数;图3中较大的亮点处为晶界处产生的析出相,显然,相比于图2中的析出项,该第二相粒子大小均匀,分布均匀,并且尺寸较小。
实施例2
以Sn元素的重量百分比为(1%),Nb元素的重量百分比为(0.3%)的锆合金为例,其应用现有加工工艺进行加工,条件下得到的扫描电镜图如图2所示,其中,较大的亮点处为晶界处产生的析出相,其易产生裂纹,对后续加工性能有害,显然,图2中较大的亮点,即锆合金中第二次相粒子大小和分布均不均匀;采用相同的锆合金应用本发明实施例提供的方法进行加工,其在分级退火工序中预退火处理步骤在550℃温度内进行1h,退火保温步骤在550℃内进行2h,应用相同的扫描设备并放大相同的倍数得到的扫描电镜图如图4所示,相比于图2中晶界处的第二相粒子,图4中较大的亮点大小均匀,分布均匀,且尺寸较小。
实施例3
以Sn元素的重量百分比为0.8%,Nb元素的重量百分比为0.35%的锆合金为例,其应用现有加工工艺进行加工,条件下得到的扫描电镜图如图5所示,其中,较大的亮点处为晶界处产生的析出相,其易产生裂纹,对后续加工性能有害,显然,图5中较大的亮点,即锆合金中第二次相粒子大小和分布均不均匀;采用相同的锆合金应用本发明实施例提供的方法进行加工,其在分级退火工序中预退火处理步骤在550℃温度内进行2h,退火保温步骤在650℃内进行2h,应用相同的扫描设备并放大相同的倍数得到的扫描电镜图如图6所示,相比于图5中晶界处的第二相粒子,图6中较大的亮点大小均匀,分布均匀,且尺寸较小。
通过使图2与图3、图4对比,同时使图5和图6对比可知,相比于现有的加工方法,本发明实施例提供的加工工艺能够锆合金晶粒细小均匀、织构随机,这说明本发明实施例所提供的加工工艺能够细化锆合金晶粒,调整并消除锆合金晶粒的组织缺陷,提高锆合金晶粒尺寸的均匀性。由以上对比可知,通过使用本发明实施例所提供的加工工艺,实现了使锆合金第二相粒子弥散分布和提高锆合金晶粒尺寸均匀性的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种用于锆合金的加工工艺,其特征在于,所述锆合金包括Fe和Cr;所述加工工艺包括依次进行的锻造开坯工序,β相淬火工序,分级退火工序,α相热轧工序,中间退火和冷加工工序,以及成品板材最终再结晶退火工序,其中,所述分级退火工序包括:
预退火处理,所述预退火处理具体为在温度范围为400℃-700℃的环境中对所述β相淬火工序得到的水淬产品进行0.1h-3h预退火处理;
在温度范围为500℃-800℃的环境中对所述预退火处理得到的产品进行0.5h-5h退火保温。
2.根据权利要求1所述的加工工艺,其特征在于,所述α相热轧工序为:对所述分级退火工序得到的产品直接进行热轧。
3.根据权利要求2所述的加工工艺,其特征在于,所述锻造开坯工序为:在900℃-1150℃的环境中对铸态的锆合金进行锻造开坯处理。
4.根据权利要求3所述的加工工艺,其特征在于,所述β相淬火工序为:在温度范围为950℃-1150℃的环境中对所述锻造开坯处理工序得到的产品进行10min-50min真空保温,然后进行水淬。
5.根据权利要求4所述的加工工艺,其特征在于,所述中间退火和冷加工工序为:对所述α相热轧工序得到的热轧板坯进行多次中间退火并在每次中间退火后进行冷加工。
6.根据权利要求5所述的加工工艺,其特征在于,成品板材最终再结晶退火工序为:将所述中间退火和冷加工工序得到的冷轧板坯加工为成品板材并进行再结晶退火。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的加工工艺,其特征在于,所述锆合金为Zr-Sn-Nb合金,其中,所述Sn的重量百分比在0.4%-1.7%之间,所述Nb的重量百分比在0.15%-2.6%之间。
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