CN103650658B - 一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法 - Google Patents
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法Info
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Abstract
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法，涉及一种核反应堆用锆合金加工方法，特别适合用于一些合金元素熔点差异较大的合金的熔炼。其特征在于制备过程包括将Sn、Fe、Cr合金元素在较高真空的氩弧焊箱里充氩与海绵锆一起多次熔炼成Zr-Sn-Fe-Cr化合物合金扣，烧结Nb条经电子束熔炼后锻造成纯Nb条，再与纯Zr条焊接成电极进行一次或二次真空自耗熔炼制得Zr-Nb中间合金，配料时Nb的含量范围在50wt％～80wt％之间。按计算用量制作中间合金包，以排列、均布的方法用海绵锆包裹压制电极，经三次或多次熔炼可制得成分均匀的核用锆合金锭，合金组织的均匀性良好。
Description
技术领域
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法，涉及一种核反应堆用锆合金加工方法，特别适合用于一些合金元素熔点差异较大的合金的熔炼。
背景技术
锆及锆合金具有优异的核性能和抗腐蚀性能，现代核电的反应堆都采用锆合金作核燃料元件的包壳管和其它一些紧固件、定位格架、密封件等，锆因此独特的地位而被称为“原子时代的第1号金属”。随着核电工业的发展，在不断提高燃料利用率(即增大元件燃耗和提高锆合金包壳管的抗水侧腐蚀性能)的大趋势下，锆合金已发展至第三代，如美国的Zirlo合金，法国的M5合金和俄罗斯的E635合金等。我国核材料工作者经过多年渐进性的研究，也发展了具有自主知识产权的NZ2合金，即Zr-1.00Sn-0.30Nb-0.30Fe-0.10Cr(wt％)合金。锆合金的组织均匀性对该材料的多种性能特别是抗腐蚀性能有较大的影响，NZ2合金中主要合金元素的熔点差异较大，铸锭熔炼的均匀性是一个应特别注意的问题。
对于低铌新锆合金的均匀化熔炼，一般采用三次真空自耗熔炼。由于合金化元素的熔点差异较大，其加入方法均以中间合金的形式加入。成分含量对锆合金抗腐蚀性能和力学性能的影响较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效保证合金均匀性的一种低铌锆合金的均匀化熔炼方法。
本发明的目的是通过以上技术方案实现的。
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法，其特征在于制备过程包括：
(1)制备Zr-Sn-Fe-Cr钮扣状的合金块；将按计算用量以纯Sn箔紧紧包裹海绵锆和纯Fe、Cr屑或颗粒，在充氩气的氩弧焊箱内重复翻转熔炼3～6次制备Zr-Sn-Fe-Cr化合物钮扣状的合金块；
(2)制备Zr-Nb中间合金；首先将Nb烧结条经电子束熔炼提纯，再按重量比50wt％～80wt％的比例与锻造纯Zr条焊接成电极进行一次或二次真空自耗熔炼；
(3)制备合金包；将Zr-Sn-Fe-Cr钮扣状合金块破碎为颗粒状、Zr-Nb中间合金锭机加成车屑状，用纯Sn箔将Zr-Sn-Fe-Cr合金颗粒包裹成偏平状，与Zr-Nb合金屑均匀配置后用纯Zr箔按电极长度包覆制成长条合金包；
(4)压制电极熔炼；将合金组份所需的剩余用量的海绵锆等分成两部分，一部分经压制成与合金包等长的长条状，再将合金包叠放在海绵锆条上，再将另一部分海绵锆覆盖在合金包上，压制成电极；经三次真空自耗熔炼，熔炼铸锭后经探伤切去帽口制成合金锭。
本发明的方法，其特征在于制备钮扣状的合金块中的Zr为合金总重量的0.15％～0.20％。
本发明的方法，为了保证合金元素含量的准确性，在氩弧焊箱内按计算用量充氩熔炼Zr-Sn-Fe-Cr化合物钮扣状合金块，以避免低熔点元素的过量损失。Nb以50wt％～80wt％的含量范围与纯Zr经一次或二次真空自耗熔炼得到Zr-Nb连续固溶中间合金。在压制电极时，用纯Sn箔包裹Zr-Sn-Fe-Cr颗粒与Zr-Nb合金屑均匀配制，再用纯Zr箔按电极长度包覆捆绑制成合金包。压电极用海绵锆等分为两部分，一部分经压制后再放入合金包，同时倒入另一部分海绵锆压制成一个电极。相同重量和尺寸的电极经焊接后进行三次真空自耗熔炼，铸锭直径由小到大，最终可得到均匀化程度较好的合金铸锭。如果对合金的氧含量有所要求，可在合金包中加入ZrO2粉进行控制。
附图说明
附图为几种锆合金的500℃疖状腐蚀增重与时间曲线。
具体实施方式
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法，其特征在于制备过程包括：(1)按计算用量以纯Sn箔紧紧包裹海绵锆和纯Fe、Cr屑或颗粒(形状最好为圆球状)，在真空度较高的氩弧焊箱内充氩熔炼成Zr-Sn-Fe-Cr化合物钮扣状合金块以保证合金元素的低损耗。为了保证钮扣状合金块的成分均匀性，钮扣状合金块最少重复翻转熔炼2～3次。(2)Zr-Nb中间合金通过真空自耗熔炼制取。为了避免杂质元素的影响，烧结Nb条经电子束熔炼后锻造成所需化锭尺寸的Nb条，再与锻造纯Zr条焊接成电极进行一次或二次真空自耗熔炼即可制得。配料时Nb的
含量范围在50wt％～80wt％之间。(3)制取中间合金后，将Zr-Sn-Fe-Cr钮扣状合金块破碎为颗粒状，Zr-Nb中间合金锭机加成车屑状，配置合金包。按计算用量用纯Sn箔包裹Zr-Sn-Fe-Cr合金颗粒成薄条状，再与Zr-Nb合金屑均匀混合，用纯Zr箔按电极长度包覆捆绑制成合金包。(4)压制电极时，为了使合金分布均匀，所用海绵锆按计算用量分成两部分，一部分经压制后，沿长度方向放入合金包(合金包长度与电极长度基本相同)，再用另一部分海绵锆覆盖压制成电极。(5)为了保证成分均匀性，含Nb锆合金一般需经三次真空自耗熔炼，熔炼铸锭的直径由小到大。熔炼完成后经探伤切去帽口。
实施例1
熔炼150公斤Zr-1％Sn-0.3Nb％-0.3％Fe-0.1％Cr(重量百分数)新锆合金铸锭，先按Sn、Fe、Cr含量比配置11.25％Zr-62.5％Sn-20％Fe-6.25％Cr的中间合金，每份40克，用纯Sn箔包裹成球状在氩弧焊箱内充氩正、反熔炼3次成小钮扣锭。Zr-Nb中间合金按40∶60的重量比配置，用具体实施方式中介绍的方法进行熔炼，熔炼后测出Zr-Nb合金锭中的Nb含量的重量百分数为58.5。用中间合金制作合金包，再经海绵锆包裹压制电极后进行三次真空电弧熔炼，二次和三次铸锭上、中、下主要合金元素含量如表1和表2。
表1二次锭主要合金元素成分含量分析(wt％)
表2三次锭主要合金元素成分含量分析(wt％)
实施例2
熔炼500公斤Zr-1％Sn-0.3Nb％-0.3％Fe-0.1％Cr(重量百分数)新锆合金铸锭，铸锭熔炼同实施例1，二次和三次锭的主要合金元素的成分分析结果如表3和表4
表3二次锭主要合金元素成分含量分析(wt％)
表4三次锭主要合金元素成分含量分析(wt％)
锆合金的成分均匀性对其机械性能，特别是腐蚀性能影响很大，实施例2中的500公斤铸锭经锻造、淬火和板材轧制后取样做500小时的500℃高压蒸汽疖状腐蚀实验，所得腐蚀增重与其它锆合金的比较如附图所示。可以看出，NZ2合金的抗疖状腐蚀性能优良，从另一方面也反映出合金组织的均匀性良好。
[0028]
Claims (1)
1.
一种Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金均匀化熔炼方法，其特征在于制备过程包括：
(1)制备Zr-Sn-Fe-Cr钮扣状的合金块；将按计算用量以纯Sn箔紧紧包裹海绵锆和纯Fe、Cr屑或颗粒，在充氩气的氩弧焊箱内重复翻转熔炼3～6次制备Zr-Sn-Fe-Cr化合物钮扣状的合金块；
(2)制备Zr-Nb中间合金；首先将Nb烧结条经电子束熔炼提纯，再按Nb重量比50wt％～80wt％的比例与锻造纯Zr条焊接成电极进行一次或二次真空自耗熔炼；
(3)制备合金包；将Zr-Sn-Fe-Cr钮扣状合金块破碎为颗粒状、Zr-Nb中间合金锭机加成车屑状，用纯Sn箔将Zr-Sn-Fe-Cr合金颗粒包裹成偏平状，与Zr-Nb合金屑均匀配置后用纯Zr箔按电极长度包覆制成长条合金包；
(4)压制电极熔炼；将合金组份所需的剩余用量的海绵锆等分成两部分，一部分经压制成与合金包等长的长条状，再将合金包叠放在海绵锆条上，再将另一部分海绵锆覆盖在合金包上，压制成电极；经三次真空自耗熔炼，熔炼铸锭后经探伤切去帽口制成合金锭。
Publications (1)
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