CN106801155B - 一种锆铌合金的冶炼方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锆铌合金的冶炼方法及系统，该系统包括依次连接的真空充氩焊箱、真空自耗电弧炉、热压机、真空炉、轧机和冷轧退火设备，所述冷轧退火设备包括若干个交替设置的冷轧机Ⅰ和退火机。本发明的制备系统实现了锆铌合金的流水线式生产，大大提高了生产效率。通过锆和铌比例关系以及冶炼条件的调整，大大提高了所得产品的力学性能、耐腐蚀性能和耐蠕变性等。经测试，本发明的锆铌合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能，而且耐蠕变性佳。

Description

一种锆铌合金的冶炼方法及系统
技术领域
本发明涉及一种锆铌合金，具体涉及一种锆铌合金的冶炼方法及系统。属于有色金属冶炼技术领域。
背景技术
锆铌合金被广泛用于重水堆、核电站和潜艇反应堆的保壳材料，由于应用领域的特殊性，对锆铌合金的质量要求非常高。理想状态的锆铌合金应当具有良好的抗蚀性能和力学性能等。
但是，目前的锆铌合金产品质量并不令人满意，存在以下问题：
①冶炼过程中不可避免的导致氧以杂质形式存在，所得产品的热和辐射蠕变高；
②耐腐蚀性能和力学性能有提高的空间。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种锆铌合金的冶炼方法。
本发明还提供了上述冶炼方法对应的一种锆铌合金的冶炼系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1030～1050℃的β相均匀化处理0.5～1小时后空冷，在400～500℃进行轧制变形，变形量30～60％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为10～15：1。
优选的，步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
优选的，步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉提纯和成锭处理。
优选的，步骤(6)中轧制变形的时间为20～30分钟。
上述冶炼方法对应的一种锆铌合金的冶炼系统，包括依次连接的真空充氩焊箱、真空自耗电弧炉、热压机、真空炉、轧机和冷轧退火设备，所述冷轧退火设备包括若干个交替设置的冷轧机Ⅰ和退火机。
优选的，所述真空充氩焊箱设有进料口，其分别与锆电极制备装置和铌板制备装置连接。
进一步优选的，所述锆电极制备装置为锻压机Ⅰ，所述铌板制备装置包括依次连接的锻压机Ⅱ、热轧机和冷轧机Ⅱ。
更进一步优选的，所述锆电极制备装置与海绵锆预处理装置连接，所述海绵锆预处理装置包括清洗池和真空干燥机，清洗池的上方设有若干个喷淋去离子水的喷淋头。
更进一步优选的，所述铌板制备装置还包括电子束炉，电子束炉与锻压机Ⅱ连接。
本发明的有益效果：
本发明的制备系统实现了锆铌合金的流水线式生产，大大提高了生产效率。通过锆和铌比例关系以及冶炼条件的调整，大大提高了所得产品的力学性能、耐腐蚀性能和耐蠕变性等。
经测试，本发明的锆铌合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能，而且耐蠕变性佳。
附图说明
图1是本发明的制备系统结构示意图；
其中，1为真空充氩焊箱，2为真空自耗电弧炉，3为热压机，4为真空炉，5为轧机，6为冷轧退火设备，61为冷轧机Ⅰ，62为退火机，7为锻压机Ⅰ，8为铌板制备装置，81为电子束炉，82为锻压机Ⅱ，83为热轧机，84为冷轧机Ⅱ，9为海绵锆预处理装置，91为清洗池，92为真空干燥机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱1内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉2内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1030℃的β相均匀化处理0.5小时后空冷，在400℃进行轧制变形，变形量30％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为10：1。
步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉81提纯和成锭处理。
步骤(6)中轧制变形的时间为20分钟。
如图1所示，一种锆铌合金的冶炼系统，包括依次连接的真空充氩焊箱1、真空自耗电弧炉2、热压机3、真空炉4、轧机5和冷轧退火设备6，冷轧退火设备6包括若干个交替设置的冷轧机Ⅰ61和退火机62。
真空充氩焊箱1设有进料口，其分别与锆电极制备装置和铌板制备装置8连接。
锆电极制备装置为锻压机Ⅰ7，铌板制备装置8包括依次连接的电子束炉81、锻压机Ⅱ82、热轧机83和冷轧机Ⅱ84。
锆电极制备装置与海绵锆预处理装置9连接，海绵锆预处理装置包括清洗池91和真空干燥机92，清洗池91的上方设有若干个喷淋去离子水的喷淋头。
实施例2：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱1内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉2内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1050℃的β相均匀化处理1小时后空冷，在500℃进行轧制变形，变形量60％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为15：1。
步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉81提纯和成锭处理。
步骤(6)中轧制变形的时间为30分钟。
一种锆铌合金的冶炼系统，同实施例1。
实施例3：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱1内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉2内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1030℃的β相均匀化处理1小时后空冷，在400℃进行轧制变形，变形量60％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为10：1。
步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉81提纯和成锭处理。
步骤(6)中轧制变形的时间为30分钟。
一种锆铌合金的冶炼系统，同实施例1。
实施例4：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱1内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉2内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1050℃的β相均匀化处理0.5小时后空冷，在500℃进行轧制变形，变形量30％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为15：1。
步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉81提纯和成锭处理。
步骤(6)中轧制变形的时间为20分钟。
一种锆铌合金的冶炼系统，同实施例1。
实施例5：
一种锆铌合金的冶炼方法，具体步骤如下：
(1)将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
(2)将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
(3)将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱1内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
(4)在真空自耗电弧炉2内进行熔炼，得到合金锭；
(5)将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
(6)坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1040℃的β相均匀化处理0.8小时后空冷，在450℃进行轧制变形，变形量40％；
(7)进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40％，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗。
其中，海绵锆与铌条的质量比为12：1。
步骤(1)中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理。
步骤(2)中的铌条在锻造之前先进行电子束炉81提纯和成锭处理。
步骤(6)中轧制变形的时间为25分钟。
一种锆铌合金的冶炼系统，同实施例1。
试验例
对实施例1～5所得的锆铌合金进行了力学性能测试，结果见表1。
表1.力学性能测试结果
冲击韧性(J/cm<sup>2</sup>) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 80 752 25
实施例2 81 754 25
实施例3 82 758 26
实施例4 82 758 26
实施例5 85 761 27
从表1可以看出，本发明的锆铌合金具有较好的力学性能。
对实施例1～5所得的锆铌合金进行了耐腐蚀性能测试，将相同尺寸的锆铌合金放入高压釜中，在400℃/10.3MPa蒸汽中进行腐蚀试验，考察230天后的腐蚀增重，结果见表2。
表2.耐腐蚀性能测试结果
腐蚀增重(mg/dm<sup>2</sup>)
实施例1 110
实施例2 110
实施例3 109
实施例4 109
实施例5 105
从表2可以看出，本发明的锆铌合金在400℃/10.3MPa蒸汽中耐腐蚀性能良好。
测试实施例1～5所得的锆铌合金在压力110MPa、温度400℃、1000小时条件下的蠕变，结果见表3。
表3.蠕变结果
蠕变(％)
实施例1 1.10
实施例2 1.11
实施例3 1.09
实施例4 1.09
实施例5 1.04
从表3可以看出，本发明的锆铌合金耐蠕变性佳。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种锆铌合金的冶炼方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将原子能级的海绵锆压制成锆电极；
（2）将原子能级铌条经过锻造、热轧、冷轧成铌板；
（3）将铌板剪切成与锆电极长度相同的铌条，将铌条紧附在锆电极上，然后在真空充氩焊箱内，将铌条同锆电极焊在一起，制成锆铌复合电极棒；
（4）在真空自耗电弧炉内进行熔炼，得到合金锭；
（5）将合金锭在700℃下进行多次热压，加工得到坯材；
（6）坯材经去除氧化皮和酸洗后，在真空中经1030～1050℃的β相均匀化处理0.5～1小时后空冷，在400～500℃进行轧制变形，变形量30～60%；
（7）进行多次冷轧和多次中间退火；每次冷轧压下量不大于40%，每两次冷轧之间在真空中进行480℃中间退火1小时，最后在真空中进行480℃再结晶退火1小时，每次中间退火或再结晶退火前都进行酸洗和去离子水清洗，
其中，海绵锆与铌条的质量比为10～15：1；
步骤（1）中的海绵锆在压制之前先进行清洗和真空烘干处理；
步骤（2）中的铌条在锻造之前先进行电子束炉提纯和成锭处理；
步骤（6）中轧制变形的时间为20～30分钟。
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