CN108339870B - 一种锆合金管材的精整方法 - Google Patents

Abstract

一种锆合金管材的精整方法，于金属材料精加工技术领域，包括：对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材；对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂处理，得到喷砂后锆合金管材；将喷砂后锆合金管材放置在切断机上进行切定尺处理，并对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材；对洗后锆合金管材进行抛光或内流动酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品。本申请通过上述工艺进行精加工的锆合金管材达到了所要求的精度要求，满足了核反应堆的使用要求，改变了国内对锆合金管材尺寸性能，表面状态及堆内使用性能均完全满足了产品技术要求，经后续无损检测、外观检测合格后即可交付使用。

Description

一种锆合金管材的精整方法

技术领域

本发明属于金属材料精加工技术领域，涉及一种锆合金管材的精整方法。

背景技术

现有技术介绍

锆合金是核反应堆中一种广泛应用的结构材料，主要功能有UO₂包壳、燃料组件结构支撑和燃料棒端部密封等。核级锆材技术包括从核级海绵锆开始直至核燃料组件用的管材、棒材、带材的制造技术。迄今为止，我国尚未研制出拥有完全自主知识产权的实用高性能锆合金燃料组件材料，仍然严重依赖国外进口。

为解决核级锆材的国产化问题，研制出可媲美国际上已成熟且使用多年的美国Zirlo锆合金、俄罗斯E110锆合金和法国M5锆合金的新型锆合金，助力我国具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电技术深度发展。以中国核动力设计研究院为牵头单位，中核集团正在研制“华龙一号”核电技术燃料组件用N36锆合金管、棒、带材。中核集团委托国核宝钛锆业股份公司，在其核级锆材生产线上，依靠其设备及加工技术实现N36锆合金管材工业化生产。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种锆合金管材的精整方法，确保加工后的N36锆合金管材，其尺寸性能，表面状态及堆内使用性能均完全满足了产品技术要求，经后续无损检测、外观检测合格后即可交付用户使用(本发明要解决的技术问题，技术方案概述，技术效果概述)。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种锆合金管材的精整方法，包括：对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材；对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂或内流动酸洗处理，得到喷砂或内流动酸洗后锆合金管材；将喷砂后或内流动酸洗锆合金管材放置在切断机上进行切定尺处理，并对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材；对洗后锆合金管材进行抛光或酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品。。

进一步的，所述对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材的步骤包括：以压下量为4.0mm～8.5mm,送进速度为8m/mim～12m/mim进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材。

进一步的，所述对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂处理，得到喷砂后锆合金管材的步骤包括：以压力为25～30psi对所述矫直后锆合金管材内表面喷砂10s～20s；以压力为25～30psi进行连续吹气10s～20s，得到喷砂后锆合金管材。

进一步的，所述对矫直后锆合金管材进行内表面内流动酸洗处理，得到内流动酸洗后锆合金管材的步骤包括：将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:89～75进行配比；将配比的酸液以一定压力喷入管材内，对其内壁进行酸洗，得到内流动酸洗后锆合金管材。

进一步的，所述对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材步骤包括：在预定压力下对切定尺后锆合金管材内表面进行清洗；以低压和高压进行吹气，得到洗后锆合金管材，低压和高压吹气的压力大于或等于53psi。

进一步的，所述对洗后锆合金管材进行抛光处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：

控制导轮电机功率在预定范围，以25～31m/sec的砂带转速进行抛光，得到精整后的锆合金管材成品。

进一步的，所述对洗后锆合金管材进行酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:89～75进行配比；将配比的酸液以一定压力喷射管材外表面，以进行酸洗，得到精整后的锆合金管材成品。

进一步的，所述导轮电机功率预定范围为0.28～0.5。

进一步的，在抛光或酸洗处理前还包括：对洗后锆合金管材进行加塞处理。

进一步的，对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗，包括：在12～20psi喷嘴压力下对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗；以低压和高压进行吹气，得到洗后锆合金管材，低压和高压吹气的压力大于或等于53psi

进一步的，所述清洗步骤采用去离子水清洗。

本发明的技术方案通过将已经过多道次轧制变形、多道次半成品退火及成品退火后的锆合金管材进行一体化流程依次为矫直，通过矫直机内部的矫直辊对锆合金管材弯曲部位的挤压，使锆合金管材的弯曲部位承受相当大的反向弯曲或拉伸，使该部位产生一定的弹塑性变形，当去除外力后，锆合金管材经过弹性恢复，从而改变锆合金管材的直线度使其达到平直；喷砂，利用喷砂机以压缩空气为动力，通过气流的高速运动形成的负压，将喷砂介质通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到锆合金管材的内表面，除去内表面的不可见油腻、污垢、氧化皮、锈皮、油漆、氧化物、腐蚀物和其它外来物质；按照规格将锆合金管材进行切断、定尺使其端面垂直度符合要求；抛光处理，通过设定主导轮的电机功率使其高速旋转压向锆合金管材，以砂带对锆合金管材表面产生滚压和微量切削，从而改善锆合金管材表面的粗糙度。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用一体化流程对锆合金管材依次进行矫直、喷砂、切定尺、清洗以及抛光的精整处理步骤，节约了不同工艺之间的流程转换时间。同时，通过本工艺上述流程进行精加工的锆合金管材达到了所要求的精度要求，满足了核反应堆的使用要求，改变了国内对锆合金管材尺寸性能，表面状态及堆内使用性能均完全满足了产品技术要求，经后续无损检测、外观检测合格后即可交付使用。避免了锆合金管材堆内使用性能差、依赖于进口的不利局面。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式锆合金管材的精整方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

显然，所描述的实施例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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1是根据本发明第一实施方式锆合金管材的精整方法流程图。

根据本发明的实施例提供了一种锆合金管材的精整方法，包括：

S1：对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材；

S2：对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂或内流动酸洗处理，得到喷砂或内流动酸洗后锆合金管材；

S3：将喷砂后或内流动酸洗锆合金管材放置在切断机上进行切定尺处理，并对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材；

S4：对洗后锆合金管材进行抛光或酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品。

需要说明的是，本发明S1和S2步骤的顺序也可以调换，先进行S2：对锆合金管材内表面喷砂或内流动酸洗处理，得到喷砂或内流动酸洗后锆合金管材，后进行S1：对喷砂或内流动酸洗后锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材；再依次进行S3-S4步骤。

本发明实施例的技术方案通过将已经过多道次轧制变形、多道次半成品退火及成品退火后的锆合金管材进行一体化流程依次为矫直、喷砂或内流动酸洗、切定尺、清洗以及抛光或酸洗精整处理步骤；节约了不同工艺步骤的转换时间。其中，矫直是通过矫直机内部的矫直辊对锆合金管材弯曲部位的挤压，使锆合金管材的弯曲部位承受相当大的反向弯曲或拉伸，使该部位产生一定的弹塑性变形，当去除外力后，锆合金管材经过弹性恢复，从而改变锆合金管材的直线度使其达到平直。喷砂是利用喷砂机以压缩空气为动力，通过气流的高速运动形成的负压，将喷砂介质通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到锆合金管材的内表面，除去内表面的不可见油腻、污垢、氧化皮、锈皮、油漆、氧化物、腐蚀物和其它外来物质。按照规格将锆合金管材进行切断、定尺使其端面垂直度符合要求。抛光处理是通过设定主导轮的电机功率使其高速旋转压向锆合金管材，以砂带对锆合金管材表面产生滚压和微量切削，从而改善管锆合金材表面的粗糙度。本实施例技术方案通过上述工艺步骤使精整后的锆合金管材尺寸性能，表面状态及堆内使用性能均完全满足了产品技术要求，经后续无损检测、外观检测合格后即可交付使用。

在一可选实施例中，所述对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材的步骤包括：以压下量为4.0mm～8.5mm,送进速度为8m/mim～12m/mim进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材。需要说明的是，将已经过多道次轧制变形、多道次半成品退火及成品退火后的锆合金管材通过传送至矫直机，进行矫直处理，调节压下量为6.0mm～8.0mm，优选为6.5mm～7.5mm，例如：6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm、7.0mm、7.1mm、7.2mm、7.3mm、7.4mm或7.5mm。送进速度为8m/mim～12m/mim，优选为9m/min～11m/min，例如：9m/min、10m/min或11m/min，最优选为10m/min。从而使得矫直后的锆合金管材其外径尺寸变化量不超过0.007mm，直线度不超过0.25mm/305mm。以满足锆合金管材堆内使用的规格。其中，mm表示单位毫米，m/min表示单位米每分钟；以下涉及到mm或m/min的单位不再赘述。

当采用矫直机进行矫直处理时，调节压下量为6.0mm～7.5mm，优选为6.5mm～7.5mm，例如：6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm、7.0mm、7.1mm、7.2mm、7.3mm、7.4mm或7.5mm，最优选为7.0mm。送进速度为8m/mim～12m/mim，优选为9m/min～11m/min，例如：9m/min、10m/min或11m/min，最优选为10m/min。

在一可选实施例中，所述对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂处理，得到喷砂后锆合金管材的步骤包括：以压力为25～30psi对所述矫直后锆合金管材内表面喷砂10s～20s；以压力为25～30psi进行连续吹气10s～20s，得到喷砂后锆合金管材。其中，s表示时间单位秒，psi为Private SectorInvolvement的缩写，表示压力单位；以下提及则不再赘述。

本发明实施例中将矫直后锆合金管材传送至喷砂机进行喷砂处理，其喷砂后内径去除量不超过0.012mm，通过喷砂处理可以使锆合金管材的内表面形成暗灰色的磨砂面。以满足堆内反应对锆合金管材的规格要求。具体的喷砂压力范围为25～30psi，例如：25psi、26psi、27psi、28psi、29psi或30psi，对所述矫直后锆合金管材内表面喷砂时长为10s～20s，优选为12s～18s，例如12s、13s、14s、15s、16s、17s或18s，最优选为15s。吹气压力为25～30psi，例如：25psi、26psi、27psi、28psi、29psi或30psi。进行连续吹气的时长为10s～20s，优选为12s～18s，例如12s、13s、14s、15s、16s、17s或18s，最优选为15s。其中喷砂机为自动喷砂机、吸入式喷砂机、压力式喷砂机或液体式喷砂机，但不限于上述列举的喷砂机，只要能满足本申请对锆合金管材内表面喷砂并达到所需规格要求即在本申请的保护范围。

在一可选实施例中，所述对矫直后锆合金管材进行内表面内流动酸洗处理，得到内流动酸洗后锆合金管材的步骤包括：将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:89～75进行配比；将配比的酸液以一定压力喷入管材内，对其内壁进行酸洗，得到内流动酸洗后锆合金管材。其中，硝酸、氢氟酸与水的配比可以为：10:1:89、15:3:75、12:2:80、20:5:89、18:4:82、19:5:86、14:3:78、13:3:76、16:5:85或20:2:88。具体为12～20psi喷嘴压力喷入管材内，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi。以使得喷出的酸液能够冲洗掉残留在内壁表面氧化物。

在本实施例中，通过对锆合金管材内表面进行酸洗，可以有效的去除附着在管壁内表面的氧化物。使管材的内表面光滑，形成保护膜，避免氧化或腐蚀的情况发生，从而提高管材的质量。

在一可选实施例中，所述将喷砂后锆合金管材放置在切断机上进行切定尺处理，得到切定尺后锆合金管材。

本发明该实施例为当将喷砂后锆合金管材传送至成品切断机后，将喷砂后锆合金管材夹持在车床上按照所需长度以及端面的垂直度。

在一可选实施例中，所述对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材步骤包括：在预定压力下对切定尺后锆合金管材内表面进行清洗；以低压和高压进行吹气，得到洗后锆合金管材，低压和高压吹气的压力大于或等于53psi。其中，预定压力具体为12～20psi喷嘴压力，以使得喷出的水能够冲洗掉残留在内壁表面缝隙或凹缝中的残砂或酸液。

本发明实施例将切定尺后锆合金管材传送至清洗机后，调节喷嘴压力范围为12～20psi，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi，喷出清洗剂，对切定尺后锆合金管材的内表面进行清洗。再保持喷嘴压力范围为12～20psi，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi，喷出去离子水冲洗其内表面残留的清洗剂。其中的清洗剂精密粉状清洗剂、液体清洗剂、酸性清洗剂、低泡沫粉状清洗剂或低泡沫酸性清洗剂，但不限于上述列举，只要能达到对锆合金管材内表面的清洗即在本申请的保护范围。清洗干净的切定尺后锆合金管材以低压和高压进行吹气，使其内表面干燥，以备后续的精整处理。其中的吹气压力大于或等于53psi，例如：60psi、160psi、280psi、390psi、520psi或680psi，但不限于上述列举的压力。

在一可选实施例中，所述对洗后锆合金管材进行抛光处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：

控制导轮电机功率在预定范围，以25～31m/sec的砂带转速进行抛光，得到精整后的锆合金管材成品。

本实施例将洗后锆合金管材传送至抛光机车床上，调节导论电机功率在预定范围，所述导轮电机功率预定范围为0.28～0.5，优选为0.3～0.45，例如：0.3、0.35、0.4或0.45。调节接触轮的转速为25-31m/sec，例如：25m/sec、26m/sec、27m/sec、28m/sec、29m/sec、30m/sec或31m/sec，优选为27m/sec、28m/sec、29m/sec、，最优选为28m/sec。其中，m/sec是速度计量单位,表示每秒运行多少米。接触轮上的抛光工具为砂带，但不限于砂带。采用的抛光机为磁力抛光机、自动石英板抛光机、石英板抛光机、振动抛光机、砂带抛光机以及砂轮抛光机，优选为砂带抛光机和砂轮抛光机。通过上述技术方案加工后的洗后锆合金管材其外径去除量5μm～45μm，优选为10μm-40μm，更优选为15μm～35μm，最优选为20μm～30μm，例如：20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm。表面粗糙度(Ra)小于或等于0.8μm，例如：0.8μm、0.7μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm、0.1μm或0μm，但不限于上述列举的粗糙度。μm表示微米。

在一可选实施例中，所述对洗后锆合金管材进行酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:89～75进行配比；将配比的酸液以一定压力喷射管材外表面，以进行酸洗，得到精整后的锆合金管材成品。其中，硝酸、氢氟酸与水的配比可以为：10:1:89、15:3:75、12:2:80、20:5:89、18:4:82、19:5:86、14:3:78、13:3:76、16:5:85或20:2:88。具体为12～20psi喷嘴压力喷入管材内，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi。以除去管材外表面的杂质。

在本实施例中，通过对锆合金管材外表面进行酸洗，可以有效的去除附着在管壁外表面的杂质。使管材的外表面光滑，使管材的外表面光滑，美化管材外面表面，提高管材的质量。

在一可选实施例中，在抛光处理前还包括：对洗后锆合金管材进行加塞处理。

本发明实施例采用人工加塞的方法对管材的两端进行加塞封闭，以避免在冲洗的时候，对经过喷砂或酸洗的内表面进水，影响精整效果。

在一可选实施例中，对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗，包括：在12～20psi喷嘴压力下对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗；以低压和高压进行吹气，得到洗后锆合金管材，低压和高压吹气的压力大于或等于53psi。

本发明实施例将精整后的锆合金管材成品传送至清洗机后，调节喷嘴压力范围为12～20psi，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi，喷出清洗剂，对精整后的锆合金管材成品的外表面进行清洗。再保持喷嘴压力范围为12～20psi，优选为14～18psi，例如：14psi、15psi、16psi、17psi或18psi，喷出去离子水冲洗其外表面残留的清洗剂。其中的清洗剂为精密粉状清洗剂、液体清洗剂、酸性清洗剂、低泡沫粉状清洗剂或低泡沫酸性清洗剂，但不限于上述列举，只要能达到对锆合金管材内表面的清洗即在本申请的保护范围。清洗干净的切定尺后锆合金管材以低压和高压进行吹气，使其外表面干燥，以备后续的无损检测。其中的吹气压力大于或等于53psi，例如：60psi、160psi、280psi、390psi、520psi或680psi，但不限于上述列举的压力。其中清洗设备为。

在一可选实施例中，所述清洗步骤采用去离子水清洗。

本实施例中，在清洗的时候采用去离子水对管材的内表面和外表面进行冲洗，控制水中离子量对电导率的影响。

本发明旨在保护一种锆合金管材的精整方法，采用一体化流程对锆合金管材依次进行矫直、喷砂、切定尺、清洗以及抛光的精整处理步骤，节约了不同工艺之间的流程转换时间。同时，通过本工艺上述流程进行精加工的锆合金管材达到了所要求的精度要求，满足了核反应堆的使用要求，改变了国内对锆合金管材尺寸性能，表面状态及堆内使用性能均完全满足了产品技术要求，经后续无损检测、外观检测合格后即可交付使用。避免了锆合金管材堆内使用性能差、依赖于进口的不利局面。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种锆合金管材的精整方法，其特征在于，包括：

对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材；

对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂或内流动酸洗处理，得到喷砂或内流动酸洗后锆合金管材；

所述对矫直后锆合金管材进行内表面喷砂处理，得到喷砂后锆合金管材的步骤包括：

以压力为25～30psi对所述矫直后锆合金管材内表面喷砂10s～20s；

再以压力为25～30psi进行连续吹气10s～20s，得到喷砂后锆合金管材；

所述对矫直后锆合金管材进行内表面内流动酸洗处理，得到内流动酸洗后锆合金管材的步骤包括：

将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:75～89进行配比；

将配比的酸液以一定压力喷入管材内，对其内壁进行酸洗，得到内流动酸洗后锆合金管材；

将喷砂后或内流动酸洗锆合金管材放置在切断机上进行切定尺处理，并对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材；

所述对切定尺后锆合金管材内表面清洗，得到洗后锆合金管材步骤包括：

在预定压力为12～20psi的喷嘴压力下对切定尺后锆合金管材内表面进行清洗；

以低压和高压进行气吹，得到洗后锆合金管材，低压和高压气吹的压力大于或等于53psi。

对洗后锆合金管材进行抛光或酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品。

2.根据权利要求1所述的精整方法，其特征在于，所述对锆合金管材进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材的步骤包括：

以压下量为4.0mm～8.5mm,送进速度为8m/mim～12m/mim进行矫直处理，得到矫直后锆合金管材。

3.根据权利要求1所述的精整方法，其特征在于，所述对洗后锆合金管材进行抛光处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：

控制导轮电机功率在预定范围，以25～31m/sec的砂带转速进行抛光，得到精整后的锆合金管材成品。

4.根据权利要求1所述的精整方法，其特征在于，所述对洗后锆合金管材进行酸洗处理，得到精整后的锆合金管材成品的步骤包括：

将硝酸、氢氟酸与水按10～20:1～5:89～75进行配比；

将配比的酸液以一定压力喷射管材外表面，以进行酸洗，得到精整后的锆合金管材成品。

5.根据权利要求1-4任一项所述的精整方法，其特征在于，在抛光或酸洗处理前还包括：

对洗后锆合金管材进行加塞处理。

6.根据权利要求1所述的精整方法，其特征在于，对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗，包括：

在12～20psi喷嘴压力下对精整后的锆合金管材成品外表面进行清洗；

以低压和高压进行气吹，得到洗后锆合金管材，低压和高压气吹的压力大于或等于53psi。

7.根据权利要求1或6所述的精整方法，其特征在于，所述清洗步骤采用去离子清洗。

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