CN110918675A - 一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法 - Google Patents

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李来平
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Abstract

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。

Description

一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法
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；
步骤四、当步骤三中渗氢样的氢化物取向为管材横截面切向时，对步骤二中经中间热处理后的中间管坯进行2～3道次冷轧，然后进行热处理，得到锆合金管；所述锆合金管的壁厚为0.20mm～1.0mm，锆合金管横截面的氢化物取向因子Fn45°<0.30；所述2～3道次冷轧采用三辊管材轧制，所述2～3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3.0，2～3道次冷轧的道次变形量均为20％～45％。
成品锆合金管的氢化物取向主要由管材初始状态织构和精轧工艺决定。管材轧制会导致织构现象，而管材的织构决定了底面的取向，并最终决定了成品锆合金管的氢化物取向。轧制工艺中的减壁率与减径率是一组竞争关系，用减壁变形量与减径变形量的比值即轧制Q值来表示。Q值描述了管材晶粒变形是减壁厚还是减径变形为主，每道次相应Q值的变形对织构构成累加影响，每道次Q值大小不同决定了金属塑性变形时应变平面的不同和金属流动方向不同，最终决定了锆合金管六方晶格基面取径向或者切向的不同，并决定了氢化锆取向的不同。小Q值轧制时(Q<1)，金属应变平面由切向和轴向确定的平面构成，晶粒主要是在轴向拉应力作用下变形，晶粒沿轴向择优取向，基面平行于轴向，形成类丝织构(该工艺与拉丝工艺类似，所以形成类丝材织构)；大Q值轧制时(Q>3)，管材应变平面由径向和轴向确定的平面构成，金属的主要变形方向沿直径方向进行，晶粒取向沿着径向择优取向，形成一种类似板材织构。
本发明首先控制粗轧的工艺参数，保证得到的中间管坯的氢化物取向为管材横截面切向，然后进行2～3道次Q值均大于3.0的以减壁厚为主的精轧，不仅维持了氢化物取向，还得到了低氢化物取向因子的薄壁锆合金管，即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。
上述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述结晶态锆合金管管坯的成分为Zr-2合金或Zr-4合金。Zr-2和Zr-4合金均是Zr-Sn-Fe-Cr系合金，其中Zr为主元，占总含量的97％以上，其他元素均是微量，因此Zr-2和Zr-4合金的变形与纯锆这一六方晶系结构的晶体的滑移变形规律相基本一致；采用本发明的方法可易于实现该优选组分的结晶态锆合金管管坯制备形成低氢化物取向因子薄壁锆合金管，提高了本发明方法的实用价值。
上述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤二中所述中间热处理在真空炉中进行，中间热处理的温度为480℃～630℃，保温时间为1h～2h，真空度小于1.0×10-2Pa。该优选的再结晶温度点以上的高真空退火，可以减轻中间管坯的吸气氧化，同时也降低了后续精轧时的变形抗力。
上述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤三中所述采用高压釜渗氢测定的过程为：先在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液，然后将渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液中进行渗氢，所述渗氢的温度为360℃，压力为18.6MPa，时间为40min～90min。本测定过程在核反应堆外模拟了锆合金管与高温高压含氢离子水溶液的相互作用，可以得到适量的氢化物数量，便于渗氢样中氢化物取向的观察和氢化物取向因子定量分析。
上述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热处理在真空炉中进行，热处理的温度为500℃～630℃，保温时间为1h～2h，真空度小于1.0×10-2Pa。该优选热处理工艺进一步较少了冷轧后中间管坯的吸气氧化，减少了对锆合金管织构的不良影响。
上述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤四中所述锆合金管横截面的氢化物取向因子采用高压釜渗氢测定得到，所述采用高压釜渗氢测定的过程为：先在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液，然后在锆合金管上截取渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液中进行渗氢，所述渗氢的温度为360℃，压力为18.6MPa，时间为40min～90min。该高压釜渗氢测定的过程可得到适量的氢化物数量，便于锆合金管中氢化物取向的观察和氢化物取向因子定量分析
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过对锆合金管管坯粗轧和精轧工艺以及对应轧制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。
2、本发明利用了两辊管材轧道次变形量大和三辊管材轧制精度高的特点，分别将其应用到锆合金管管坯粗轧和精轧工艺中，有效实现了对锆合金管管坯的减薄，同时保证了锆合金管中的低氢化物取向因子，提高了制备效率。
3、本发明采用高压釜渗氢法并结合光学显微镜测定中间管坯及锆合金管中的氢化物取向，从而有效控制了粗轧和精轧的工艺效果，有利于实现了低氢化物取向因子薄壁锆管的制备。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Zr-4合金管横截面氢化物金相图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ32mm×7mm(外径×壁厚)的完全再结晶态Zr-4合金锆管管坯采用两辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ18mm×2.75mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ10mm×0.7mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.38，道次变形量为76％，第二道次冷轧的轧制Q值为1.68，道次变形量为85％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为480℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢80min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.22；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ9.45mm×0.50mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ8.9mm×0.30mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为500℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-4合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为5.19，道次变形量为31％，第二道次冷轧的轧制Q值为6.87，道次变形量为43％；
在所述Zr-4合金管上截取长度为30cm的Zr-4合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢40min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.03。
图1为本实施例制备的Zr-4合金管横截面氢化物金相图，从图1可知本实施例制备的Zr-4合金管横截面氢化物取切向为主。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ28mm×6.5mm(外径×壁厚)的完全再结晶态Zr-4合金锆管管坯采用两辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ16mm×2.8mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ10mm×1.30mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.33，道次变形量为73％，第二道次冷轧的轧制Q值为1.43，道次变形量为69％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为630℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1.5h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.20；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ9.0mm×0.90mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ8.2mm×0.50mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为550℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-4合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为3.1，道次变形量为35％，第二道次冷轧的轧制Q值为6.0，道次变形量为45％；
在所述Zr-4合金管上截取长度为30cm的Zr-4合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢50min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.06。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ32mm×6.2mm(外径×壁厚)的完全再结晶态Zr-4合金锆管管坯采用三辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ16mm×1.7mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ13.2mm×1.0mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.45，道次变形量为85％，第二道次冷轧的轧制Q值为2.35，道次变形量为50％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为600℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢40min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.20；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ11.8mm×0.60mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ11.1mm×0.50mm(外径×壁厚)，进行第三道次冷轧至Φ10.8mm×0.39mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为630℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-4合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为3.8，道次变形量为45％，第二道次冷轧的轧制Q值为3.37，道次变形量为24％，第三道次冷轧的轧制Q值为6.9，道次变形量为20％；
在所述Zr-4合金管上截取长度为30cm的Zr-4合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.10。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ32mm×6.2mm(外径×壁厚)的完全再结晶态Zr-4合金锆管管坯采用三辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ16mm×1.7mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ13.2mm×1.0mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.45，道次变形量为85％，第二道次冷轧的轧制Q值为2.35，道次变形量为50％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为600℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.20；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ11.8mm×0.60mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ11.1mm×0.50mm(外径×壁厚)，进行第三道次冷轧至Φ10.43mm×0.27mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为580℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-4合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为3.8，道次变形量为45％，第二道次冷轧的轧制Q值为3.37，道次变形量为24％，第三道次冷轧的轧制Q值为7.24，道次变形量为45％；
在所述Zr-4合金管上截取长度为30cm的Zr-4合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.10。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ7.2mm×2.2mm的完全再结晶态Zr-4合金锆管管坯采用三辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ6.5mm×1.9mm，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ5.60mm×1.60mm，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.40，道次变形量为20％，第二道次冷轧的轧制Q值为1.44，道次变形量为29％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为600℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.20；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ5.30mm×1.30mm，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ5.0mm×1.0mm，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为530℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-4合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为3.5，道次变形量为20％，第二道次冷轧的轧制Q值为4.1，道次变形量为20％；
在所述Zr-4合金管上截取长度为30cm的Zr-4合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢90min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.01。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ7.8mm×2.8mm(外径×壁厚)的完全再结晶态Zr-2合金锆管管坯采用三辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ6.2mm×2.2mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ5.7mm×1.6mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为2.78，道次变形量为37％，第二道次冷轧的轧制Q值为3.38，道次变形量为25％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为570℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢70min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.18；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ5.30mm×1.22mm(外径×壁厚)，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ5.0mm×1.0mm(外径×壁厚)，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为530℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1.5h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-2合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为3.38，道次变形量为24％，第二道次冷轧的轧制Q值为3.19，道次变形量为20％；
在所述Zr-2合金管上截取长度为30cm的Zr-2合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢80min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.07。
实施例7
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将内外表面干净光滑无缺陷、尺寸为Φ12.0mm×1.0mm的完全再结晶态Zr-2合金锆管管坯采用三辊管材轧机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ10mm×0.7mm，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ9.72mm×0.57mm，再依次经脱脂剂除油和酸洗，得到中间管坯；所述第一道次冷轧的轧制Q值为1.8，道次变形量为40％，第二道次冷轧的轧制Q值为6.6，道次变形量为20％；
步骤二、将步骤一中得到的中间管坯放置于真空炉，在温度为590℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温1h，冷却至炉温低于100℃后出炉，然后采用车床截取长度为30mm的经中间热处理后的中间管坯作为渗氢样；
步骤三、将步骤二中得到的渗氢样依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，然后在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢60min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.15；
步骤四、将步骤二中经中间热处理后的中间管坯采用三辊轧管机进行第一道次冷轧至尺寸为Φ8.92mm×0.36mm，然后进行第二道次冷轧至尺寸为Φ8.44mm×0.21mm，再依次经脱脂剂除油和酸洗，然后放置在真空炉进行热处理，在温度为550℃、真空度小于1.0×10-2Pa的条件下保温2h，冷却至炉温低于100℃后出炉，得到Zr-2合金管；所述第一道次冷轧的轧制Q值为5.90，道次变形量为40％，第二道次冷轧的轧制Q值为7.74，道次变形量为43％；
在所述Zr-2合金管上截取长度为30cm的Zr-2合金管作为渗氢样，然后依次进行除油、酸洗和去离子水冲洗，采用高压釜渗氢对渗氢样的氢化物取向进行测定，具体过程为：在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液并将经去离子水冲洗后的渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液的中央，在温度为360℃、压力为18.6MPa的条件下渗氢40min，再采用光学金相显微镜经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态进行观察，测定步骤二中得到的渗氢样的氢化物取向，结果显示：经渗氢处理后的渗氢样的横截面氢化物形态为管材横截面切向为主，氢化物取向因子Fn45°＝0.01。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，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；
步骤四、当步骤三中渗氢样的氢化物取向为管材横截面切向时，对步骤二中经中间热处理后的中间管坯进行2～3道次冷轧，然后进行热处理，得到锆合金管；所述锆合金管的壁厚为0.20mm～1.0mm，锆合金管横截面的氢化物取向因子Fn45°<0.30；所述2～3道次冷轧采用三辊管材轧制，所述2～3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3.0，2～3道次冷轧的道次变形量均为20％～45％。
2.根据权利要求1所述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述结晶态锆合金管管坯的成分为Zr-2合金或Zr-4合金。
3.根据权利要求1所述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤二中所述中间热处理在真空炉中进行，中间热处理的温度为480℃～630℃，保温时间为1h～2h，真空度小于1.0×10-2Pa。
4.根据权利要求1所述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤三中所述采用高压釜渗氢测定的过程为：先在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液，然后将渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液中进行渗氢，所述渗氢的温度为360℃，压力为18.6MPa，时间为40min～90min。
5.根据权利要求1所述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热处理在真空炉中进行，热处理的温度为500℃～630℃，保温时间为1h～2h，真空度小于1.0×10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法，其特征在于，步骤四中所述锆合金管横截面的氢化物取向因子采用高压釜渗氢测定得到，所述采用高压釜渗氢测定的过程为：先在高压釜中装入1mol/L的LiOH去离子水溶液，然后在锆合金管上截取渗氢样浸没入LiOH去离子水溶液中进行渗氢，所述渗氢的温度为360℃，压力为18.6MPa，时间为40min～90min。
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