CN110964946A - 一种锆合金 - Google Patents

一种锆合金 Download PDF

Info

Publication number
CN110964946A
CN110964946A CN201911309602.4A CN201911309602A CN110964946A CN 110964946 A CN110964946 A CN 110964946A CN 201911309602 A CN201911309602 A CN 201911309602A CN 110964946 A CN110964946 A CN 110964946A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconium alloy
percent
treatment
alloy
zirconium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911309602.4A
Other languages
English (en)
Inventor
孙海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan University
Original Assignee
Foshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan University filed Critical Foshan University
Priority to CN201911309602.4A priority Critical patent/CN110964946A/zh
Publication of CN110964946A publication Critical patent/CN110964946A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C16/00—Alloys based on zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明提供一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.1～2.1％、Sn 0.2～1.5％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.01～0.1％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。本发明中所述锆合金添加了Nb，Nb是对锆合金腐蚀和机械性能同时有好作用的合金元素；N是锆合金中的有害杂质元素，原因为N3‑能置换氧化物晶格中的氧离子，产生附加的空位，因此增加了锆的腐蚀速度，但是本发明中所述锆合金中加入了Sn后，N3‑及氧离子空位力图提留在Sn3+离子附近，三者组合后可动性差，故使空位迁移率降低，所以Sn能抵消N的有害作用，提高耐腐蚀性；本发明中所述锆合金还添加了Cr及Ni，Cr能有效地改善高合金的抗蠕变性能，Ni能有效地改善高合金的高温蒸汽腐蚀性能。

Description

一种锆合金
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种锆合金。
背景技术
锆合金在高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，此外，它还具有良好的焊接性能和塑性，因此，锆合金广泛用作燃料棒的包壳材料和核反应堆芯的结构元件。
随着核动力反应堆技术朝着提高燃料燃耗和降低燃料循环成本、提高反应堆效率、提高安全可靠性的方向发展，对关键核心部件燃料元件包壳材料锆合金的抗腐蚀性能、吸氢性能、力学性能及辐照尺寸稳定性等性能提出了更高的要求。燃料元件在服役条件(辐照、高温、高压及复杂的应力)下，要发生蠕变和疲劳。蠕变性能是锆合金在水冷动力堆中工作时要考虑的重要问题之一。目前，最成熟、应用最广泛的是Zr-2、Zr-4合金，但随着核燃料组件向长寿期、高燃耗方向的发展，要求作为反应堆结构材料的锆合金必须具有更好的耐蚀、抗蠕变、抗辐射生长等综合性能，在这一点上Zr-2、Zr-4合金已经不能满足要求。
发明内容
本发明提供一种锆合金，所述锆合金具有良好的耐腐蚀性能及力学性能。
为解决上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.1～2.1％、Sn 0.2～1.5％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.01～0.1％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。
进一步地，所述锆合金包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.3～2.0％、Sn0.4～1.2％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.03～0.07％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为500～620℃，保温时间为0.5～1.5h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，即得所述锆合金材料。
进一步地，所述步骤(2)中所述热压处理过程为：将铸态锆合金在温度为600～750℃预热0.5～1h，然后用230～280KN油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮。
进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1000～1100℃均匀后处理20～45min后，空冷；
进一步地，所述步骤(5)中所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在500～600℃退火2～4h，空冷。
本发明的有益效果：本发明中所述锆合金添加了Nb，Nb是对锆合金腐蚀和机械性能同时有好作用的合金元素，Nb的优点是热中子吸收截面小，能消除氮、碳、铝、钛等杂质对合金耐蚀性能的有害作用，减少锆合金的吸氢量，并且Nb也能有效地强化锆合金；N是锆合金中的有害杂质元素，原因为N3-能置换氧化物晶格中的氧离子，产生附加的空位，因此增加了锆的腐蚀速度，但是本发明中所述锆合金中加入了Sn后，N3-及氧离子空位力图提留在Sn3 +离子附近，三者组合后可动性差，故使空位迁移率降低，所以Sn能抵消N的有害作用，提高耐腐蚀性；本发明中所述锆合金还添加了Cr及Ni，Cr能有效地改善高合金的抗蠕变性能，Ni能有效地改善高合金的高温蒸汽腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
一种锆合金，所述锆合金包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.7％、Sn1.0％、Cr0.07％、Ni 0.06％、Ce 0.1％，余量为Zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理，所述热压过程为：将铸态锆合金在温度为660℃预热0.5h，然后用230～280KN油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理，所述均匀化处理过程为：所述步骤(2)中所述热压处理过程为：进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1050℃均匀后处理35min后，空冷；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为600℃，保温时间为1.1h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在540℃退火4h，空冷；即得所述锆合金材料。
实施例2
一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.4％、Sn 0.7％、Cr0.05％、Ni0.06％、Ce 0.02％，余量为Zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理，所述热压过程为：将铸态锆合金在温度为660℃预热0.5h，然后用230～280KN油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理，所述均匀化处理过程为：所述步骤(2)中所述热压处理过程为：进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1050℃均匀后处理35min后，空冷；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为600℃，保温时间为1.1h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在540℃退火4h，空冷；即得所述锆合金材料。

Claims (6)

1.一种锆合金，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.1～2.1％、Sn 0.2～1.5％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.01～0.1％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。
2.根据权利要求1所述的锆合金，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：Nb1.3～2.0％、Sn 0.4～1.2％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.03～0.07％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。
3.权利要求1或权利要求2所述锆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为500～620℃，保温时间为0.5～1.5h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，即得所述锆合金材料。
4.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述热压处理过程为：将铸态锆合金在温度为600～750℃预热0.5～1h，然后用230～280KN油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮。
5.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1000～1100℃均匀后处理20～45min后，空冷。
6.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在500～600℃退火2～4h，空冷。
CN201911309602.4A 2019-12-18 2019-12-18 一种锆合金 Pending CN110964946A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911309602.4A CN110964946A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种锆合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911309602.4A CN110964946A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种锆合金

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110964946A true CN110964946A (zh) 2020-04-07

Family

ID=70034912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911309602.4A Pending CN110964946A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种锆合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110964946A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3261682A (en) * 1962-09-29 1966-07-19 Siemens Ag Zirconium alloys containing cerium and yttrium
CN1050225A (zh) * 1989-08-28 1991-03-27 西屋电气公司 轻水反应堆用的一种合金材料
JPH0867935A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Sumitomo Metal Ind Ltd 高耐食性ジルコニウム基合金
JPH1046273A (ja) * 1996-08-02 1998-02-17 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐水素吸収性のすぐれたジルコニウム合金
JP2006265725A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Westinghouse Electric Co Llc 耐食性が改善されたジルコニウム合金および耐食性が改善されたジルコニウム合金の製造方法
CN102181749A (zh) * 2011-06-02 2011-09-14 苏州热工研究院有限公司 一种核压水反应堆用锆合金材料及其制备方法
CN103451475A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 上海大学 核电站燃料包壳用含硫高Nb的锆锡铌合金
CN107304465A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 中国核动力研究设计院 一种压水堆燃料组件用锆合金

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3261682A (en) * 1962-09-29 1966-07-19 Siemens Ag Zirconium alloys containing cerium and yttrium
CN1050225A (zh) * 1989-08-28 1991-03-27 西屋电气公司 轻水反应堆用的一种合金材料
JPH0867935A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Sumitomo Metal Ind Ltd 高耐食性ジルコニウム基合金
JPH1046273A (ja) * 1996-08-02 1998-02-17 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐水素吸収性のすぐれたジルコニウム合金
JP2006265725A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Westinghouse Electric Co Llc 耐食性が改善されたジルコニウム合金および耐食性が改善されたジルコニウム合金の製造方法
CN102181749A (zh) * 2011-06-02 2011-09-14 苏州热工研究院有限公司 一种核压水反应堆用锆合金材料及其制备方法
CN103451475A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 上海大学 核电站燃料包壳用含硫高Nb的锆锡铌合金
CN107304465A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 中国核动力研究设计院 一种压水堆燃料组件用锆合金

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101240389B (zh) 具有优异耐腐蚀性的高含铁量的锆合金组合物及其制备方法
CN106282784B (zh) 具有低中子吸收的超高铝抗辐照耐热铁素体不锈钢合金材料及其制备方法
CN104745876B (zh) 一种用于轻水反应堆的锆基合金及其制备方法
CN103194650B (zh) 一种Zr-1Nb合金的制备方法
CN103194705B (zh) 一种Zr-Nb系合金的制备方法
CN101935778B (zh) 一种用于核反应堆的锆基合金及其制备方法
CN106987780A (zh) 一种核反应堆包壳用FeCrAl基合金材料及其制备方法
CN101265538B (zh) 一种用于轻水反应堆的锆基合金
CN102181749B (zh) 一种核压水反应堆用锆合金材料及其制备方法
CN111254315A (zh) 一种耐疖状腐蚀的Zr-Sn-Fe-Cr-O合金及其制备方法
CN104745875A (zh) 一种用于轻水堆较高燃耗下的锆合金材料
CN107699739A (zh) 一种耐疖状腐蚀的锆锡合金及其制备方法
CN102864338B (zh) 一种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金及其制备方法
CN105568056B (zh) 一种压水堆燃料元件包壳用锆合金
KR20060027865A (ko) 경수로형 원자로 코어용 지르코늄 합금 및 부품
CN111394617A (zh) 一种小型水冷核反应堆用包壳材料锆合金及制造方法
CN112692204A (zh) 一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法
CN110964946A (zh) 一种锆合金
US10221475B2 (en) Zirconium alloys with improved corrosion/creep resistance
CN110195191A (zh) 核反应堆燃料元件包壳材料用Fe-Cr-Al合金及其制备方法
CN110904359A (zh) 一种耐蚀锆合金
CN102220519B (zh) 一种用作核压水反应堆结构材料的锆合金
CN102181750B (zh) 一种锆合金材料及其制备方法
JPS6358223B2 (zh)
CN111676389A (zh) 小型水冷核反应堆用锆合金包壳材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200407