CN117363869A - 一种锆合金薄壁短管的退火工艺及其热处理用装料仓 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种锆合金薄壁短管的退火工艺及其热处理用装料仓。本发明根据真空退火炉炉室均温区规格、料架规格、加热方式、装载量、管材外径及长度尺寸、材料吸气特性、工装结构稳定性等，专门设计了真空退火炉专用薄壁短管热处理用装料仓，结合改进的装炉方式、调整退火升温曲线及退火工艺参数，真空退火炉料架或载料台上放置热处理用装料仓、组合拼装并固定工装、将薄壁短管整齐放置在热处理用装料仓内、采取防氧化措施、根据装炉量及管材性能要求设定加热曲线、加热温度及保温时间等工艺参数，保证薄壁短管热处理后不发生尺寸变形、不产生表面划伤、改善直线度、防止表面氧化并提高热处理效率。

Description

一种锆合金薄壁短管的退火工艺及其热处理用装料仓

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及金属合金薄壁管材等其他壁厚管材的热处理，尤其涉及一种锆合金薄壁短管的退火工艺及其热处理用装料仓。

背景技术

锆合金因具有良好的抗中子辐照性能，优异的耐腐蚀性能、适中的力学性能和良好的加工性能等特点，被广泛应用于核反应堆燃料包壳管及结构材料。其中，包壳管用于装载燃料芯块，是核反应堆的第一道安全屏障，故对管材力学性能、耐腐蚀性能及管材尺寸、直线度控制有着极高的要求，而真空热处理是锆合金包壳管材以上性能控制的关键。

不同核反应堆燃料组件所用包壳管规格不同，部分为薄壁短管，是指管材最小壁厚小于0.5mm，长度小于600mm。由于管材壁薄，极易在退火及矫直等精整过程发生挤压导致管材尺寸变形，从而造成管材报废，故热处理工装和热处理方法的改进是提高管材精整合格率和效率的关键。现有管材常用的真空热处理方式如下：①采用卧式真空退火炉退火，管材平铺层叠堆于料仓内或采用套管装料；②采用立式真空退火炉退火，管材吊装于炉内。

然而对于薄壁锆合金短管，上述热处理方式①存在如下缺点：薄壁管材平铺堆于料仓内，该装料方式易造成下层退火管材受压变形，导致退火装载量较小，退火成本较高且退火成品率低；采用套管装料方式，出装物料易划伤管材表面，出、装料效率极低且耗费人力较多，多炉退火后需对套管进行矫直处理或更换，增加了耗材使用成本且套管使用量较大、套管重量占用总装炉量从而影响成品管材退火装载量，因套管装料后管材仍有一定自由度，故易在退火过程中应力释放导致直线度差。上述热处理方式②的缺点为：打孔配重吊装退火虽然可以改善退火后管材直线度，但装炉繁琐、效率低；无疑增加了打孔工序及二次切断工序，制备流程增长，降低了生产效率并增加了生产成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锆合金薄壁短管的退火工艺及其热处理用装料仓，能够保证薄壁短管热处理后不发生尺寸变形、不产生表面划伤、改善直线度、防止表面氧化以及提高热处理效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓，包括圆形的装料仓本体，所述装料仓本体由多个料仓单元拼接形成，每个所述料仓单元均设置有连接部，通过所述连接部并配合紧固件实现相邻料仓单元的固定。

进一步，所述装料仓本体由三个结构相同的扇形料仓单元拼接形成，所述连接部为焊接在扇形料仓单元的弧形板侧边的定位销片，所述定位销片中心开设有便于销钉穿过的通孔，所述销钉穿过所述通孔并配合螺母实现相邻扇形料仓单元的固定。

进一步，所述扇形料仓单元由两块厚度为3.5～4.5mm的矩形板、一块圆心角为120°的弧形板及一块圆心角为120°的扇形板拼焊形成，且均采用锆合金板材制成。

进一步，还包括设置在所述装料仓本体顶部的端盖。

进一步，所述端盖由一块厚度为3.5～4.5mm的圆形板材及圆形围板拼焊形成；或者，所述端盖由圆形板材冲压形成。

进一步，所述端盖的周面焊接有方便搬运的U型吊装把手。

另一方面，本发明还提供了一种锆合金薄壁短管的退火工艺，具体包括以下步骤，

步骤1)：制作适用于锆合金薄壁短管真空退火的装料仓，所述装料仓为如上部分或全部所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓；

步骤2)：对要装入装料仓的多根薄壁短管进行预处理，以满足真空退火炉的装炉要求；

步骤3)：装料前使用3～4层不锈钢网或锆网平铺装料仓单元底部，将步骤2)预处理后的薄壁短管垂直、整齐码放入装料仓本体中，直至所述装料仓本体装满；其中，相邻薄壁短管之间预留有胀管间隙l，且l≥0.1mm，用以防止加热后薄壁短管膨胀造成管材相互挤压变形；

步骤4)：在所述装料仓本体的上方铺盖3～4层不锈钢网或锆网，并在所述装料仓本体的顶部加盖端盖并进行密封；

步骤5)：将步骤4)密封好的装料仓本体竖立地装入真空退火炉料架或载料台，装炉完成后关闭真空退火炉炉门，并进行抽真空；

步骤6)：确定真空退火的工艺参数和加热曲线；

步骤7)：结合所述工艺参数和加热曲线控制真空退火炉进行退火。

进一步，所述步骤1)具体包括：

步骤1.1)、先焊接3n个扇形料仓单元，n为不小于1的整数，并使用无水乙醇擦拭干净后放入真空退火炉进行去应力退火，退火温度为400℃～450℃、保温4h～6h，随炉冷却，当真空退火炉炉内温度小于100℃时出炉；

步骤1.2)、将3n个扇形料仓单元通过人工搬运或吊装方式置于真空退火炉料架或载料台，3个扇形料仓单元为一组拼接成圆形装料仓，将相邻扇形料仓单元的定位销片的中心开设的通孔对齐，利用销钉从通孔穿过并配合螺母实现紧固，完成圆形装料仓的制作。

进一步，所述步骤5)的装炉过程具体为：

当所述真空退火炉为卧式真空退火炉时，采用单层装料仓方式，沿所述真空退火炉长度方向每连续铺装料仓1.2m～1.5m后间隔50mm～100mm后继续铺转下一组装料仓，以确保每段加热区内装料仓之间热量流通通道均匀、一致；

当所述真空退火炉为立式真空退火炉时，采用多层装料仓方式，单层装料仓的数量遵循最大尺寸不超过均温区长、宽尺寸，依次装入真空退火炉料架或载料台的第2层，……，第n层，装载量不超过真空退火炉允许装载量的2/3。

进一步，所述步骤6)中真空退火的工艺参数如下，

不完全再结晶退火的温度为450℃～520℃，完全再结晶退火的温度为530℃～650℃；入炉前真空度优于7×10^-3Pa，入炉温度≤400℃，升温速率≤5℃/min；

退火过程设定不少于2个均温平台，具体为：入炉均温，升温过程温度高于400℃后，每间隔50℃～100℃设置一个均温平台，均温时间为30min～90min，不完全再结晶退火达温后保温时间为240min～480min，再结晶退火达温后保温时间为90min～240min，冷却方式为随炉冷却或＜400℃充氩冷却，出炉温度＜100℃。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

首先，本发明根据真空退火炉炉室均温区规格、料架规格、加热方式、装载量、管材外径及长度尺寸、材料吸气特性、工装结构稳定性等，专门设计了真空退火炉专用薄壁短管热处理用装料仓，结合改进的装炉方式、调整退火升温曲线及退火工艺参数，真空退火炉料架或载料台上放置热处理用装料仓、组合拼装并固定工装、将薄壁短管垂直、整齐放置在热处理用装料仓内、采取防氧化措施、根据装炉量及管材性能要求设定加热曲线、加热温度及保温时间等工艺参数，保证薄壁短管热处理后不发生尺寸变形、不产生表面划伤、改善直线度、防止表面氧化、改善退火物料性能的均匀性并提高热处理效率。

此外，该装料仓采用三个结构相同的扇形料仓单元拼接形成，具有以下优点：1、能够使装料更为便捷，扇形料仓单元相当于对整体圆形料仓的容积分割，装入管材时不易倾倒、可防止管材表面划伤且能够提高装料效率。2、3个120°扇形料仓单元拼接成一个圆形料仓，3个扇形料仓单元的直线边构成了拼接后圆形料仓3个成120°夹角的加强筋，该结构较单独的圆形、矩形料仓更加稳定，退火过程不易发生变形，能够防止退火过程的料仓热疲劳变形导致退火物料挤压变形，提高退火管材成品率，同时也能够提高装料仓的使用寿命。3、组合式单元料仓结构易于搬运操作且通用性较强，不易受炉膛结构及炉体加热方式的限制，可根据退火炉均温区尺寸、真空退火炉料架或载料台尺寸及装炉量要求平铺或叠放多组料仓。4、使用锆合金板材作为料仓的制作材料，利用其良好的吸气性能，可防止退火物料表面出现氧化色、表面颜色不均匀现象。5、3个120°扇形料仓单元组合成为一个圆形料仓的设计结构较整体式料仓，对退火管材进行了分隔，具有较佳的热辐射传热性能，缩小炉室内不同位置管材的达温差及达温时间，提高了同炉不同位置管材性能的一致性，进而提高了薄壁短管热处理装炉量。

最后，本发明提供的退火工艺可改善薄壁短管退火后直线度，降低了通过矫正改善管材直线度而造成管材尺寸变形报废的数量；避免了传统管材平铺堆叠装料受管材装料层数影响导致装炉量小、退火效率低及成本增高的问题，避免了传统管材立式打孔吊装退火因增加打孔工序影响退火效率、增加退火成本的问题；缩短退火物料达温差，提高同炉物料性能一致性。使用锆合金板材作为装料仓的制备原材料，配合不锈钢网或锆网，可利用锆良好的吸气性能及不锈钢网/锆网增大吸气面积，在退火过程中吸收气体防止物料表面氧化。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓的俯视图；

图2为本发明提供的一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓的主视图；

图3为本发明提供的一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓的侧视图；

图4为本发明提供的扇形料仓单元的俯视图；

图5为本发明提供的扇形料仓单元的后视图；

图6为图5的A-A向剖视图；

图7为本发明提供的端盖的俯视图；

图8为图7的B-B向剖视图；

图9为图7的侧视图；

图10为本发明提供的一种锆合金薄壁短管的退火工艺的流程图。

其中：1、定位销片；2、扇形料仓单元；3、U型吊装把手；4、端盖。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置、方法的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

需要说明的是，下述实施例中：

加热曲线是由升温速率、均温平台、热处理温度、保温时间等工艺参数设定形成；退火工艺参数一般指热处理温度、保温时间、冷却方式、真空度要求等工艺参数。

均温区是指热处理炉的有效工作区域，即满足热处理炉工艺和温度均匀性要求的允许装料空间；而均温平台是指热处理过程中为保障炉内物料性能的一致性，在设定加热曲线时，专门设定在加热至一定温度点保温一段时间，从曲线上看是一个平台，称为均温平台。

对一个圆形装料仓而言，当需要热处理的锆合金薄壁短管的根数不足，无法装满所有扇形料仓单元2时或需要固定退火工艺参数批量生产时，可选择对应配重量的配料进行配重，以保证相同工艺不同炉次退火物料性能的一致性，并且可防止因退火物料数量不足，导致仓内物料倾倒造成退火后直线度不合格。

实施例1

参见图1-7所示，本实施例提供了一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓，包括圆形的装料仓本体，所述装料仓本体由多个料仓单元拼接形成，每个所述料仓单元均设置有连接部，通过所述连接部并配合紧固件实现相邻料仓单元的固定。

进一步，所述装料仓本体由三个结构相同的扇形料仓单元2拼接形成，所述连接部为焊接在扇形料仓单元2的弧形板侧边的定位销片1，所述定位销片1中心开设有便于销钉穿过的通孔，所述销钉穿过所述通孔并配合螺母实现相邻扇形料仓单元2的固定。

进一步，所述扇形料仓单元2由两块厚度为3.5～4.5mm的矩形板、一块圆心角为120°的弧形板及一块圆心角为120°的扇形板拼焊形成。

优选地，上述矩形板、弧形板及扇形板均采用锆板，其机械强度满足承载要求，且锆合金具有良好的吸气性，可防止退火物料表面氧化。

进一步，还包括设置在所述装料仓本体顶部的端盖4。具体地，所述端盖4由一块厚度为3.5～4.5mm的圆形板材及圆形围板拼焊形成，且圆形板材的直径略大于扇形料仓单元组合为圆形料仓的直径，圆形围板由矩形板材折弯360°形成，矩形板材的长度与圆形板材周长相同；而且，圆形围板的圆周面对称焊接有方便搬运的U型吊装把手3。

或者，所述端盖4由圆形板材冲压形成，且端盖4圆柱面对称焊接有方便搬运的U型吊装把手3。

进一步，扇形料仓单元2弧面距离底部三分之二处、周向二分之一处焊接有一个方便搬运的U型吊装把手3；定位销片1焊接在扇形料仓单元2的弧形板侧边的二分之一高度处，用于扇形料仓单元2拼接圆后进行紧固，防止退火过程装料仓变形。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种锆合金薄壁短管的退火工艺，结合图8所示，具体包括以下步骤：

S1、根据长度为7m的卧式真空退火炉的均温区尺寸、退火管材尺寸设计并制作退火专用装料仓，具体为：

上述7m真空退火炉均温区的规格(直径×长度)为660mm×7000mm，该炉子的加热方式特点为料仓圆周电阻丝加热，共有6个加热区；退火管材尺寸(外径×壁厚×长度)为：Ф_外13.1×0.4×500(mm)，据此设计的扇形料仓单元2的尺寸为：扇形料仓单元2的边长为500mm，高度为550mm，使用无水乙醇擦拭料仓内外表面后将扇形料仓单元2进行去应力退火，退火温度为450℃，保温时间为4h，去应力退火，消除工装剪切、折弯或冲压过程产生的内应力及焊接处热应力，防止装载物料退火过程应力释放变形导致内部装载物料受挤压变形，同时延长工装使用寿命；

S2、将轧制后的长管使用专用配套脱脂剂进行脱脂，再分别用热水和冷水进行漂洗、喷吹并进行烘干，使其内外表面的清洁度满足退火装炉要求；使用专用切管设备将管材长度分切至500mm，检查管材内外表面清洁度，必要时使用无水乙醇进行外表面擦拭或内表面喷吹，使其符合退火装炉要求；

S3、将6个扇形料仓单元2依次吊至退火炉装料台，每三个一组拼接成圆形料仓并使用螺栓紧固；装料前使用4层不锈钢网或锆网平铺料仓单元底部，依次将退火管材垂直整齐码放入扇形料仓单元2，根据胀管间隙的原则(装料仓内物料不倾倒及仓内留管与管之间≥0.1mm)计算，每个扇形料仓单元2可装管405支；其中，管与管之间不能发生位置交错且料仓中管材之间保持一定的胀管间隙，防止加热后管材膨胀，造成管材相互挤压变形。两支管材之间胀管间隙应≥0.1mm，故测算单位面积管材装载量时，管材直径按照实际直径+0.05mm进行测算；

S4、退火物料装载完成后，使用4层不锈钢网或锆网覆盖至管端，并盖上端盖4；退火装载量按照不超过退火炉总装载量三分之二约600kg进行装载，退火物料不足重量的部分，使用配重料进行配重；其中，不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓单元2的仓内扇形尺寸相同，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；

S5、装炉完成后将料台送入炉膛内，关闭炉门抽真空；

S6、根据管材性能要求选择适宜的真空退火工艺参数，上述真空退火工艺为：退火温度500℃，达温后保温6h，升温速率5℃/min，升温过程设定三个均温平台，分别为300℃/90min、400℃/60min、450℃/60min；

S7、按照步骤六退火加热曲线及工艺参数完成保温开始降温，当温度小于400℃充氩冷却，小于100℃出炉。

具体地，S4中不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓仓内扇形尺寸相同或略小，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；所述不锈钢网的材质选用奥氏体不锈钢，国标金属牌号为0Cr18Ni9(国外金属牌号为304)，其最高使用温度为930℃，所述锆网材质选用国标锆及锆合金牌号Zr-0、Zr-2、Zr-4。

进一步地，S5中装炉的具体过程为：

卧式真空炉采用单层装料仓方式，退火炉料台长、宽方向的布料数量遵循布料长、宽方向尺寸不超过退火炉均温区长、宽尺寸，沿所述真空退火炉长度方向每连续铺装料仓1.2m～1.5m后间隔50mm～100mm后继续铺转下一组装料仓，以确保每段加热区内装料仓之间热量流通通道均匀、一致，便于辐照热量在相邻段料仓之间进行互相补充，进一步提高了加热区域管材退火温度的均一性，保证了大尺寸多区加热退火炉内不同位置管材性能均匀性和稳定性。

进一步地，S6中根据成品管材组织及性能要求、退火炉的装炉量、加热方式及炉内加热带布局设计真空退火加热曲线和工艺参数，将参数信息输入真空退火炉的操作控制系统并执行，包括退火温度、保温时间、均温时间、升温速率、升温时间、充氩冷却温度设定。退火过程中需保证操作控制系统中包括温度、压力、真空度、水温和气压各项数据传输的稳定性。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种锆合金薄壁短管的退火工艺，结合图8所示，具体包括以下步骤：

S1、根据高度为1.2m的立式真空退火炉的均温区尺寸、退火管材尺寸设计并制作退火专用装料仓，具体为：

上述1.2m的立式真空退火炉炉室均温区的规格(直径×高度)为1200mm×1200mm，加热方式采用横向辐射加热和顶部、底部辅助加热相结合的加热方式，辐射加热带整体布局为立式圆筒；退火管材尺寸(外径×壁厚×长度)为：Ф_外13.1×0.4×500(mm)，据此设计的扇形料仓单元2的尺寸为：扇形料仓单元2的边长为500mm，高度为550mm，使用无水乙醇擦拭料仓内外表面后将扇形料仓单元进行去应力退火，退火温度为450℃，保温时间为4h；

S2、将轧制后的长管使用专用配套脱脂剂进行脱脂，再分别用热水和冷水进行漂洗、喷吹并进行烘干，使其内外表面的清洁度满足退火装炉要求；使用专用切管设备将管材长度分切至500mm，检查管材内外表面清洁度，必要时使用无水乙醇进行外表面擦拭或内表面喷吹，使其符合退火装炉要求；

S3、将6个扇形料仓单元2依次吊至退火炉装料台，每三个一组拼接成圆形料仓并使用螺栓紧固；装料前使用3层不锈钢网或锆网平铺料仓单元底部，依次将退火管材垂直整齐码放入扇形料仓单元2，并将装满管材的扇形料仓单元2依次放入立式退火炉圆形料盘上(每个圆形料仓放置于对应的立式退火炉圆形料盘上)，根据胀管间隙的原则(装料仓内物料不倾倒及仓内留管与管之间≥0.1mm)计算，每个扇形料仓单元2可装管405支；

S4、退火物料装载完成后，使用3层不锈钢网或锆网覆盖至管端，并盖上端盖4；退火装载量按照不超过退火炉总装载量三分之一约900kg进行装载，退火物料不足重量的部分，使用配重料进行配重；

S5、装炉完成后将料台送入炉膛内，关闭炉门抽真空；

S6、根据管材性能要求选择适宜的真空退火工艺参数，上述真空退火工艺参数为：退火温度550℃，达温后保温6h，升温速率5℃/min，升温过程设定两个均温平台，分别为300℃/60min、400℃/60min；

S7、按照步骤六退火加热曲线及工艺参数完成保温开始降温，当温度小于400℃充氩冷却，小于100℃出炉。

进一步地，S5中装炉的具体过程为：立式真空退火炉采取多层装料仓方式，单层布料仓数量遵循最大尺寸不超过均温区长、宽尺寸，依次装入料架/载料台第2层，……，第n层。以上不同真空退火炉(卧式和立式)的装炉量均不超过总装载量的2/3，立式装炉时料仓之间也需要间隙，保证热量流通。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种锆合金薄壁短管的退火工艺，结合图8所示，所述退火工艺具体包括以下步骤：

S1、根据长度为5m的卧式真空退火炉的均温区尺寸、退火管材尺寸设计并制作退火专用装料仓，具体为：

上述5m真空退火炉均温区的规格(直径×长度)为660mm×5000mm，该炉子的加热方式特点为料仓圆周电阻丝加热，共有4个加热区；退火管材尺寸(外径×壁厚×长度)为：Ф_外12.45×0.5×550(mm)，据此设计的扇形料仓单元2的尺寸为：扇形料仓单元2的边长为500mm，高度为600mm，使用无水乙醇擦拭料仓内外表面后将扇形料仓单元2进行去应力退火，退火温度为450℃，保温时间为4h；

S2、将轧制后的长管使用专用配套脱脂剂进行脱脂，再分别用热水和冷水进行漂洗、喷吹并进行烘干，使其内外表面的清洁度满足退火装炉要求；使用专用切管设备将管材长度分切至550mm，检查管材内外表面清洁度，必要时使用无水乙醇进行外表面擦拭或内表面喷吹，使其符合退火装炉要求；

S3、将9个扇形料仓单元2依次吊至退火炉装料台，每三个一组拼接成圆形料仓并使用螺栓紧固；装料前使用4层不锈钢网或锆网平铺料仓单元底部，依次将退火管材垂直整齐码放入扇形料仓单元2，根据胀管间隙的原则(装料仓内物料不倾倒及仓内留管与管之间≥0.1mm)计算，每个扇形料仓单元2可装管450支；其中，管与管之间不能发生位置交错且料仓中管材之间保持一定的胀管间隙，防止加热后管材膨胀，造成管材相互挤压变形。两支管材之间胀管间隙应≥0.1mm，故测算单位面积管材装载量时，管材直径按照实际直径+0.05mm进行测算；

S4、退火物料装载完成后，使用4层不锈钢网或锆网覆盖至管端，并盖上端盖4；退火装载量按照不超过退火炉总装载量三分之二约600kg进行装载，退火物料不足重量的部分，使用配重料进行配重；其中，不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓单元2的仓内扇形尺寸相同，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；

S5、装炉完成后将料台送入炉膛内，关闭炉门抽真空；

S6、根据管材性能要求选择适宜的真空退火工艺参数，上述真空退火工艺为：退火温度580℃，达温后保温3h，升温速率3℃/min，过程设定三个均温平台，分别为300℃/90min、400℃/60min、500℃/60min；

S7、按照步骤六退火加热曲线及工艺参数完成保温开始降温，当温度小于400℃充氩冷却，小于100℃出炉。

具体地，S4中不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓仓内扇形尺寸相同或略小，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；所述不锈钢网的材质选用奥氏体不锈钢，国标金属牌号为0Cr18Ni9(国外金属牌号为304)，其最高使用温度为930℃，所述锆网材质选用国标锆及锆合金牌号Zr-0、Zr-2、Zr-4。

进一步地，S5中装炉的具体过程为：

卧式真空炉采用单层装料仓方式，退火炉料台长、宽方向的布料数量遵循布料长、宽方向尺寸不超过退火炉均温区长、宽尺寸，沿所述真空退火炉长度方向每连续铺装料仓1.2m～1.5m后间隔50mm～100mm后继续铺转下一组装料仓，以确保每段加热区内装料仓之间热量流通通道均匀、一致，便于辐照热量在相邻段料仓之间进行互相补充，进一步提高了加热区域管材退火温度的均一性，保证了大尺寸多区加热退火炉内不同位置管材性能均匀性和稳定性。

进一步，S6中根据成品管材组织及性能要求、退火炉的装炉量、加热方式及炉内加热带布局设计真空退火加热曲线和工艺参数，将参数信息输入真空退火炉的操作控制系统并执行，包括退火温度、保温时间、均温时间、升温速率、升温时间、充氩冷却温度设定。退火过程中需保证操作控制系统中包括温度、压力、真空度、水温和气压各项数据传输的稳定性。

实施例5

在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种锆合金薄壁短管的退火工艺，结合图8所示，具体包括以下步骤：

S1、根据长度为7m的卧式真空退火炉的均温区尺寸、退火管材尺寸设计并制作退火专用装料仓，具体为：

上述7m真空退火炉均温区的规格(直径×长度)为660mm×7000mm，该炉子的加热方式特点为料仓圆周电阻丝加热，共有6个加热区；退火管材尺寸(外径×壁厚×长度)为：Ф_外12.7×0.3×450(mm)，据此设计的扇形料仓单元2的尺寸为：扇形料仓单元2的边长为500mm，高度为500mm，使用无水乙醇擦拭料仓内外表面后将扇形料仓单元2进行去应力退火，退火温度为400℃，保温时间为6h；

S2、将轧制后的长管使用专用配套脱脂剂进行脱脂，再分别用热水和冷水进行漂洗、喷吹并进行烘干，使其内外表面的清洁度满足退火装炉要求；使用专用切管设备将管材长度分切至450mm，检查管材内外表面清洁度，必要时使用无水乙醇进行外表面擦拭或内表面喷吹，使其符合退火装炉要求；

S3、将9个扇形料仓单元2依次吊至退火炉装料台，每三个一组拼接成圆形料仓并使用螺栓紧固；装料前使用3层不锈钢网或锆网平铺料仓单元底部，依次将退火管材垂直整齐码放入扇形料仓单元2，根据胀管间隙的原则(装料仓内物料不倾倒及仓内留管与管之间≥0.1mm)计算，每个扇形料仓单元2可装管435支；其中，管与管之间不能发生位置交错且料仓中管材之间保持一定的胀管间隙，防止加热后管材膨胀，造成管材相互挤压变形。两支管材之间胀管间隙应≥0.1mm，故测算单位面积管材装载量时，管材直径按照实际直径+0.05mm进行测算；

S4、退火物料装载完成后，使用3层不锈钢网或锆网覆盖至管端，并盖上端盖4；退火装载量按照不超过退火炉总装载量三分之一约900kg进行装载，退火物料不足重量的部分，使用配重料进行配重；其中，不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓单元2的仓内扇形尺寸相同，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；

S5、装炉完成后将料台送入炉膛内，关闭炉门抽真空；

S6、根据管材性能要求选择适宜的真空退火工艺参数，上述真空退火工艺为：退火温度600℃，达温后保温3h，升温速率5℃/min，过程设定三个均温平台，分别为350℃/90min、450℃/60min、550℃/60min；

S7、按照步骤六退火加热曲线及工艺参数完成保温开始降温，当温度小于400℃充氩冷却，小于100℃出炉。

具体地，S4中不锈钢网或锆网尺寸与扇形料仓仓内扇形尺寸相同或略小，用于退火过程吸气，防止管材表面氧化；所述不锈钢网的材质选用奥氏体不锈钢，国标金属牌号为0Cr18Ni9(国外金属牌号为304)，其最高使用温度为930℃，所述锆网材质选用国标锆及锆合金牌号Zr-0、Zr-2、Zr-4。

进一步地，S5中装炉的具体过程为：

卧式真空炉采用单层装料仓方式，退火炉料台长、宽方向的布料数量遵循布料长、宽方向尺寸不超过退火炉均温区长、宽尺寸，沿所述真空退火炉长度方向每连续铺装料仓1.2m～1.5m后间隔50mm～100mm后继续铺转下一组装料仓，以确保每段加热区内装料仓之间热量流通通道均匀、一致，便于辐照热量在相邻段料仓之间进行互相补充，进一步提高了加热区域管材退火温度的均一性，保证了大尺寸多区加热退火炉内不同位置管材性能均匀性和稳定性。

进一步地，S6中根据成品管材组织及性能要求、退火炉的装炉量、加热方式及炉内加热带布局设计真空退火加热曲线和工艺参数，将参数信息输入真空退火炉的操作控制系统并执行，包括退火温度、保温时间、均温时间、升温速率、升温时间、充氩冷却温度设定。退火过程中需保证操作控制系统中包括温度、压力、真空度、水温和气压各项数据传输的稳定性。

综上，本发明提供的该装料仓，其装料采用管材垂直装料方式，管材之间无交错，装料数量既要保障管材不倾斜，同时要确保管壁之间无挤压，通常根据装料仓体积容量及管材直径计算装炉量。以上装料方式有以下几方面优点：1.避免管材多层平铺装料导致底层管材加热软化且受上层压力的影响发生椭圆度超差，从而提高退火管材合格率；2.改善管材直线度，避免装料交错或松散导致退火过程直线度恶化或对改善直线度无贡献，减少需矫直管材数量，降低生产成本及矫直造成管材尺寸超差及氢化物不合的风险。

此外，由于锆管退火极易发生氧化，本发明采用“料仓吸气+不锈钢网/锆网吸气”的方式防止退火管材表面发生氧化，料仓及仓盖采用锆板制作，管材装入料仓后再在上层铺垫3～4层不锈钢网/锆网后盖锆合金仓盖。上述防氧化方法有以下几方面优点：1.锆合金有非常优异的吸气性能，能强烈地吸收氮、氢、氧等气体，使用锆合金板材制作退火料仓即有足够强度可承载管材、不污染管材又能够很好地吸收管材退火过程中释放的气体，防止管材表面氧化；2.退火过程气体朝上挥发，故管材上端口易发生吸气氧化，采用不锈钢网或锆网可增大吸气表面积且质量轻，既不会划伤管材端面又能充分吸收管材上端口挥发气体。

最后，由于真空炉物料加热的方式主要是热辐射，薄壁管热透性较好，工业化大批量退火时，炉内不同位置物料存在达温时间差，从而导致物料因保温时间存在较大差异使得性能存在较大的波动性。为提高薄壁管材工业化大批量退火质量稳定性，本发明装炉采用料仓连续摆放超过1.2m～1.5m长或高，并留出50mm～100mm(相邻料架或载料台之间的距离，或者相邻组的料仓之间的距离)的热辐射流通通道，退火工艺采用低温装炉、升温阶段设定不少于两个均温平台的加热方式。以上方法的优点是：使整炉物料能够在再结晶前达到温度一致，减小不同位置物料达温时间差，有效避免物料“外层热透，芯部热不透”的现象发生，是一种能够提高单炉装料量的有效退火方法，显著改善管材性能稳定性并提升工业化生产效率。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，包括圆形的装料仓本体，所述装料仓本体由多个料仓单元拼接形成，每个所述料仓单元均设置有连接部，通过所述连接部并配合紧固件实现相邻料仓单元的固定。

2.根据权利要求1所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，所述装料仓本体由三个结构相同的扇形料仓单元(2)拼接形成，所述连接部为焊接在扇形料仓单元(2)的弧形板侧边的定位销片(1)，所述定位销片(1)中心开设有便于销钉穿过的通孔，所述销钉穿过所述通孔并配合螺母实现相邻扇形料仓单元(2)的固定。

3.根据权利要求2所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，所述扇形料仓单元(2)由两块厚度为3.5～4.5mm的矩形板、一块圆心角为120°的弧形板及一块圆心角为120°的扇形板拼焊形成。

4.根据权利要求1所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，还包括设置在所述装料仓本体顶部的端盖(4)。

5.根据权利要求4所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，所述端盖(4)由一块厚度为3.5～4.5mm的圆形板材及圆形围板拼焊形成；或者，所述端盖(4)由圆形板材冲压形成。

6.根据权利要求5所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓，其特征在于，所述端盖(4)周面焊接有方便搬运的U型吊装把手(3)。

7.一种锆合金薄壁短管的退火工艺，其特征在于，具体包括以下步骤，

步骤1)：制作适用于锆合金薄壁短管真空退火的装料仓，所述装料仓为权利要求1～6任一项所述的锆合金薄壁短管热处理用装料仓；

步骤2)：对要装入装料仓的多根薄壁短管进行预处理，以满足真空退火炉的装炉要求；

步骤3)：装料前使用3～4层不锈钢网或锆网平铺装料仓本体底部，将步骤2)预处理后的薄壁短管垂直、整齐码放入装料仓本体中，直至所述装料仓本体装满；其中，相邻薄壁短管之间预留有胀管间隙l，且l≥0.1mm，用以防止加热后薄壁短管膨胀造成管材相互挤压变形；

步骤4)：在所述装料仓本体的上方铺盖3～4层不锈钢网或锆网，并在所述装料仓本体的顶部加盖端盖并进行密封；

步骤5)：将步骤4)密封好的装料仓本体竖立地装入真空退火炉料架或载料台，装炉完成后关闭真空退火炉炉门，并进行抽真空；

步骤6)：确定真空退火的工艺参数和加热曲线；

步骤7)：结合所述工艺参数和加热曲线控制真空退火炉进行退火。

8.根据权利要求7所述的锆合金薄壁短管的退火工艺，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

步骤1.1)、先焊接3n个扇形料仓单元(2)，n为不小于1的整数，并使用无水乙醇擦拭干净后放入真空退火炉进行去应力退火，退火温度为400℃～450℃、保温4h～6h，随炉冷却，当真空退火炉炉内温度小于100℃时出炉；

步骤1.2)、将3n个扇形料仓单元(2)通过人工搬运或吊装方式置于真空退火炉料架或载料台，3个扇形料仓单元(2)为一组拼接成圆形装料仓，将相邻扇形料仓单元(2)的定位销片(1)的中心开设的通孔对齐，利用销钉从通孔穿过并配合螺母实现紧固，完成圆形装料仓的制作。

9.根据权利要求7所述的锆合金薄壁短管的退火工艺，其特征在于，所述步骤5)的装炉过程具体为：

当所述真空退火炉为卧式真空退火炉时，采用单层装料仓方式，沿所述真空退火炉长度方向每连续铺装料仓1.2m～1.5m后间隔50mm～100mm后继续铺装下一组装料仓，以确保每段加热区内装料仓之间热量流通通道均匀、一致；

当所述真空退火炉为立式真空退火炉时，采用多层装料仓方式，单层装料仓的数量遵循最大尺寸不超过均温区长、宽尺寸，依次装入真空退火炉料架或载料台的第2层，……，第n层，装载量不超过真空退火炉允许装载量的2/3。

10.根据权利要求7所述的锆合金薄壁短管的退火工艺，其特征在于，所述步骤6)中真空退火的工艺参数如下，

不完全再结晶退火的温度为450℃～520℃，完全再结晶退火的温度为530℃～650℃；入炉前真空度优于7×10^-3Pa，入炉温度≤400℃，升温速率≤5℃/min；

退火过程设定不少于2个均温平台，具体为：入炉均温，升温过程温度高于400℃后，每间隔50℃～100℃设置一个均温平台，均温时间为30min～90min，不完全再结晶退火达温后保温时间为240min～480min，再结晶退火达温后保温时间为90min～240min，冷却方式为随炉冷却或＜400℃充氩冷却，出炉温度＜100℃。