CN1245834A - 用作燃料棒包覆层的新型锆合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有优良耐腐蚀性和高强度的锆合金,可用作轻水和重水核电厂反应堆芯体中的燃料棒包覆层、间隔栅格及结构组份。以重量百分计算,锆合金各组份含量为:铌0.3—0.6,锡0.7—1.0,选自钼、铜和锰中一种0.05—0.4,氧600—1400ppm,及其余百分量的锆。其中还可添加铁0.2—0.5和/或铬0.05—0.25。或者改变某些组份用量:铌0.05—0.3,锡0.8—1.6,铁0.25—0.5,钼和铜之一0.05—0.20或者钼、铜或锰中任何一种0.05—0.20。
Description
本文所描述的本发明是关于一种锆(Zr)合金组合物，它具有优异的耐腐蚀性和高的强度。具体地说，本发明是关于用作轻水反应堆(LWR)和重水反应堆(HWR)的燃料包覆层、间隔栅格及堆芯体结构组份的具有优异耐腐蚀性和高强度的一些合金。
锆合金类，特别是锆合金Zircaloy-2和Zircaloy-4，已经广泛用作核反应堆芯的燃料棒包覆层和结构元件。
下面简述锆合金的发展：锆合金Zircaloy-1(锡：2.5(重量)％；锆：余量或差额)；锆合金Zircaloy-2(锡：1.20-1.70(重量)％，铁：0.07-0.20(重量)％，铬：0.05-1.15(重量)％，镍：0.03-0.08(重量)％，氧：900-1500ppm，锆：余量，其中铁+铬+镍：0.16-1.70(重量)％)；锆合金Zircaloy-3A(锡：2.5(重量)％，铁：0.25(重量)％，锆：余量)；锆合金Zircaloy-3B(锡：0.5(重量)％，铁：0.4(重量)％，锆：余量)；锆合金Zircaloy-3C(锡：0.5(重量)％，铁：0.2(重量)％，镍：0.2(重量)％，锆：余量)；锆合金Zircaloy-4(锡：1.20-1.70(重量)％，铁：0.18-0.24(重量)％，铬：0.07-0.13(重量)％，氧：900-1500ppm，镍：＜0.07(重量)％，锆：余量，其中铁+铬：0.28-0.24(重量)％)；等等。上述合金中，除锆合金Zircaloy-2和锆合金Zircaloy-4之外，其余的还未商品化，这是由于它们在反应堆中的机械强度和耐腐蚀性均较差。
用于核电厂的操作条件是趋于高的燃耗，增加操作温度，有高的pH，所以锆合金不能用作燃料棒的包覆层。最近，广泛的和成功的研究与发展是集中于增加锆合金的耐腐蚀性。
美国专利号No.4,649,023是关于一些锆合金，它们含有如下合金成份及其中间产品和最后成品的生产工艺方法：
铌，用量范围为0.5-2.0(重量)％；
锡，高至1.5(重量)％；
一第三合金元素，高至0.25(重量)％；以及
其余量为锆。第三合金元素是如下元素之一，如铁、铬、钼、钒、铜及钨。
这种合金的特征是具有小于约800的均相分布精细沉淀物的微结构。这包括通过控制其微结构来改进在高温蒸汽中的耐腐蚀性。
具有与美国专利No.4,649,023相似的耐腐蚀性的锆合金，在美国专利Nos.5,112,573和5,230,758中提出了。这种合金包括用量范围为0.5-2.0(重量)％的铌，用量范围为0.7-1.5(重量)％的锡，用量范围为0.07-0.14(重量)％的铁，用量范围为0.03-0.14(重量)％的镍和铬中的至少一种，以及碳高至220ppm，其中镍和铬的总量至少为0.12(重量)％。通过添加用量为0.03-0.08(重量)范围的铬和镍，耐腐蚀性得到了改进。
美国专利No.4,879,093披露了锆合金耐腐蚀性和韧性的改进，是通过在锆合金中添加高至0.6(重量)％的铌或高至0.1(重量)％的钼。氧的用量范围为1000-1600ppm，以及第二相(Second-phase)处于范围1200至1800。
一项改进了核电厂反应堆芯中耐腐蚀性的发明，即美国专利No.5,080,861中的锆合金，含有高至0.6(重量)％的铌，高至0.2(重量)％的锑，高至0.2(重量)％的碲，范围为0.5-1.0(重量)％的锡，范围为0.8-0.24(重量)％的铁，范围为0.07-0.13(重量)％的铬，范围为900-2000ppm的氧，少于70ppm的镍，以及少于200ppm的碳。这种合金是由α-相组成，其中大小为1200-1800的第二相是有某种程度的沉淀，并可包含高至0.2(重量)％的硅以代替碲和砷(As)。
基于上述专利，美国专利No.5,080,861的改进了的锆合金补充发布于美国专利No.5,211,774。这种合金与上述专利中的合金具有相似的合金组成，由于存在稳定化的α相而改进了韧性、抗蠕变强度和耐腐蚀等性能。它含有合金组份如下：
锡，用量范围为0.8-1.2(重量)％；
铁，用量范围为0.2-0.5(重量)％(典型为0.35(重量)％)；
铬，用量范围为0.1-0.4(重量)％(典型为0.25(重量)％)；
铌，用量高至0.6(重量)％(典型的高至0.3(重量)％)；
硅，用量范围为50-200ppm(典型的为100ppm)；
氧，用量范围为900-1800ppm(典型为1600ppm)；以及
其余量为锆。
在这种合金中，硅减少了氢的吸收保持量，并且增加了耐腐蚀性。
美国专利No.5,244,514还披露了一种锆合金，它具有一些稳定化的沉淀物，沉淀物是当合金曝露于热中子及高温时形成的。这种合金与前面所述的一些合金相比，含有较少量的锡，并具有热中子的低俘获截面，优良的耐腐蚀性，低的氢吸收保持，良好的可加工性，以及改进了的抗蠕变性。这种合金是由如下元素组成：高至1.0(重量)％的钒，高至1.0(重量)％的铌，高至0.2(重量)％的锑及碲，高至0.5(重量)％的锡，范围为0.2-0.5(重量)％的铁，范围为0.1-0.4(重量)％的铬，范围为50-200ppm的硅，高至2200ppm的氧以及其余量的锆。在此合金中形成了沉淀物的钒化合物(ZrV2)提供了良好的抗蠕变性、低的氢保持及在中子通量和在高燃耗中的稳定性。
美国专利No.5,254,308透露了一种合金，其中加入铌和铁来保持机械性能。这种合金含有如下元素：范围为0.45-0.75(重量)％(典型为0.6重量％)的锡；范围为0.4-0.53(重量)％(典型为0.45重量％)的铁；范围为0.2-0.3(重量)％(典型为0.25重量％)的铬；范围为0.3-0.5(重量)％(典型为0.45重量％)的铬；范围为0.012-0.03(重量)％(典型为0.02重量％)的镍；范围为50-200ppm(典型为100ppm)的硅；范围为1000-2000ppm(典型为1600ppm)的氧；以及其余量为锆，在其中铁与铬(Fe/Cr)之比为1.5。铌的量是相对固定于铁的量，而铁对氢的保持有作用。而且，镍、硅、碳及氧都是固定的，是为了保持其有优良耐腐蚀性和高强度。
美国专利No.5,278,882还描述了一种不含有铌的锆合金，它含有如下元素：范围为0.4-1.0(重量)％(典型为0.5重量％)的锡；范围为0.3-0.6(重量)％(典型为0.46重量％)的铁；范围为0.2-0.4(重量)％(典型为0.23重量％)的铬；范围为0.012-0.03(重量)％(典型为0.02重量％)的镍；范围为50-200ppm(典型为100ppm)的硅；范围为1200-2500ppm(典型为1800ppm)的氧；以及其余量为锆。
美国专利No.5,334,345透露了一种改进了耐腐蚀和抗氢吸收保持的锆合金，其组成如下：
锡，其用量范围为1.0-2.0(重量)％；
铁，其用量范围为0.07-0.70(重量)％；
铬，其用量范围为0.05-0.15(重量)％；
镍，其用量范围为0.16-0.40(重量)％；
铌，其用量范围为0.015-0.30(重量)％(典型范围为0.015-0.20重量％)；
硅，其用量范围为0.002-0.05(重量)％(典型范围为0.015-0.05重量％)；
氧，用量范围为900-1600ppm；以及
锆，为其余量。
美国专利No.5,366,690描述了另一种锆合金，在其中锡、氮和铌的用量，每个均加以控制，该合金含有如下元素：范围为0-1.50(重量)％(典型为0.6重量％)的锡；范围为0-0.24(重量)％(典型为0.12重量％)的铁；范围为0-0.15(重量)％(典型为0.10重量％)的铬；范围为0-2300ppm的氮；范围为0-100ppm的硅；范围为0-1200ppm(典型为1200ppm)的氧；范围为0-0.5(重量)％(典型为0.45重量％)的铌。
美国专利Nos.4,863,685；4,986,975；5,024,809；及5,026,516是关于一种锆合金，具有锡(0.5-2.0重量％)，其它合金元素(0.5-1.0重量％)，以及氧(0.09-0.16重量％)。在美国专利No.4,863,685报导的合金中，其它合金元素是钼、碲及其混合物，铌—碲或铌—钼。在美国专利Nos.4,986,975中，铜、镍和铁的用量是限于0.24-0.40(重量)％范围，以及铜加入量大于0.05(重量)％。在美国专利Nos.5,024,809及5,026,516中，各合金元素的添加范围为0.5-1.0(重量)％，这与美国专利No.4,863,685中的相同。铋(Bi)或(Bi+Sn)加入到该合金中，其它合金元素是钼、铌、及碲。
美国专利No.4,938,920透露了一种有较好的耐腐蚀性的改进型锆合金，在其中锡减少到0-0.8(重量)％范围，和钒为0-0.3(重量)％范围，以及铌为0-1(重量)％范围。这种合金含有0.2-0.8(重量)％的铁，0-0.4(重量)％的铬，及1000-1600ppm范围的氧。(铁+铬+钒)的量也是限制于0.25-1.0(重量)％。当这种合金在压热釜中在400℃试验以测量耐腐蚀性时，具有组成为0.8锡-0.22铁-0.11铬-0.14氧，0.4铌-0.67铁-0.33铬-0.15氧，0.75铁-0.25钒-0.1氧及0.25锡-0.2铁-0.15钒-0.1氧的合金的重量增加减少到约60％的锆合金Zircaloy-4重量增加，这些合金的抗张强度与锆合金Zircaloy-4的相同。
美国专利No.4,981,527透露了一种高级锆合金，是有高度均匀的和结节的耐腐蚀性，含有如下合金组份：
铁，范围为0.1-0.35(重量)％；
钒，范围为0.07-0.4(重量)％；
氧，范围为0.05-0.3(重量)％；
硅，少于0.25(重量)％；
铌，少于0.25(重量)％；以及
锆，为其余量。
(铁+钒)的量是固定的，少于0.75(重量)％，以改进在冷加工过程中的可加工性。铌和锡的量根据腐蚀试验予以限制，并且加入氧以改进硬度和抗蠕变性。这种合金在同样的冶金条件下具有高度均一的和结节的耐腐蚀性。
美国专利No.4,963,323透露了一种燃料包覆层材料并且改进了耐腐蚀性，是通过调节前述锆合金Zircaloy-4的组份。亦即，在此合金中，锡的用量减少和加入铌作为补偿，并将氮的量控制到少于60ppm。因而该合金含有0.2-1.15(重量)％的锡，0.19-0.6(重量)％(典型为0.19-0.24重量％)的铁，0.07-0.4(重量)％(典型为0.07-0.4重量％)的铬，0.05-0.5(重量)％的铌，以及少于60ppm的氮。
美国专利No.5,017,336披露了一种用铌、钽(Ta)、钒及钼改进了的锆合金Zircaloy-4，该合金含有合金组份如下：
锡，用量范围为0.2-0.9(重量)％；
铁，用量范围为0.18-0.6(重量)％；
铬，用量范围为0.07-0.4(重量)％；
铌，用量范围为0.05-0.5(重量)％；
钽，用量范围为0.01-0.2(重量)％；
钒，用量范围为0.05-1(重量)％；
钼，用量范围为0.05-1(重量)％；以及
锆，为其余百分量。
美国专利No.5,196,163披露了一种改进了的锆合金，含有钽和常用的一些组份即锡、铁和铬，但含有钽和选择性地铌，该合金的组成如下：
锡，用量范围为0.2-1.15(重量)％；
铁，用量范围为0.19-0.6(重量)％；(典型为0.19-0.24重量％)；
铬，用量范围为0.07-0.4(重量)％；(典型为0.07-0.13重量％)；
钽，用量范围为0.01-0.2(重量)％；
铌，用量范围为0.05-0.5(重量)％；
氮，少于60ppm；以及
锆，为其余百分量。
美国专利No.5,560,799披露的锆合金，含有以下合金组份：
铌，范围为0.5-1.5(重量)％；
锡，范围为0.9-1.5(重量)％；
铁，范围为0.3-0.6(重量)％；
铬，范围为0.005-0.2(重量)％；
碳，范围为0.005-0.04(重量)％；
氧，范围为0.05-0.15(重量)％；
硅，范围为0.005-0.15(重量)％；以及
锆，为其余百分量。
在该专利中，各沉淀物，锆(铌，铁)2，锆(铁，铬，铌)，及(锆，铌)3铁，之间的距离被限定于0.20-0.40μm范围内，含有铁的沉淀的体积限定于沉淀物总体积的60％。
加拿大专利2,082,691描述了一种锆合金，通过添加0.1-0.5(重量)％的铋和0.1-0.5(重量)％(典型为0.1-0.3重量％)的铌改进了耐腐蚀性，同时保持海绵状锆程度的韧性。
加拿大专利2,158,468披露的合金，含有铯或镁，它们是四方形ZrO2的稳定元素，其用量范围为2-10(重量)％。加入的氧量为500-2000ppm，一种元素是选自如下一组：锡、铌、铁、铬、镍、钼、钽、钙、镁、钒、铝、硅和钛，添加的用量范围为0.1-1.5(重量)％，添加的溶质元素是少于15(重量)％。例如锆-0.2％铁-0.1％铬-(3-9％)铈-(1000-1500ppm)氧和锆-1.5％锡-0.3％(铁+铬)-(2-10％)铈的合金的耐腐蚀性是高的。
由于热中子的小俘获截面和在高温下的相对良好的耐腐蚀性，所以锆合金适用作燃料棒包覆层材料。用于现有燃料棒包覆层的锆合金是含有锡、铁、铬及镍的一些锆合金Zircaloys。
然而，考虑到伸长的和高的燃耗燃料的一些情况，锆合金Zircaloys用作燃棒包覆层材已变得有限了，这是由于增加了腐蚀和辐照蠕变的原因。因此，现在要求发展具有高强度和耐腐蚀的先进锆合金。
我们，本发明的发明人们，已经成功地研制出了一种锆合金，它比已有的一些结合金Zircaloys有更高的强度和优良的耐腐蚀性，是通过改变合金元素的种类和用量达到了目的。
本发明的目的是提供一种具有优良耐腐蚀性和高强度的先进锆合金，适用作核电站反应堆芯中的燃料棒包覆层、间隔栅格以及其它结构组件。
为了达到上述目的，本发明的具有优良的耐腐蚀性和高强度的锆合金，包含有用量范围为0.3-0.6(重量)％的铌；用量范围为0.7-1.0(重量)％的锡；一种元素选自如下一组：钼、铜和锰，用量范围为0.05-0.4(重量)％；用量范围为600-1400ppm的氧；以及其余百份量的锆。
而且，本发明的锆合金含有范围为0.3-0.6(重量)％的铌；范围为0.7-1.0(重量)％的锡；范围为0.2-0.5(重量)％的铁；一种元素选自钼、铜和锰，用量为0.05-0.4(重量)％；范围为600-1400ppm的氧；以及其余百分量的锆。
还有，本发明的锆合金，含有用量范围为0.3-0.6(重量)％的铌；范围为0.7-1.0(重量)％的锡；范围为0.2-0.5(重量)％的铁；范围为0.05-0.25(重量)％的铬；一种元素选自铜和锰，范围为0.05-0.4(重量)％；范围为600-1400ppm的氧；以及其余百分量的锆。
还有，本发明的锆合金含有铌，用量范围为0.05-0.3(重量)％；锡，范围为0.8-1.6(重量)％；铁，范围为0.2-0.5(重量)％；一种元素选自钼和铜，范围为0.05-0.20(重量)％；氧，范围为600-1400ppm；以及锆，为其余百分量。
进一步还有，本发明的锆合金含有铌，范围为0.05-0.3(重量)％；锡，范围为0.8-1.6(重量)％；铁，范围为0.2-0.5(重量)％；铬，范围为0.05-0.25％；一种元素选自钼、铜、锰，用量范围为0.05-0.20(重量)％；氧，范围为600-1400ppm；以及锆，为其余百分量。
现在对本发明作详细描述如下。
本发明的锆合金可以用作核电厂反应堆芯中的燃料棒包覆层、间隔栅格及其它结构组件等的材料。本发明锆合金的组份详示于表I中。
表I
| 合金体系 | 本发明合金元素的用量范围 | ||||||
| Nb(重量％) | Sn(重量％) | Fe(重量％) | Cr(重量％) | X(重量％) | 氧(ppm) | Zr+不纯物 | |
| ZrNbSnX | 0.3-0.6 | 0.7-1.0 | - | - | 0.05-0.4钼、铜、锰中一种 | 600-1400 | 余量 |
| ZrNbSnFeX | 0.3-0.6 | 0.7-1.0 | 0.2-0.5 | - | 0.05-0.4钼、铜、锰中一种 | 600-1400 | 余量 |
| ZrNbSnFeCrX | 0.3-0.6 | 0.7-1.0 | 0.2-0.5 | 0.05-0.25 | 0.05-0.4铜、锰中一种 | 600-1400 | 余量 |
| ZrNbSnFeX | 0.05-0.3 | 0.8-1.6 | 0.2-0.5 | - | 0.05-0.2钼、铜中一种 | 600-1400 | 余量 |
| ZrNbSnFeCrX | 0.05-0.3 | 0.8-1.6 | 0.2-0.5 | 0.05-0.25 | 0.05-0.2钼、铜、锰中一种 | 600-1400 | 余量 |
最重要的是腐蚀加速问题，其次是辐射蠕变和生长的问题，这是对高燃耗燃料包覆层的主要关注点。因而，本发明的主要目标在于改进锆合金的耐腐蚀性。中子效应，生产成本及可加工性是在选择合金元素时要考虑的，其次是详细评估每一合金元素对耐腐蚀性、机械性能及蠕变行为的影响。然后还要确定本发明的合金体系以及每种合金元素的用量。
现将上述各因素详述如下：
(1)中子效应
中子吸收是上述诸因素中最重要的。具有中子高吸收截面的一些合金元素是被排除的，由于中子无效率。因此，锆被选作本发明的基本元素。本发明中也考虑到基本锆中的各合金元素的中子吸收情况。
(2)成本和有效性
合金元素必需是以合理价格容易得到的。并且它们必须能容易地与锆形成合金。在选择形成合金的各元素时，各元素的蒸汽压也需考虑。
(3)耐腐蚀性
用在反应堆芯中的材料的腐蚀是一个严重的问题，因其常与高温和高压水接触。根据耐腐蚀性，应当考虑锆基质或基本元素与各合金元素之间的价的伍配性。一般，超(高)价元素已知可改善耐腐蚀性。而且，锆基质的离子半径与各合金元素的离子半径之间的差别应尽量小。当离子半径有重大差别时，则氧化物的局部应力便加速了氢和氧的渗透。当选择合金形成元素时，上述诸因素需予以考虑。在本发明中，铌和锡是形成合金的主要元素，并加入铁、铬、钼、铜和锰以改进耐腐蚀性和强度。
(4)一些主要合金形成元素的作用
(a)铌(Nb)
已知铌是用来稳定锆的β-相。据说，当加入少于0.5(重量)％的铌时，合金材料的耐腐蚀性和加工性质便得到改进。但是也已知，当添加了1.0(重量)％的铌时，锆合金便具有优良的耐腐蚀性。当氢的吸收保持和强度需考虑时，已知铌是有效的元素。由于含有高浓度铌的合金对热处理是敏感的，所以在本发明中铌的加入量少于0.6(重量)％。
(b)锡(Sn)
锡能稳定锆的α-相，并能增加其强度。使用少量的锡，不能达到所需要的强度和抗蠕变效果。当确定锡的最佳用量时，最好是在量增加的同时耐腐蚀性也增加了。当锡的用量减少以改时耐腐蚀性，需加入交换的其它合金形成元素来代替锡以保持强度。在本发明中，锡的用量范围为0.7-1.6(重量)％。
(c)铁(Fe)和铬(Cr)
已知铁和铬是用来改进耐腐蚀性。当加入少于0.18(重量)％或多于0.6(重量)％，铁会减低合金的耐腐蚀性，反之，当铁的加入量范围为0.2-0.6(重量)％时，铁能改善其耐腐蚀性。已有报导，铬与耐腐蚀性无关。已知铁和铬与强度和蠕变行为无关，但对氢的吸收保持有作用。在本发明中，铁的添加量范围为0.2-0.5(重量)％，铬的添加范围为0.05-0.25(重量)％。
(d)钼(Mo)
钼可有效地改进合金的强度和抗蠕变。然而，低于0.05(重量)％的钼既不能改进强度，也不能改善抗蠕变性能。高于0.5(重量)％的钼会减低耐腐蚀性和伸长率。因而钼的添加量范围最好为0.05-0.4(重量)％。
(e)铜(Cu)和锰(Mn)
当添加少量的铜和锰时能改进耐腐蚀性。当铜和锰的加入量范围为0.05-0.4(重量)％时，耐腐蚀性得到改善。
(f)氧(O)
当氧的添加范围为600-1400ppm时，合金的机械强度通过固体溶液硬化而改善。然而，当加入大量氧时，便减降了可加工性。
考虑到了上述诸因素，便可制成具有优良耐腐蚀性和高强度的锆合金。
为了说明目的，已对本发明参照某些实施例作了描述，但是本发明不限于这些优选实施例。实施例
下面将描述本发明的总共13种锆合金。同时也描述其生产方法和优选实施例。
(I)金属锭料的熔化
将表II中所示组份的材料用真空电弧再熔化(VAR)方法熔化在200克扣式成形模具中。这种工艺方法重复5次，以防止形成合金的一些元素分离和非均相分散。
在β-聚冷过程中，会在冷却了的锭料中形成篮式编织的和平形的板片。这不同于当生产大锭料时一般所形成的树脂状晶体结构。这可能由于锭料的尺寸大小较小和冷却速度过高的结果。
(II)β-热处理
β-热处理是通过在β-区域的锭料进行溶液处理，使合金组份均一化。将样品在1050℃加热30分钟，然后在水中冷却。
(III)热辊压和热处理
在将样品于700℃预热20分钟之后，将它们滚压成其厚度的70％于一次操作中。将在β-处理或热滚压中所形成的氧化物污垢，用酸浸渍溶液除去。
(IV)冷滚压和热处理
将样品在700℃退火2小时以除去在滚压后保留的应变，和防止在冷加工过程中可能出现的样品破坏。首先将样品冷滚压以减少其厚度30％。在第一次冷滚压后，将样品在610℃退火2小时使其重结晶。上述退火和冷滚压过程是重复3次。最后在480℃进行最后热处理3小时。
腐蚀试验是在压热釜中用360℃的水气氛和400℃的蒸汽气氛进行100天。通过测量被腐蚀了的样品的重量增加来定量评估腐蚀速率。通过用抗张试样在室温下的水力试验来进行抗张强度测试。腐蚀和抗张试验的结果示于如下表II中。
表II
| 合金 | 化学组成 | 腐蚀试验(mg/dm2) | 抗张试验(MPa) | |||||||||
| 项目序号 | X | 铌(重量％) | 锡(重量％) | 铁(重量％) | 铬(重量％) | X(重量％) | 氧(ppm) | 锆+不纯物 | 360℃/水 | 400℃/水 | 屈服强度室温 | 扯断强度室温 |
| 12345678910111213 | 钼铜锰钼铜锰铜锰钼铜钼铜锰 | 0.460.500.510.500.520.430.410.420.250.220.220.220.21 | 1.000.950.940.950.970.840.800.871.521.471.401.401.38 | ---0.430.450.380.380.430.230.260.430.450.42 | ------0.180.19-0.210.220.21 | 0.210.240.140.210.230.130.110.100.110.110.110.110.08 | 921665757731707719972937751994120010001300 | 余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量 | 39.142.535.541.647.432.436.740.335.532.832.233.230.3 | 61.461.554.379.969.064.764.381.668.964.467.470.264.5 | 635674569640642588618602535585556537537 | 800831780792714788772754807806723756720 |
| Zicaloy-4 | - | 1.53 | 0.21 | 0.11 | - | 1250 | 余量 | 50.1 | 85.8 | 495 | 685 | |
从表II可看出，锆—铌—锡—X合金(其中X可为钼、铜和锰之一)，如表II中的序号1至3所示，当加入本发明用量范围的一些合金元素时，与以前已有的锆合金Zircaloy-4相比，显示出了较少的重量增加(较高的耐腐蚀性)和较高的机械强度。
锆—铌—锡—铁—X合金(其中X可为钼、铜和锰之一)，如表II中的序号4至6所示，当加入本发明用量范围的一些合金元素时，与以前已有的锆合金Zircaloy-4相比，显示出了较少的重量增加(较高的耐腐蚀性)和较高的机械强度。
锆—铌—锡—铁—铬—X合金(其中X可为铜和锰之一)，如表II中的序号7至8所示，当加入本发明用量范围的合金形成元素时，与以前已有的锆合金Zircaloy-4相比，显示出了较少的重量增加(较高的耐腐蚀性)和较高的机械强度。
锆—铌—锡—铁—X合金(其中X可为钼和铜之一)，如表II中的序号9至10所示，当加入本发明用量范围的合金形成元素时，与以前已有的锆合金Zircaloy-4相比，显示出了较少的重量增加(较高的耐腐蚀性)和较高的机械强度。
而且，锆—铌—锡—铁—铬—X合金(其中X可为钼、铜和锰之一)，如表II中的序号11至13所示，当加入本发明用量范围的合金元素时，与以前已有的锆合金Zircaloy-4相比，显示出了较少的重量增加(较高的耐腐蚀性)和较高的机械强度。本发明的效果
从上述例子可以看出，本发明的锆合金显示出了优异的耐腐蚀性和高的机械强度。因而，本发明的合金可以用作核电厂反应堆芯体中的燃料棒包覆层、间隔栅格及结构组份。
Claims (10)
1.一种具有低腐蚀速率和高强度的锆合金，它含有合金组份如下：
铌(Nb)，用量范围为0.3至0.6(重量)％；
锡(Sn)，用量范围为0.7至1.0(重量)％；
另外一种元素，选自钼(Mo)、铜(Cu)和锰(Mn)，用量范围为0.05-0.4(重量)％；
氧(O)，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
2.如权利要求1所述的锆合金，该合金的特征是包含有如下合金组份：
0.4(重量)％的铌；
0.8(重量)％的锡；
0.2(重量)％的一种元素，可选自钼、铜和锰；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
3.一种具有低腐蚀速率和高强度的锆合金，它含有如下合金组份：
铌，用量范围为0.3-0.6(重量)％；
锡，用量范围为0.7-1.0(重量)％；
铁，用量范围为0.2-0.5(重量)％；
另一种元素，选自钼(Mo)、铜(Cu)和锰(Mn)，用量范围为0.05-0.4(重量)％；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量.
4.如权利要求3所述的锆合金，该合金的特征是包含有如下合金组份：
0.4(重量)％的铌；
0.8(重量)％的锡；
0.4(重量)％的铁；
0.2(重量)％的一种元素，可选自钼、铜和锰；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
5.一种具有低腐蚀速率和高强度的锆合金，它含有如下合金组份：
铌，用量范围为0.3-0.6(重量)％；
锡，用量范围为0.7-1.0(重量)％；
铁，用量范围为0.2-0.5(重量)％；
铬，用量范围为0.05-0.25(重量)％；
另一种元素，选自铜(Cu)和锰(Mn)，用量范围为0.05-0.4(重量)％；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
6.如权利要求5所述的锆合金，该合金的特征是包含有如下合金组份：
0.4(重量)％的铌；
0.8(重量)％的锡；
0.4(重量)％的铁；
0.2(重量)％的铬；
0.1(重量)％的另一种元素，可选自铜和锰；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
7.一种具有低腐蚀速率和高强度的锆合金，它含有如下合金组份：
铌(Nb)，用量范围为0.05-0.3(重量)％；
锡(Sn)，用量范围为0.8-1.6(重量)％；
铁(Fe)，用量范围为0.2-0.5(重量)％；
另一种元素，选自钼(Mo)和铜(Cu)，用量范围为0.05-0.20(重量)％；
氧(O)，用量范围为600-1400ppm；以及
锆(Zr)，为其余百分量。
8.如权利要求7所述的锆合金，其特征是包含有如下合金组份：
0.2(重量)％的铌；
1.3(重量)％的锡；
0.2(重量)％的铁；
0.1(重量)％的另一种元素，可选自钼和铜；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
9.一种具有低腐蚀速率和高强度的锆合金，它含有如下合金组份：
铌(Nb)，用量范围为0.05-0.3(重量)％；
锡(Sn)，用量范围为0.8-1.6(重量)％；
铁(Fe)，用量范围为0.2-0.5(重量)％；
铬，用量范围为0.05-0.25(重量)％；
另一种元素，选自钼(Mo)、铜(Cu)和锰(Mn)，用量范围为0.05-0.20(重量)％；
氧(O)，用量范围为600-1400ppm；以及
锆(Zr)，为其余百分量。
10.如权利要求9所述的锆合金，其特征是包含有如下合金组份：
0.2(重量)％的铌；
1.3(重量)％的锡；
0.4(重量)％的铁；
0.2(重量)％的铬；
0.1(重量)％的另一种元素，可选自钼、铜和锰；
氧，用量范围为600-1400ppm；以及
锆，为其余百分量。
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