WO2021133194A1 - Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава - Google Patents
Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021133194A1 WO2021133194A1 PCT/RU2019/001023 RU2019001023W WO2021133194A1 WO 2021133194 A1 WO2021133194 A1 WO 2021133194A1 RU 2019001023 W RU2019001023 W RU 2019001023W WO 2021133194 A1 WO2021133194 A1 WO 2021133194A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heat treatment
- vacuum heat
- carried out
- temperature
- forging
- Prior art date
Links
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 abstract 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/78—Control of tube rolling
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0236—Cold rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
- C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
-
- 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
- C22F1/008—Using a protective surface layer
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2261/00—Machining or cutting being involved
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Definitions
- the invention relates to the field of nuclear technology, in particular to a method for manufacturing tubular products from a zirconium alloy used as shell and channel pipes in water-cooled nuclear reactors, in particular for VVER-type reactors.
- Zirconium alloys are used as materials for structural elements in nuclear power reactors due to their unique properties: small cross-section for absorption of thermal neutrons, corrosion resistance in high-temperature water and in a steam environment, resistance to oxidation and hydrogenation, low radiation growth and other physical and mechanical properties.
- the properties of tubular products depend on the chemical composition and on each technological operation, from the smelting of the ingot to the finishing operations.
- the known "Method of producing products from zirconium alloys" (RU2110600C1 publ. 10.05.1998, class C22F / 1/18), which includes the production of an initial billet from an ingot by hot molding, then obtaining an intermediate billet by hot molding, quenching and tempering of cut measured billets, hot forming and tempering before cold rolling, cold rolling.
- the method shows the composition of a corrosion-resistant zirconium alloy and a method for producing fuel element cladding from it, including smelting an ingot, coating an ingot with a protective steel jacket, heat treatment of an ingot with a jacket before hot rolling, hot rolling, removing a protective steel coating, heat treatment of cold hot rolled tube billets, three passes , intermediate heat treatment after each rental and final heat treatment.
- the main disadvantage of this method is the small study of the material on cold rolling with a total deformation per pass of up to 60%, which leads to incomplete elimination of uneven hot-rolled structures.
- the disadvantages of the method are: the use of a steel casing containing carbon, which at the hot rolling temperature interacts with the zirconium alloy with the possible formation of carbides.
- one of the main factors that determine the manufacturability and characteristics of resistance to deformation (resistance to thermal, radiation-thermal creep, and radiation growth) of zirconium alloys is the degree of material recrystallization. Low temperatures of intermediate annealing (1st pass from 570 ° C to 590 ° C, 2nd pass from
- the object of the present invention is to develop a method for producing tubular products of various diameters from a zirconium alloy that can be used as cladding tubes in water-cooled nuclear reactors.
- EFFECT improved manufacturability of the material at all stages of hot and cold pressure treatment used in the manufacture of tubular products, as well as high corrosion resistance of tubular products with stable characteristics of mechanical properties and resistance to deformation.
- Hot multistage forging of the ingot is carried out at a temperature from 980 ° C to 700 ° C with a total degree of deformation up to 93% and with intermediate heating at a temperature from 850 ° C to 800 ° C.
- Heat treatment of the forging is carried out at a temperature from 1050 ° C to 1100 ° C, followed by cooling in water.
- Tube blanks are produced by drilling and subsequent boring of an axial center hole in a forging cut to length. Vacuum heat treatment of pipe billets before hot pressing is carried out at a temperature from 570 ° C to 600 ° C.
- Vacuum heat treatment of pipe billets after hot pressing is carried out at a temperature from 565 ° C to 595 ° C.
- Vacuum heat treatment of pipe billets and products is carried out at a residual pressure in the furnace of 1 - 10 4 - 1 ⁇ 10 5 mm Hg.
- the selected ratio of alloying components in the zirconium alloy provides technological properties, corrosion resistance, stable characteristics of mechanical properties and resistance to deformation of tubular products.
- the advantage of obtaining tubular products according to the claimed method is that hot forging and pressing provides uniform processing of the cast structure along the length and cross-section of the ingot, the use of a copper protective coating provides protection against gas saturation and excludes diffusion interaction between the coating and the blank.
- Cold rolling with intermediate heat treatments provides a homogeneous recrystallized structure of pipe products with high mechanical properties, as well as the required anisotropy of properties in the transverse and longitudinal directions. Finishing operations provide an Ra roughness of less than 0.8 microns on the outer and inner surfaces, which increases the stability of corrosion properties. The roughness of the inner surface improves technological processes of loading fuel pellets into tubular products.
- the method is carried out as follows:
- the technology for the manufacture of tubular products from zirconium includes the following operations. Smelting an alloy ingot with the composition: niobium - 1.00-1.03 wt. %, iron -
- the initial alloying components are mixed with a zirconium magnesium-thermal sponge, then consumable electrodes are formed, which are remelted by triple vacuum-arc remelting.
- the ingot is mechanically processed. Heating the ingot to a temperature from 930 ° C to 980
- ° C is carried out in an electric resistance furnace.
- the multistage forging of the ingot after heating is carried out in the temperature range from 980 ° C to 700
- the forging is heated to a temperature from 1050 ° C to 1100 ° C, followed by cooling in water.
- the forging is cut into measured lengths and machined into a size of 0109x28.5 mm, and by drilling and subsequent boring of the axial central hole, tube blanks are obtained.
- Vacuum heat treatment is carried out at a temperature from 570 ° C to 600 ° C.
- the roughness of the surface of the workpieces is no more than
- a copper coating is applied to the pipe billets to protect against gas saturation during subsequent heating and hot pressing processes.
- Heating of pipe blanks for hot pressing is carried out in an induction furnace.
- the heating temperature of pipe billets before pressing is in the range from 600 ° C up to 620 ° C.
- the copper coating is removed and vacuum heat treatment is carried out at a temperature from 565 ° C to 595 ° C.
- Tube billets are rolled on cold rolling mills of the KhPT, 2KhPTS, KPW type pipes in 4 passes with the total deformation Se per pass from 58 to 74%, while the pipe coefficient Q was in the range of 1.18-2.01.
- Intermediate heat treatments are carried out in the temperature range from 565 ° C to 595 ° C in vacuum with a residual pressure in the furnace not higher than 1 ⁇ 10 4 - 1 - 10 5 mm Hg.
- the presented method for manufacturing pipes makes it possible to obtain highly corrosion-resistant tubular products with stable characteristics of mechanical properties and resistance to deformation.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Forging (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению трубных изделий из циркониевого сплава, которые могут быть использованы в качестве оболочечных в ядерных реакторах с водяным охлаждением. Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава, содержащего масс. %: ниобий - 0, 9- 1,7; железо - 0,10-0,20; кислород - 0,10-0,20; кремний - менее 0,02, углерод - менее 0,02, цирконий - основа сплава, включающий выплавку слитка, механическую обработку слитка, нагрев, горячую многостадийную ковку, термическую обработку поковки, последующую механическую обработку и проведением вакуумной термической обработки, нанесение на них защитного покрытия, горячее прессование, удаление защитного покрытия, вакуумную термическую обработку, многократную холодную прокатку с суммарной степенью деформации за проход 58- 74% и трубным коэффициентом Q= 1,18-2,01, с промежуточными вакуумными термическими обработками. Технический результат - улучшение технологичности материала на всех этапах горячей и холодной обработки давлением.
Description
Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к способу изготовления трубных изделий из циркониевого сплава, используемого в качестве оболочечных и канальных труб в ядерных реакторах с водяным охлаждением, в частности для реакторов типа ВВЭР.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Циркониевые сплавы применяются в качестве материалов для конструкционных элементов в энергетических ядерных реакторах из-за своих уникальных свойств: малого сечения поглощения тепловых нейтронов, коррозионной стойкости в высокотемпературной воде и в среде водяного пара, сопротивлению окислению и наводороживанию, небольшому радиационному росту и других физико-механических свойств. Свойства трубных изделий зависят от химического состава и от каждой технологической операции, начиная с выплавки слитка и заканчивая финишными отделочными операциями.
Известен «Способ изготовления трубных изделий из циркониевых сплавов (варианты)» (RU 2123065С1 опубл. 12.03.1997 г., кл. C22F/1/18), который включает для бинарного циркониевого сплава получение исходной заготовки, получение трубной заготовки, холодную прокатку трубной заготовки с промежуточными и окончательным отжигом.
Недостатки способа заключаются в том, что перед горячим выдавливанием на заготовку не наносится защитное покрытие, что приводит к окислению металла во время процесса изготовления и снижению технологичности производства трубных изделий, не предусмотрены финишные отделочные операции, позволяющие удалять с поверхности трубных изделий остаточные технологические загрязнения и
понижающие шероховатость поверхности, что снижает коррозионную стойкость изделий.
Известен «Способ получения изделий из циркониевых сплавов» (RU2110600C1 опубл. 10.05.1998 г., кл. C22F/1/18), который включает изготовление из слитка горячим формованием исходной заготовки, затем получение горячим формованием промежуточной заготовки, закаливание и отпуск разрезанных мерных заготовок, горячее формование и отпуск перед холодной прокаткой, проведение холодной прокатки.
Недостатки способа заключаются в том, что перед горячим выдавливанием не наносится защитное покрытие на слиток, что приводит к окислению металла во время процесса выдавливания, что снижает технологичность производства трубных изделий; не предусмотрены финишные отделочные операции, позволяющие удалять с поверхности трубных изделий остаточные технологические загрязнения и понижающие шероховатость поверхности, что снижает коррозионную стойкость изделий.
Наиболее близким к заявляемому способу является «Циркониевый сплав, имеющий повышенную коррозионную стойкость, для оболочек твэлов и способ их производства» (US 2016/0307651А1 опубл. 20.10.2016, кл. G21C 3/07, B22D 21/00, B22D 7/00, С22С 16/00, C22F 1/18). В способе приведен состав коррозионностойкого циркониевого сплава и способ получения оболочек твэлов из него, включающий выплавку слитка, покрытие слитка защитным стальным кожухом, термообработку слитка с кожухом перед горячей прокаткой, горячую прокатку, снятие защитного стального покрытия, термообработку горячекатаных трубных заготовок, три прохода холодной прокатки, промежуточные термообработки после каждого проката и финишную термообработку.
Основным недостатком способа является малая проработка материала на холодной прокатке с суммарной деформацией за проход до 60%, что приводит к неполному устранению неравномерной горячекатаной
структуры. Также недостатками способа являются: применение стального кожуха, содержащего углерод, который при температуре горячей прокатки взаимодействует с циркониевым сплавом с возможным образованием карбидов. Кроме того, одним из основных факторов, определяющих технологичность и характеристики стойкости к формоизменению (стойкость к термической, радиационно-термической ползучести, а также радиационному росту) циркониевых сплавов является степень рекристаллизации материала. Низкие температуры промежуточных отжигов (1-й проход от 570 °С до 590 °С, 2-й проход от
560 °С до 580 °С, 3-й проход от 560 °С до 580 °С) при выбранной деформационной схеме изготовления (30-40 % деформации на первой и третьей, (50-60) % на второй стадии холодной деформации) недостаточны для релаксации остаточных напряжений и завершения протекания процессов рекристаллизации, что отрицательно сказывается не только на технологичности материала, но и характеристиках его стойкости к формоизменению, в том числе под действием облучения. Использование трех уровней длительного финишного отжига (1-й уровень от 460 °С до
470 °С, 2-й уровень от 510 °С до 520 °С, 3-й уровень от 580 °С до 590 °С) позволяет получить повышенный уровень прочности материала, при этом характеристики стойкости к формоизменению ухудшаются в первую очередь из-за незавершенности процесса рекристаллизации. В технологической схеме не предусмотрены финишные отделочные операции, позволяющие удалять с поверхности трубных изделий остаточные технологические загрязнения и понижающие шероховатость поверхности, что снижает коррозионную стойкость изделий.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения трубных изделий различного диаметра из циркониевого сплава, которые могут быть использованы в качестве оболочечных труб в ядерных реакторах с водяным охлаждением.
Технический результат - улучшение технологичности материала на всех этапах горячей и холодной обработки давлением, применяемых при изготовлении трубных изделий, а также высокая стойкость к коррозии трубных изделий со стабильными характеристиками механических свойств и стойкость к формоизменению.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава, содержащего масс. %: ниобий - 0, 9- 1,7; железо - 0,10-0,20; кислород - 0,10-0,20; кремний - менее 0,02, углерод - менее 0,02, цирконий - остальное, включает выплавку слитка многократным вакуумно-дуговым переплавом, механическую обработку слитка, нагрев, горячую многостадийную ковку с получением поковки, термическую обработку поковки, последующую механическую обработку поковки с получением трубных заготовок и проведением вакуумной термической обработки, нанесение на них защитного покрытия и нагрев до температуры горячего прессования, горячее прессование, удаление защитного покрытия, вакуумную термическую обработку, многократную холодную прокатку с суммарной степенью деформации за проход 58-74 % и трубным коэффициентом Q=l, 18-2,01, с промежуточными вакуумными термическими обработками с получением трубных изделий, а окончательную вакуумную термическую обработку осуществляют на финишном размере, с последующими финишными отделочными операциями.
Горячую многостадийную ковку слитка проводят при температуре от 980 °С до 700 °С с суммарной степенью деформации до 93 % и с промежуточными подогревами при температуре от 850 °С до 800 °С.
Термическую обработку поковки проводят при температуре от 1050 °С до 1100 °С с последующим охлаждением в воде.
Трубные заготовки получают путем сверления и последующей расточки осевого центрального отверстия в поковке, разрезанной на мерные длины.
Вакуумную термическую обработку трубных заготовок перед горячим прессованием проводят при температуре от 570 °С до 600 °С.
Горячее прессование трубной заготовки проводят при температуре от 600 °С до 620 °С и вытяжкой m=8,9.
Вакуумную термическую обработку трубных заготовок после горячего прессования проводят при температуре от 565 °С до 595 °С.
Промежуточные вакуумные термические обработки трубных изделий между многократными холодными прокатками и окончательную вакуумную термическую обработку трубных изделий осуществляют при температуре от 565 °С до 595 °С.
Вакуумную термическую обработку трубных заготовок и изделий проводят при остаточном давлении в печи 1 - 104- 1 · 105 мм рт.ст.
На финишном размере трубных изделий проводят химическую и механическую обработку их поверхностей.
Выбранное соотношение легирующих компонентов в циркониевом сплаве обеспечивает технологические свойства, коррозионностойкость, стабильные характеристики механических свойств и стойкость к формоизменению трубных изделий.
Преимуществом получения трубных изделий по заявляемому способу является то, что горячая ковка и прессование обеспечивает равномерную проработку литой структуры по длине и сечению слитка, применение медного защитного покрытия обеспечивает защиту от газонасыщения и исключает диффузионное взаимодействие покрытие-заготовка. Холодная прокатка с промежуточными термообработками обеспечивает однородную рекристаллизованную структуру трубных изделий с высокими механическими свойствами, а также требуемую анизотропию свойств в поперечном и продольном направлении. Финишные отделочные операции обеспечивают шероховатость Ra менее 0,8 мкм на наружной и внутренней поверхностях, что повышает стабильность коррозионных свойств. Шероховатость внутренней поверхности позволяет улучшить
технологические процессы загрузки топливных таблеток в трубные изделия.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ осуществляют следующим образом:
Пример
По заявленному техническому решению технология изготовления трубных изделий из циркония включает следующие операции. Выплавка слитка сплава составом: ниобий - 1,00-1,03 масс. %, железо -
0,116-0,119 масс. %, кислород - 0,120-0,125 масс. %, кремний -
0,002-0,003 масс. %, углерод - 0,003-0,005 масс. %, цирконий остальное.
Исходные легирующие компоненты смешивают с циркониевой магнийтермической губкой, затем формируют расходуемые электроды, которые переплавляют трёхкратным вакуумно- дуговым переплавом. Слиток механически обрабатывают. Нагрев слитка до температуры от 930 °С до 980
°С осуществляется в электропечи сопротивления. Многостадийную ковку слитка после нагрева осуществляют в диапазоне температур от 980 °С до 700
°С с промежуточными подогревами в электропечи сопротивления в интервале температур от 850 °С до 800 °С. При горячей деформационной обработке слитка суммарная деформация Se составляла до 93 %. Поковку нагревают до температуры от 1050 °С до 1100 °С с последующим охлаждением в воде. Поковку разрезают на мерные длины и механически обрабатывают в размер 0109x28,5 мм и путем сверления и последующей расточки осевого центрального отверстия получают трубные заготовки.
Вакуумную термическую обработку проводят при температуре от 570 °С до 600 °С. Шероховатость поверхности заготовок составляет не более
Ra=2,5 мкм. Далее на трубные заготовки наносят медное покрытие для защиты от газонасыщения при последующих процессах нагрева и горячего прессования. Нагрев трубных заготовок под горячее прессование осуществляют в индукционной печи. Температура нагрева трубных заготовок перед прессованием находится в диапазоне от 600 °С
до 620 °C. Прессование осуществляют с вытяжкой m=8,9. Далее снимают медное покрытие и проводят вакуумную термическую обработку при температуре от 565 °С до 595 °С. Трубные заготовки прокатывают на станах холодной прокатки труб типа ХПТ, 2ХПТС, KPW за 4 прохода с суммарной деформацией Se за проход от 58 до 74 % при этом трубный коэффициент Q находился в диапазоне 1,18-2,01. Промежуточные термические обработки осуществляют в диапазоне температур от 565 °С до 595 °С в вакууме при остаточном давлении в печи не выше 1 · 104- 1- 10 5 мм рт.ст. После окончательной вакуумной термической обработки трубных изделий при температуре от 565 °С до 595 °С проводят пакетное или струйное травление, абразивную обработку внутренней поверхности, шлифование и полировку наружной поверхности.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ Трубные изделия из циркониевого сплава, изготовленные по заявленному техническому решению, характеризуются следующими свойствами (таблица 1).
Таким образом, представленный способ изготовления труб позволяет получать высоко коррозионностойкие трубные изделия со стабильными характеристиками механических свойств и стойкостью к формоизменению.
Таблица 1 - Свойства труб из сплава системы Zr-Nb, изготовленных по заявленному техническому решению
Claims
1. Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава, содержащего масс. %: ниобий - 0,9- 1,7; железо - 0,10-0,20; кислород - 0,10-0,20; кремний - менее 0,02, углерод - менее 0,02, цирконий - остальное, включающий выплавку слитка многократным вакуумно-дуговым переплавом, механическую обработку слитка, нагрев, горячую многостадийную ковку с получением поковки, термическую обработку поковки, последующую механическую обработку поковки с получением трубных заготовок и проведением вакуумной термической обработки, нанесение на них защитного покрытия и нагрев до температуры горячего прессования, горячее прессование, удаление защитного покрытия, вакуумную термическую обработку, многократную холодную прокатку с суммарной степенью деформации за проход 58-74 % и трубным коэффициентом Q= 1,18-2,01, с промежуточными вакуумными термическими обработками с получением трубных изделий, а окончательную вакуумную термическую обработку осуществляют на финишном размере, с последующими финишными отделочными операциями.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячую многостадийную ковку слитка проводят при температуре от 980 °С до 700 °С с суммарной степенью деформации до 93 % и с промежуточными подогревами при температуре от 850 °С до 800 °С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку поковки проводят при температуре от 1050 °С до 1100 °С с последующим охлаждением в воде.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трубные заготовки получают путем сверления и последующей расточки осевого центрального отверстия в поковке, разрезанной на мерные длины.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумную термическую обработку трубных заготовок перед горячим прессованием проводят при температуре от 570 °С до 600 °С.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячее прессование трубной заготовки проводят при температуре от 600 °С до 620 °С и вытяжкой m=8,9.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумную термическую обработку трубных заготовок после горячего прессования проводят при температуре от 565 °С до 595 °С.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточные вакуумные термические обработки трубных изделий между многократными холодными прокатками и окончательную вакуумную термическую обработку трубных изделий осуществляют при температуре от 565 °С до 595 °С.
9. Способ по любому из пунктов 5, 7, 8 отличающийся тем, что вакуумную термическую обработку трубных заготовок и изделий проводят при остаточном давлении в печи 1 · 10-4- 1 - 105 мм рт.ст.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на финишном размере трубных изделий проводят химическую и механическую обработку их поверхностей.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201980044163.0A CN113316489A (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 一种制造锆合金管状制品的方法 |
| EP19932279.3A EP4082685A4 (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | METHOD FOR MANUFACTURING TUBULAR ARTICLES FROM A ZIRCONIUM ALLOY |
| KR1020217038899A KR20220023761A (ko) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 지르코늄 합금 배관의 제조방법 |
| PCT/RU2019/001023 WO2021133194A1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава |
| US17/257,282 US20220314289A1 (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Manufacturing Method for Zirconium Alloy Tubular Products |
| ZA2020/08083A ZA202008083B (en) | 2019-12-26 | 2020-12-23 | Method of manufacturing tubular products from a zirconium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/001023 WO2021133194A1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021133194A1 true WO2021133194A1 (ru) | 2021-07-01 |
Family
ID=76574876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/001023 WO2021133194A1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220314289A1 (ru) |
| EP (1) | EP4082685A4 (ru) |
| KR (1) | KR20220023761A (ru) |
| CN (1) | CN113316489A (ru) |
| WO (1) | WO2021133194A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA202008083B (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5560790A (en) * | 1993-03-04 | 1996-10-01 | A.A. Bochvar All-Russian Inorganic Materials Research Institute | Zirconium-based material, products made from said material for use in the nuclear reactor core, and process for producing such products |
| RU2110600C1 (ru) | 1996-09-10 | 1998-05-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ получения изделий из циркониевых сплавов |
| RU2123065C1 (ru) | 1997-03-12 | 1998-12-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ изготовления трубных изделий из циркониевых сплавов (варианты) |
| US20160307651A1 (en) | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Kepco Nuclear Fuel Co., Ltd. | Zirconium alloy having excellent corrosion resistance for nuclear fuel cladding tube and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2584097B1 (fr) * | 1985-06-27 | 1987-12-11 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium |
| JPH1150148A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-23 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高強度高耐食継目無鋼管の製造方法 |
| KR100382997B1 (ko) * | 2001-01-19 | 2003-05-09 | 한국전력공사 | 고연소도 핵연료 용 니오븀 함유 지르코늄 합금 관재 및판재의 제조방법 |
| KR100461017B1 (ko) * | 2001-11-02 | 2004-12-09 | 한국수력원자력 주식회사 | 우수한 내식성을 갖는 니오븀 함유 지르코늄 합금핵연료피복관의 제조방법 |
| KR100831578B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2008-05-21 | 한국원자력연구원 | 원자력용 우수한 내식성을 갖는 지르코늄 합금 조성물 및이의 제조방법 |
| KR101104648B1 (ko) * | 2010-09-30 | 2012-01-16 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 충격흡수관용 필거 다이, 맨드렐, 그 제작방법 및 핵연료 충격흡수관 |
| KR101265261B1 (ko) * | 2011-03-09 | 2013-05-16 | 한국수력원자력 주식회사 | 우수한 내식성 및 고강도를 가지는 지르코늄합금의 제조방법 |
| KR101604105B1 (ko) * | 2015-04-14 | 2016-03-16 | 한전원자력연료 주식회사 | 우수한 내식성 및 크리프 저항성을 갖는 지르코늄 합금과 그 제조방법 |
| CN107042247B (zh) * | 2016-12-26 | 2018-11-02 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种U-Zr合金管的制备方法及挤压模具 |
| CN107116339B (zh) * | 2017-05-03 | 2019-12-03 | 中国核动力研究设计院 | 一种锆合金包壳管材制备工艺 |
-
2019
- 2019-12-26 KR KR1020217038899A patent/KR20220023761A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-12-26 EP EP19932279.3A patent/EP4082685A4/en active Pending
- 2019-12-26 US US17/257,282 patent/US20220314289A1/en active Pending
- 2019-12-26 WO PCT/RU2019/001023 patent/WO2021133194A1/ru active Application Filing
- 2019-12-26 CN CN201980044163.0A patent/CN113316489A/zh active Pending
-
2020
- 2020-12-23 ZA ZA2020/08083A patent/ZA202008083B/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5560790A (en) * | 1993-03-04 | 1996-10-01 | A.A. Bochvar All-Russian Inorganic Materials Research Institute | Zirconium-based material, products made from said material for use in the nuclear reactor core, and process for producing such products |
| RU2110600C1 (ru) | 1996-09-10 | 1998-05-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ получения изделий из циркониевых сплавов |
| RU2123065C1 (ru) | 1997-03-12 | 1998-12-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ изготовления трубных изделий из циркониевых сплавов (варианты) |
| US20160307651A1 (en) | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Kepco Nuclear Fuel Co., Ltd. | Zirconium alloy having excellent corrosion resistance for nuclear fuel cladding tube and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP4082685A4 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA202008083B (en) | 2022-06-29 |
| KR20220023761A (ko) | 2022-03-02 |
| EP4082685A4 (en) | 2024-01-17 |
| US20220314289A1 (en) | 2022-10-06 |
| EP4082685A1 (en) | 2022-11-02 |
| CN113316489A (zh) | 2021-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5141566A (en) | Process for manufacturing corrosion-resistant seamless titanium alloy tubes and pipes | |
| CN112775202B (zh) | 一种锆或锆合金轧制型材的制备方法 | |
| CN114749508B (zh) | 一种大口径奥氏体不锈钢无缝管及其制造方法和用途 | |
| WO2021046928A1 (zh) | 一种含微量元素的大管径Ni-V旋转靶材及其制备方法 | |
| CN110218940B (zh) | 一种高温合金无缝管及其制备方法 | |
| CN112756909A (zh) | 一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法 | |
| CN109825675B (zh) | 用于快堆蒸汽发生器的换热管及其制备方法 | |
| CN108431246B (zh) | 油井用不锈钢管的制造方法及油井用不锈钢管 | |
| RU2742176C1 (ru) | Способ изготовления прутков и проволоки из гафния | |
| KR102631715B1 (ko) | 지르코늄 합금 배관의 제조방법 | |
| JPS61213362A (ja) | 核燃料用複合被覆管の製法及びその製品 | |
| RU2798020C1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава | |
| WO2021133194A1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава | |
| RU2798021C1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава | |
| EA043131B1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава | |
| RU2798022C1 (ru) | Способ получения трубных изделий из сплава на основе циркония | |
| WO2021133195A1 (ru) | Способ получения трубных изделий из сплава на основе циркония | |
| EA043590B1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из циркониевого сплава | |
| RU2318913C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ ИЗ β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ | |
| EA042580B1 (ru) | Способ получения трубных изделий из сплава на основе циркония | |
| CN114602994B (zh) | 一种冷作硬化不锈钢棒材的制备方法 | |
| RU2110600C1 (ru) | Способ получения изделий из циркониевых сплавов | |
| CN109234555B (zh) | 小口径ta18钛合金无缝管的制备方法 | |
| CN115011822B (zh) | 一种外方内圆锆合金型材的制备方法 | |
| JP4094292B2 (ja) | 微細かつ均一な金属組織を有する銅箔製造ドラム用チタンの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19932279 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2022115409 Country of ref document: RU |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2019932279 Country of ref document: EP Effective date: 20220726 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 520420944 Country of ref document: SA |