[发明专利]一种锆合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆合金材料，特别是涉及一种用于压水反应堆中的锆合金材料。本发明还涉及一种该锆合金材料的制备方法。

背景技术

锆合金由于具有低的热中子吸收截面、适中的力学性能以及良好的耐腐蚀性能和加工性能等特点，长期以来被用作水冷反应堆的燃料包壳材料，核反应堆的安全性和经济性与锆合金包壳材料的力学强度、耐腐蚀性能等密切相关。

目前国际上通用的锆合金主要是Zr-Sn-Nb、Zr-Nb合金，但是，其他新体系锆合金的研发从未间断。国外关于锆合金在500℃高温高压水介质条件下的耐腐蚀性能的研究表明：许多锆合金的腐蚀速率都较高，但也有一些含适当Fe、Cr含量的锆合金的耐腐蚀性能大大优于传统的Zr-Nb、Zr-Sn-Nb合金。此外，相关研究表明，Mo对锆合金具有明显的强化效应，在锆合金中添加Mo元素可以使其屈服强度和抗拉强度提高，蠕变速率降低，而Mo对锆合金耐腐蚀性能的不良影响可以通过改善热处理工艺从而优化微观组织结构来消除。

因此亟需提供一种新型的锆合金材料及其制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在500℃、10.3MPa过热水蒸汽中具有良好的耐腐蚀性能，且在350℃下具有较高的抗拉强度和屈服强度的锆合金材料。

为解决上述技术问题，本发明一种锆合金材料，由Zr、Cr、Mo、Fe组成；Cr的重量百分比含量为0.6%-1.0%，Mo的重量百分比含量为0.1%-0.6%，Fe的重量百分比含量为0.2%-0.5%，余量为Zr。

本发明还提供一种锆合金材料的制备方法，依次包括以下步骤：

第一步、将Zr、Cr、Mo、Fe进行熔炼，得到铸锭；Cr的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.6%-1.0%，Mo的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.1%-0.6%，Fe的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.2%-0.5%，其余为Zr；

第二步、将所述铸锭进行保温，然后淬火；

第三步、去除淬火后铸锭表面的氧化膜；

第四步、对锆合金铸锭进行真空包覆热轧，得到锆合金板材；热轧温度650℃-730℃；

第五步、对锆合金板材进行真空退火，退火温度600℃-650℃；

第六步、对锆合金板材进行冷轧，得到预定厚度的锆合金板材；

第七步、对预定厚度的锆合金板材对进行再结晶退火处理，得到所述锆金属合金；再结晶退火处理的温度600℃-650℃。

本发明提供的锆合金与常规锆合金相比，具有大量弥散分布的细小第二相粒子。所述的锆合金在高温下强度较高，如在350℃下所述锆合金的屈服强度和抗拉强度分别约200MPa、310MPa，高于传统Zr-Sn-Nb合金（如Zr-4、N18等）；所述的锆合金在500℃/10.3MPa高温水蒸气中具有良好的耐腐蚀性能，500h后其腐蚀增重低于90mg/dm²，远低于传统Zr-Sn-Nb合金在该水介质条件下相同时间后的腐蚀增重。

附图说明

图1为TEM下本发明锆合金中的第二相粒子形貌。

图2为本发明锆合金与N18合金在350℃下的屈服强度图。

图3为本发明锆合金与N18合金在350℃下的抗拉强度图。

图4为本发明锆合金与N18合金在500℃/10.3MPa过热水蒸汽中的腐蚀增重曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明依次包括以下步骤：

第一步、将Zr、Cr、Mo、Fe进行熔炼，得到铸锭；Cr的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.6%，Mo的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.1%，Fe的重量占Zr、Cr、Mo、Fe总重的0.5%，其余为Zr；Zr为核级纯海绵锆，Cr、Mo、Fe的纯度大于99.9%，用真空非自耗电弧熔炼方法制备成纽扣铸锭。为保证成分均匀，熔炼次数达5次以上；为保证杂质元素含量少，熔炼前先抽真空至10^-3Pa以下，用99.999%的高纯氩气洗气3次，然后在0.5个大气压的高纯氩气的保护气氛下进行熔炼；

第二步、将所述铸锭密封在真空石英管中，在1000℃β相温区保温，然后水冷淬火；

第三步、去除淬火后铸锭表面的氧化膜；用水：硝酸：氢氟酸=50:45:5（体积比）的溶液酸洗后，再用大量的自来水冲洗；