[发明专利]一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法

说明书

一种核燃料FeCrAl/Zr双金属复合管的制备方法，属于双金属复合管材制备技术领域。先通过冶炼合金→锻造开坯→固溶处理→机加管坯→冷轧管材，得到需要复合的覆层管和基层管。然后对基层管和覆层管进行内、外表面处理，再将两管套在一起，将一端头封闭，采用冷精轧加工对双金属管进行轧制复合，最后经过内外表面清洗、采用线切割方法切头，得到复合管成品。本发明所述方法适用于采用FeCrAl系列合金和Zr及Zr系列合金分别作为覆层管和基层管的情况，也适用于难变形合金的复合管成形。本发明所述方法具有工艺简单，生产灵活性大，成本低的特点。

技术领域

本发明涉及双金属复合管材制备技术领域，特别提供了一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法。

背景技术

核安全是最大的环保。在核电设计中，核安全的首道防线就是核燃料的包覆材料→包壳管，它的作用是把燃料芯体包覆起来，从而防止裂变产物释放到冷却剂中，要求其在整个使用过程中不能发生破损而导致放射性外溢，目前采用锆合金精密冷轧管来制作。在核反应堆中，锆合金包壳管所处的工况条件非常恶劣，不仅需要承受高温、高压和强烈的中子辐照，还要求耐高硼水腐蚀、应力腐蚀等，随时间延长，力学性能发生变化，强度升高，延性降低、变脆，因此每隔12个月就要更换一次，属于高消耗品。而FeCrAl合金材料由于其在高温腐蚀环境中生成Al的氧化物和Al的硫化物，表现出较强的抗氧化、抗腐蚀性能而引人注目，具有抗腐蚀、抗渗碳、抗氧化、耐磨等功能，起到保护基体的作用，而且比重轻，表面负荷高、价格低等一系列优点。将两种材料复合在一起，组成双金属复合管材，发挥Zr合金的抗中子辐照性和FeCrAl合金抗腐蚀性，可以显著延长核电用包壳管的使用寿命，提高事故容错能力。对于每年需求超过160吨以上的包壳管，其经济价值非常可观。

双金属复合管的制备方法有热成型法和冷成型法。热成型法分为热挤压复合、热扩散焊接复合、离心铸造复合。冷成型法分为拉拔、液压胀型复合、滚压复合、旋压复合等。热加工复合法容易形成冶金结合，但工艺复杂、设备投资大，且高温下复合容易产生有害脆性相，管材的组织很难控制；冷加工复合通常由基层材料、覆层材料产生的塑性变形来获得过盈配合而实现紧密结合，配合后续的热处理，也可实现冶金结合，具有尺寸精度高、内外表面质量好，并且工艺简单、成本低的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法，采用冷精轧方法进行大变形量成形，在周期三向压应力作用下实现复合管的紧密结合，也可选配后续热处理工艺，实现冶金结合，通过设计合适的规格，可得到内外均匀变形的双金属复合管。该方法不仅工艺简单，设备容易实现，生产灵活性大，成本低，而且通过控制不同的厚比，实现抗腐蚀性和强度性能的组合。

本发明技术方案如下：

一种FeCrAl/Zr双金属复合管，其特征在于：所述复合管由覆层管和基层管组合而成，其中覆层管由以铁铬铝为基体的系列合金制成，基层管由锆或锆合金制成。

其中所述以铁铬铝为基体的系列合金的成分为质量百分比：Cr6％～16％；Al 3％～8％；Y 0.001％～1％；Mo0.1％-6％；Si 0.001％～0.5％；C0.001％～0.5％；N≤500ppm；O≤1000ppm；P≤500ppm；S≤500ppm；余量为Fe。

本发明还提供了所述FeCrAl/Zr双金属复合管的制备方法，其特征在于：采用冷精轧工艺加工复合管，工艺流程为：先通过冶炼合金→锻造开坯→固溶处理→机加管坯→冷轧制备覆层管→退火处理得到需要复合的覆层管和基层管，再通过覆层管、基层管表面处理→套管组合→冷精轧复合管→清洗、切割得到成品；其中：