[发明专利]一种低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀Zr702L合金

说明书

本发明公开了一种低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀Zr702L合金，由以下质量百分含量的成分组成：Hf 0.5％～15.0％，Ti 0.5％～20.0％，Fe 0.01％～0.2％，Cr 0.01％～0.03％，O 0.05％～0.25％，Si不高于0.01％，C不高于0.05％，H不高于0.005％，其余为Zr及不可避免的杂质；所述Zr702L合金具有α单相组织。本发明的Zr702L合金采用Hf、Ti固溶强化Zr基体，结合控制杂质元素含量保证形成α单相组织，使得Zr702L合金具有优异的抗沸腾硝酸应力腐蚀性能、抗沸腾硝酸均匀腐蚀性能，且物相单一，组织、成分均匀，具有优异的强度和可加工性能。

技术领域

本发明属于锆合金技术领域，具体涉及一种低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀Zr702L合金。

背景技术

化工领域等大型设备的长期可靠服役，与设备用材的耐蚀性与耐磨性密切相关。目前，对于大型化工关键设备的用材，主要选择为锆合金，原因是锆合金具有优异的耐蚀性，保障了设备的长期安全运行。但是，在沸腾硝酸介质中，尽管其均匀腐蚀速率很低，但在受到应力加载、或者材料内部存在残余应力时，锆合金容易发生毫无征兆的应力腐蚀开裂，这给设备运行带来极高风险。

目前，在硝酸工业领域应用最多的锆合金材料为Zr702合金，原因是该合金成本较低，且均匀腐蚀速率极低。但是，该合金存在严重短板：一方面，该合金在沸腾硝酸溶液容易发生应力腐蚀开裂，且应力腐蚀敏感性随着硝酸温度、硝酸浓度的提高而提高，严重损害了服役可靠性；另一方面，该合金的强度较低，容易发生变形，不适合于制造结构尺寸稳定性要求较高的设备。学者对已有商用锆合金进行了测试评价，在沸腾硝酸中均发现了应力腐蚀开裂现象。这是锆自身在沸腾硝酸溶液中容易发生过钝化腐蚀的特质决定的。

日本学者针对上述问题，通过合金化提升了锆合金的耐沸腾硝酸应力腐蚀性能。但是，上述合金应用空间有限。一方面，新型锆合金原材料为核级海绵锆，要求Zr的伴生元素Hf的含量须低于0.01wt％，导致合金成本极高；另一方面，学者提供的方法通过添加Ta元素，但Ta元素的成本高昂，且Ta的添加会导致大量含Ta第二相析出，合金组织均匀性难以保证，且第二相会导致电偶腐蚀，降低耐蚀性。

人们迫切希望获得一种经济实用的、具有低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀锆合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀Zr702L合金。该Zr702L合金以Zr为基体、以Hf、Ti为主要合金元素，结合控制杂质元素含量范围，将锆合金的物相组成严格控制为单一的α相，使得Zr702L合金在沸腾硝酸溶液中，其表面会形成由纳米尺寸氧化物晶粒组成的复合氧化膜，有效降低了Zr702L合金在沸腾硝酸中发生应力腐蚀开裂的倾向，极大地提升了锆合金的抗应力腐蚀能力，同时提高了Zr702L合金的强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低应力腐蚀敏感性的高强耐蚀Zr702L合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Hf 0.5％～15.0％，Ti0.5％～20.0％，Fe 0.01％～0.2％，Cr 0.01％～0.03％，O 0.05％～0.25％，Si不高于0.01％，C不高于0.05％，H不高于0.005％，其余为Zr及不可避免的杂质；所述Zr702L合金具有α单相组织，所述Zr702L合金在沸腾3mol/L～14mol/L硝酸溶液中按强度计算的应力腐蚀敏感性低于5％，在沸腾3mol/L～14mol/L硝酸溶液中的均匀腐蚀速率低于0.01mm/a，室温抗拉强度高于450MPa，屈服强度高于300MPa，断后延伸率高于20％。