[发明专利]一种含铁锆合金铸锭的制备方法

说明书

本发明涉及一种含铁锆合金铸锭的制备方法，通过将海绵锆、锆铁中间合金颗粒与锡、铌、铬、镍中的一种或几种合金成分混合并熔炼，最终制得铁元素含量均匀的锆合金铸锭。该方法制备的锆合金铸锭性能良好，满足了后续成品的要求，解决了锆合金中铁元素的均匀控制难题，应用前景广阔，易实现工业化生产，自动化程度高，制备出的产品质量稳定，经济性较好。

技术领域

本发明属于锆合金制备技术领域，具体涉及一种含铁锆合金铸锭的制备方法。

背景技术

进入21世纪后，我国核电事业进入快速发展阶段，锆合金作为核电用包壳材料其需求量大幅度增加，锆合金国产化也正逐步进行。为提高核电经济性新一代反应堆技术对于燃耗的要求越来越高，锆合金包壳管的换料时间也进一步延长，目前世界各发达国家开发的新一代锆合金中均提高了铁元素的含量，并且有逐渐增加的趋势。目前常用的锆合金中铁元素的添加基本都为纯金属铁，但其在锆合金铸锭中的均匀性较差，随着新型锆合金中铁含量的提高，铁元素在锆中的控制难度也在递增，因此，急需一种制备含铁锆合金铸锭的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种含铁锆合金铸锭的制备方法，锆合金铸锭性能良好，完全满足后续成品的要求，很好的解决了锆合金中铁元素的均匀控制难题，应用前景广阔，易实现工业化生产，自动化程度高，制备出的产品质量稳定，经济性较好。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种含铁锆合金铸锭的制备方法，其特征在于，通过将海绵锆、锆铁中间合金颗粒与锡、铌、铬、镍中的一种或几种合金成分混合并熔炼，最终制得铁元素含量均匀的锆合金铸锭。

进一步地，具体包括如下步骤：

S1、将混合物压制成电极块，并将电极块在真空等离子焊箱中焊接成自耗电极；

S2、将自耗电极在真空自耗电弧炉内进行熔炼，冷却后得到锆合金铸锭。

进一步地，所述步骤S1中的混合物包括海绵锆、锆铁中间合金颗粒及锡、铌、铬、镍中的一种或几种，所述锆铁中间合金颗粒的制备具体包括如下步骤：

S11、将纯铁屑与海绵锆的混合物压制成电极块，并将电极块在真空等离子焊箱中焊接成自耗电极；

S12、将自耗电极在真空自耗电弧炉内进行熔炼，冷却后得到锆铁中间合金铸锭；

S13、将锆铁中间合金铸锭经过机械加工制成锆铁中间合金颗粒。

进一步地，所述步骤S11中纯铁屑的重量占总重量的10％～20％，所述铁屑的尺寸为：长3～8mm、宽2～5mm、厚0.1～0.2mm。

进一步地，所述步骤S11具体包括如下步骤：

S111、按照每个电极块所需重量，将海绵锆和铁屑分别分成份数相等的若干等份，每等份用于压制一个电极块：先将每等份的海绵锆分成一半加入压机模腔内，再将铁屑均匀的撒在模腔内的海绵锆上，然后再加入另一半海绵锆，最后进行压制；

S112、将多个电极块在真空等离子焊箱中焊接成一个自耗电极，焊接后冷却至室温。

进一步地，所述步骤S12中，所述熔炼的起弧阶段采用弧压控制，熔炼稳定后转成熔滴控制至熔炼结束。

进一步地，所述步骤S12具体包括：

一次熔炼：将自耗电极在真空自耗电弧炉内进行一次熔炼得到一次铸锭，熔滴控制熔炼时设定熔速2kg/min～3kg/min，熔炼电流3000A～4000A，熔炼电压23V～25V，熔炼后冷却时间≥3h，为提高铸锭冷却速度，坩埚冷却水进出水温度分别为：≤20℃、≤30℃；