[发明专利]一种锆合金包壳管材制备工艺

说明书

本发明公开了一种锆合金包壳管材制备工艺，解决了现有技术中未见有适用于N36锆合金成品包壳管材制备工艺报道的问题。本发明包括(1)N36锆合金经过熔炼、锻造、淬火后制成挤压锭；(2)挤压锭热挤压成外径为71～79mm、内径为40～50mm的管坯；(3)管坯第一道次轧制成外径为50～60mm、壁厚为10～11.5mm的管坯，轧制后退火；(4)再进行3～4道次冷轧，最后制成包壳管材，相邻两道次冷轧之间进行中间退火；(5)包壳管材最终去应力退火或最终再结晶退火后制成成品管材。本发明具有工艺稳定、成品率高等优点，且制备出的管材具有抗腐蚀性能、拉伸性能、爆破性能、织构、CSR等性能非常优异的优点。

技术领域

本发明涉及核裂变反应堆燃料组件结构材料的加工技术领域，具体涉及一种锆合金包壳管材制备工艺。

背景技术

燃料元件锆合金包壳在堆内使用的安全性和可靠性对保证反应堆安全运行至关重要。燃料元件在堆内处于中子辐照、高温、高压冷却介质冲刷等极端苛刻的工况环境中，会使锆合金包壳性能退化，甚至导致失效。通常，在轻水堆中发生燃料元件包壳失效的主要原因有：水侧腐蚀、氢脆、蠕变、疲劳、辐照损伤等，其中，水侧腐蚀是导致燃料元件失效的主要因素。早期的锆合金包壳材料主要有Zr-2、Zr-4合金，前者主要用于压水堆，后者主要用于沸水堆，这两种合金为ASTM标准Zircaloy合金，随着反应堆中燃料燃耗加深以及运行条件的变化，相应需要研制出性能更好的锆合金包壳材料，改进锆合金的加工工艺与开发新合金是包壳材料研制的两个重要方面，缺一不可。

国际上持续开展了锆合金包壳材料制备工艺及性能研究，如采用不同工艺制备Zr-4合金、ZIRLO合金、E635合金、M5合金包壳管材等。通过不同合金的工艺对比可知：核反应堆用包壳管材的性能与合金成分及制备工艺密切相关。

目前，国内外主要开展了热处理工艺参数对锆合金包壳管材性能的影响，但是有关合金成分、变形工艺、热处理工艺对其性能影响机制尚不统一，尤其针对Zr-Sn-Nb系合金包壳管材的制备工艺研究未见系统报道。而现有技术中也未见有适用于N36锆合金成品包壳管材制备工艺报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中未见有适用于N36锆合金成品包壳管材制备工艺报道的问题，目的在于提供了一种适用于N36锆合金的锆合金包壳管材制备工艺。

本发明通过下述技术方案实现：

一种锆合金包壳管材制备工艺，包括：

(1)N36锆合金经过熔炼、锻造、淬火后制成挤压锭；

(2)挤压锭热挤压成外径为71～79mm、内径为40～50mm的管坯；

(3)管坯第一道次轧制成外径为50～60mm、壁厚为10～11.5mm的管坯，轧制后退火；

(4)再进行3～4道次冷轧，最后制成包壳管材，相邻两道次冷轧之间进行中间退火；

(5)包壳管材最终去应力退火或最终再结晶退火后制成成品管材。

N36锆合金是我国自主开发的、可满足压水堆高燃耗长燃料循环使用要求的燃料组件用新型锆合金，其名义成分为Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe，按本技术领域类别分类属于Zr-Sn-Nb系合金，合金中除Sn、Nb合金元素外，还含有Fe、O等其它合金元素。

现有技术中并没有公开采用N36锆合金制备包壳管材的报道，为了能有效利用N36锆合金制备出包壳管材，本发明提供了具体的制备工艺，但在生产过程中存在内表面裂纹或端头易开裂的现象，导致成品率较低。发明人研发过程中发现，通过控制每道次变形量能有效解决内表面裂纹或端头易开裂的问题，因而，在制备工艺中，本发明通过选择合适的道次变形量，进而达到了提高成品率的目的。