制造伸长产品用的锆合金半成品的生产方法及其用途技术

本发明专利技术涉及通过浇铸锆合金生产大尺寸锭（１），然后分两步锻造所述锭，以获得半成品（３）。所述锭（１）的第一锻造步骤是在锆合金处于包括α和β结晶相的状态的温度下进行的。该锻造温度例如可以是８５０℃－９５０℃。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 本专利技术涉及制造伸长产品用的锆合金半成品的生产方法，该伸长产品用于制造燃料组装元件。在用轻水冷却的核反应堆(例如，加压水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR))中的燃料组装件或者CANDU反应堆的燃料组装件包括含锆合金的元件，该锆合金具有在核反应堆中心部分的低中子吸收性能。在PWR型核反应堆用组装件的情况下，燃料棒的被覆管以及制造燃料组装件的分隔栅用的板可由锆合金制成，所述锆合金尤其是包含锡、铁、铬和如果需要的话的镍的锆合金，例如合金Zircaloy2或者Zircaloy4。其同样也适用于封闭被覆管两端的栓塞。其它合金，如主要包含锆和铌的商品名为M5的合金也用于生产扁平产品或实心或管状伸长产品形式的燃料组装元件。通常，用于生产燃料组装元件的锆合金包含至少97重量％的锆，而至多3重量％的其余组成除了由于合金生产引出的杂质外，可包含各种不同元素，尤其是铁、锡或铌。符合与其组成相关的这些条件的锆合金根据温度以及其所经过的热处理的不同而呈现出锆的两种同素异晶形式中的一种或另一种形式，即α相，其是具有致密六方结构的低温稳定的锆相；或者β相，其是具有立方结构的高温稳定相。在某些温度范围内或在某些处理结束时，锆合金，诸如用于制造如上定义的燃料组件元件的工业合金，可具有混合的α+β结构。锆合金管状产品的制造通常是通过挤出坯料(billette)来实现的，该坯料本身是通过对锭料进行成形操作以及任选的机械加工操作而获得的。实心伸长产品(棒)通常是通过对由锭料获得的半成品进行热轧并在之后进行冷锻而获得的。通常通过浇铸得到直径例如是400-700mm，一般是600-660mm的大锭料。该锭料随后在一个温度范围内进行锻造操作，在该温度范围内，其可以是α，β或α+β相(EP-0.085.552和US-5,674,330)。在Zircaloy4的情况下，该锭料在1000℃-1100℃下，通常在约1050℃下进行β相锻造，以获得中间产品，如棒或者具有正方形或八边形截面的产品，其横截面直径(或者该横截面外接的圆的直径)是250mm-400mm。例如，在八边形截面的情况下，其对角长度约为350mm，该长度对应于外接圆的直径。随后在700℃-800℃下，例如通常在750℃下对该中间产品进行α相锻造，直至获得直径为100mm-250mm(通常直径为205mm)的棒。随后从β相(通常是从1000℃-1150C)开始，对下面的物质进行淬火在前面锻造步骤获得的棒，或者由被切断棒的段所构成的块，或者由在其轴向钻孔的块所构成的坯料。最后，为了获得管状产品，则对坯料进行挤出操作，该坯料是在前面步骤中获得的淬火坯料，或者是由所述生产方法的前面步骤中获得的淬火棒进行机械加工而得到的坯料。为了获得实心伸长产品，则对淬火的棒进行热轧处理。在任何情况下，在可获得最终管状产品的挤出操作之前，或者在可获得小直径棒的热轧操作之前，通过一种生产方法来生产棒、块或坯料形式的半成品，所述生产方法包括对原料锭实施的第一β相锻造步骤，以及对在第一β相锻造步骤结束时获得的中间产品实施的第二α相锻造步骤。刚刚描述的已知转变方法包括在1000-1100℃高温下的第一β相锻造步骤。在所述第一锻造步骤之后，所获得的中间产品被冷却到至少α相锻造温度，并且通常是到环境温度，因为在第一β相锻造步骤之后并不立即进行第二α相锻造步骤。在非常高的温度下锻造锭料是一种困难和昂贵的操作。另外，在第一锻造步骤之前加热锭以使其达到1000-1100℃的过程中，中间锭可吸收所接触的潮湿空气或水的氢，所述氢以氢化物的形式固定在材料中。通常，在材料中以大析出物形式存在的氢化物对于产品的可冷塑性和耐腐蚀性来说是不利的。本专利技术的目的是提出一种包含至少97重量％锆的锆合金半成品的生产方法，该半成品用于制造至少一种伸长产品，在该方法中，通过浇铸锆合金来生产大尺寸锭，然后分两步锻造所述大尺寸锭来生产用于经过成形操作获得伸长产品的半成品，所述方法可以使所述伸长产品的制造简化并降低成本，并且将半成品中(进而最终伸长产品中)所存在的氢化物限制在一个低水平。为此，锻造大尺寸锭的第一步骤是在一个温度下进行的，在该温度下，锆合金处于包括锆合金的α和β结晶相的状态。根据特定的形式-在第一锻造步骤的温度下，所述锭包括10-90％体积比例的α相锆合金，所述锭的其余锆合金是β相，-第一锻造步骤在850℃-950℃的温度下进行，-第一锻造步骤在约900℃的温度下进行，-第一锻造步骤在600℃-950C的温度下进行，-第二锻造步骤在一个温度下进行，在该温度下，由所述锭的第一锻造步骤获得的中间产品的锆合金处于α相，-第二锻造步骤在一个温度下进行，在该温度下，在所述锭的第一锻造步骤结束时获得的中间产品的锆合金处于包括锆合金的α和β结晶相的状态，-该锆合金包括总计至多3重量％的添加元素，所述添加元素包括元素锡、铁、铬、镍、氧、铌、钒和硅中的至少一种元素，该合金其余部分除了不可避免的杂质外由锆组成。本专利技术还涉及-所述方法用于生产诸如棒或坯料之类的半成品的用途，所述半成品用于生产管状产品，该管状产品用于制造水冷核反应堆的诸如被覆管或燃料组装件用导管的燃料组装元件，或者CANDU反应堆用的燃料组装元件；-或者所述方法用于生产一种棒的用途，所述棒用于生产小直径栓塞棒，以用于制造封闭核反应堆的燃料组装棒的被覆管端部的密封塞。为了理解本专利技术，通过与现有技术的方法对比，将描述本专利技术的用于生产管状产品的半成品的生产方法。图1所示为简化示出的半成品生产方法的各步骤的示意图。图1示出了铸锭1，其可以是大尺寸铸锭，其直径可以是400-700mm且长度是2m-3m，其是通过将用于生产制造燃料组装元件用的管状产品的锆合金进行浇铸而获得的。该锆合金例如可以是Zircaloy2合金，所述Zircaloy2合金包括，以重量计，1.2-1.7％锡、0.07-0.20％铁、0.05-0.15％铬、0.03-0.08％镍、至多120ppm硅和150ppm碳，该合金其余部分除了常规的杂质外由锆组成。用于制造伸长产品的合金也可以是Zircaloy4合金，所述Zircaloy4合金包括，以重量计，1.2-1.7％锡、0.18-0.24％铁、0.07-0.13％铬、至多150ppm碳，该合金其余部分由锆和常规杂质组成。制造伸长产品用的锆合金还可以是主要包含锆和铌的M5型合金。根据本专利技术，使所述锭的温度达到锆合金处于α+β相的温度，以对处于α+β相的锭实施第一锻造步骤。该α+β相锻造(该方法的第一步骤)的温度的选择要使得在所述锭合金中α相的体积比例是10-90％，该合金的其余部分是β相。通常，第一锻造步骤在850-950℃下进行，例如，在Zircaloy4的情况下通常是900℃。在该温度下，诸如Zircaloy的锆合金是α+β相。在诸如合金M5的锆铌合金的情况下，α+β相将温度范围扩大至明显大于Zircaloy型合金的情况，所述温度范围是600-950℃。所述锭的锻造与现有技术的方法相同，在该方法中，锻造是在高温下进行的(例如1050℃)，直到获得棒或者在直径250-400mm圆(通常是直径350mm圆)中内接的正方形或八边形载面的产品。用α+β相锻造代替更高温度下的β相锻造所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含至少９７重量％锆的锆合金半成品（３）的生产方法，该半成品（３）用于制造至少一种伸长产品，在该方法中，通过浇铸锆合金生产大尺寸锭（１），然后分两步锻造所述大尺寸锭（１）来生产用于经过成形操作获得伸长产品的半成品（３），所述方法的特征在于大尺寸锭（１）的第一锻造步骤（２）是在锆合金处于包括锆合金的α和β结晶相的状态的温度下进行的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2003-1-13 03003171.包含至少97重量％锆的锆合金半成品(3)的生产方法，该半成品(3)用于制造至少一种伸长产品，在该方法中，通过浇铸锆合金生产大尺寸锭(1)，然后分两步锻造所述大尺寸锭(1)来生产用于经过成形操作获得伸长产品的半成品(3)，所述方法的特征在于大尺寸锭(1)的第一锻造步骤(2)是在锆合金处于包括锆合金的α和β结晶相的状态的温度下进行的。2.权利要求1的方法，其特征在于，在第一锻造步骤的温度下，所述锭包括10-90％体积比例的α相锆合金，所述锭的其余锆合金是β相。3.权利要求1或2的方法，其特征在于，第一锻造步骤(2)在850℃-950℃的温度下进行。4.权利要求3的方法，其特征在于，第一锻造步骤在约900℃的温度下进行。5.权利要求1或2的方法，其特征在于，第一锻造步骤在600-950℃的温度下进行。6.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于，第二锻造步骤在...

【专利技术属性】
技术研发人员：P巴波里斯，N李兹，X罗贝，
申请(专利权)人：欧洲塞扎斯锆公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]