制造扁平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），然后锻造所述锭获得半成品（８）。在锆合金处于同时包括锆合金的α和β结晶相的状态的温度下，通过单一锻造操作（７）由大尺寸铸锭（１）来生产半成品（８），该半成品（８）可以是用于生产扁平产品的扁坯。

【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扁平产品用的锆合金半成品的生产方法，该扁平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和铁的锆合金，例如合金Zircaloy2或者Zircaloy4。BWR反应堆燃料组装件的平行六面体形箱通常也是通过诸如Zircaloy2或者Zircaloy4这样的锆合金的扁平产品制成的。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或管状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。锆合金的扁平产品通常是通过许多相继的热和冷成形以及热处理步骤来生产的。原料产品通常是通过浇铸被设置为所需组成的合金而获得的非常大的锭。通常是浇铸成直径例如是400-800mm且长度为2-3m的锭。所述锭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)。优选地，所述锭被加热，以使合金处于β相，然后对处于β相的加热锭执行第一锻造步骤。通常，在锻造之前，所述锭被加热到1050℃十小时。在第一锻造步骤之后，通过该锻造获得的产品从β相开始淬火。然后在低于800℃的温度下进行第二锻造步骤，在Zircaloy型合金的情况下，该合金处于α相。在第二锻造步骤之后，所获得的产品(其构成了用于生产扁平产品的方法的半成品)是可具有大约100mm厚度的扁坯。随后对该扁坯进行各种不同的热轧和冷轧操作，以获得最终的扁平产品，例如厚度为0.2-4mm的带材。淬火和退火的热处理是在最终扁平产品的至少某些成形操作之间进行的。刚刚描述的转变方法包括许多相继的处理阶段，尤其是从β相的几次淬火，以获得半成品，如热成形的扁坯，或者冷成形的第二中间产品。在产品的冷却步骤期间或者在淬火步骤期间，锆合金产品与潮湿空气和/或水接触，这样，其吸收氢，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。氢化物通常在产品冷却期间在220-100℃的温度范围内析出，并且材料吸收的氢越多，氢化物形成的量越大，并且氢化物越大。由于限制材料中氢化物的形成或者促进细小形式的氢化物优先形成是有利的，因此优选地是执行锆合金产品的转变处理，以使这些产品在成形和热处理操作期间尽可能吸收最少的氢。另外，有利地是能够将复杂并且包括许多相继操作的成形方法简化。法国专利2,334,763提出了一种在830-950℃的温度下热处理和/或热力学处理包括大于150ppm碳的锆合金的方法，以溶解至少部分碳，随后未在高于950℃的温度下进行任何热处理。在830-950℃的温度范围(对应于合金中存在α和β相的温度范围)内的热处理和/或热力学处理只在处于β相的锭的第一锻造步骤并接着在水中淬火之后进行。专利2,334,763的方法只适合于特定类型的锆合金，并且不能改变产品生产的第一阶段，在该阶段在水中进行淬火。而且，在α+β相的热处理或热力学处理之后的生产阶段不能在高于950℃的温度下进行。上述专利的方法因而在其应用以及与最终产品中存在的氢化物相关的所得结果方面受到了限制。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，该半成品用于制造扁平产品，在该方法中，通过浇铸锆合金来生产大尺寸锭，然后通过锻造所述大尺寸锭来生产用于经过热轧随后冷轧操作获得扁平产品的半成品，淬火和退火的热处理被添加到至少某些成形操作之间，其中所述方法使所述产品的生产简化并降低成本，并且将所存在的氢化物的量限制在一个低水平，所述氢化物的存在对于锆合金产品的可塑性和耐腐蚀性具有有害的影响。为此，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，通过单一锻造操作由大尺寸铸锭来生产半成品。根据特定的形式-在该锻造温度下，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；-半成品是扁坯；-所述扁坯的厚度约为100mm，并且用于生产厚度为0.2-4mm的扁平产品；-在850℃-950℃的温度下进行α和β相锆合金锻造；-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扁坯的用途，所述扁坯用于生产厚度为0.2-4mm的扁平产品，该扁平产品用于制造诸如PWR反应堆燃料组装件的分隔栅用板或者BWR反应堆的燃料组装箱壁的核燃料组装元件，或者CANDU反应堆的燃料组装元件。为了理解本专利技术，将对比描述现有技术和本专利技术的用于生产扁平产品的半成品的生产方法。附图说明图1示意性表示了现有技术生产方法的各个步骤。图2与图1类似，示意性表示了用于生产半成品的本专利技术生产方法。图1示出了铸锭1，其可以是大尺寸铸锭，其直径可以是400-800mm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扁平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。用于制造扁平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杂质组成。所述合金被浇铸成大尺寸锭1的形式，随后使所述锭达到高于1000℃的温度，例如1050℃十小时，以使所述锭的合金完全处于在高温下稳定的β立方相。如图1中的步骤2所示，所述铸锭随后在合金的β相范围内的温度(例如接近1000℃的温度)下进行锻造，形式为被称作扁坯的相当厚的扁平产品。正如由表示该生产方法第三步骤4的箭头所示出的，厚扁坯3随后在水中或潮湿的空气中淬火。在图1中由5示出的第四步骤中，厚扁坯3在锆合金的α相范围内的温度(例如约800℃的温度)下进行锻造。这样通过锻造得到了构成半成品的厚度约为100mm的扁坯3，并且其经过热轧然后冷轧处理得到厚度可以是0.2-4mm的板材或带材形式的最终扁平产品。在β相的锭1的最初锻造(该方法的步骤2)之后必须在β相进行淬火(该方法的步骤4)，因为在锻造过程中冷却的金属可包含在α+β相的外部区，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含至少９７重量％锆的锆合金制成的半成品的生产方法，该半成品用于制造扁平产品，在该方法中，通过浇铸锆合金来生产大尺寸锭，然后通过锻造所述大尺寸锭来生产用于经过热轧随后冷轧操作获得扁平产品的半成品，淬火和退火的热处理被添加到至少某些成形操作之间，其特征在于，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，通过单一锻造操作由大尺寸铸锭（１）来生产半成品（８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P巴贝里斯，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]