一种锆合金管材的制备方法技术

一种锆合金管材的制备方法，包括：获取锆合金管坯；对所述管坯进行至少三道次轧制，每道次轧制后进行退火处理，得到锆合金管材；最后一道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.9～2.1，倒数第二道次轧制和倒数第三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.1。本发明专利技术通过合理分布锆合金管材制作过程中，最后三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值，可以有效地改善锆合金析氢后氢化物的取向分布，以克服锆合金析出的氢化物呈脆性的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种锆合金管材的制备方法
本专利技术涉及材料金属
，特别涉及一种锆合金管材的制备方法。
技术介绍
因锆合金热中子吸收截面小，耐腐蚀性能优良等原因，作为核反应堆燃料关键结构材料。但在水冷反应堆中，锆合金包壳元件“吸氢”是不可避免的现象，当氢含量超过其在锆合金中溶解度时，过饱和析出的氢会形成氢化物(ZrH1.66)，氢化物的析出会破坏α-Zr晶粒的完整性，产生微裂纹或体积增大，导致材料韧性和强度下降，当运行温度低于150℃时，基体中沉淀析出的氢化物呈脆性，称为“氢脆”。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种可以减少锆合金“氢脆”现象的锆合金管材的制备方法。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的提供了一种锆合金管材的制备方法，包括：获取锆合金管坯；对所述管坯进行至少三道次轧制，每道次轧制后进行退火处理，得到锆合金管材；最后一道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.9～2.1，倒数第二道次轧制和倒数第三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.1。可选地，对于最后三道次轧制，每道次轧制后的退火处理的累计退火参数值控制在3.2×10-20～5.2×10-19h中。可选地，所述累计退火参数为：∑A＝Σ[tiexp(-Q/RTi)]；其中，∑A为累计退火参数，ti是每道次退火处理的时间(h)，Ti是每道次退火处理的温度(K)，Q为激活能，R为气体常数。可选地，对原料进行三次真空自耗熔炼，获得铸锭；将所述铸锭加热至第一预设温度并保温第一预设时间后进行开坯锻造获得锻坯；将所述锻坯在第二预设温度下进行感应淬火；对淬火后的所述锻坯进行挤压处理并退火后，得到所述锆合金管坯。可选地，所述铸锭的尺寸为Ф700mm-Ф750mm内；所述第一预设温度为不小于1030℃；所述第一预设时间为2～5h；所述锻坯的尺寸为Ф200mm-Ф250mm内；所述第二预设温度为1010～1100℃；所述挤压处理的温度为不大于650℃；所述锆合金管坯的尺寸为Ф80×15mm-Ф90×25mm.可选地，所述原料为Zr-4锆合金的原料。可选地，所述原料包括：1.20-1.70wt％的锡、0.18-0.24wt％的铁、0.07-0.13wt％的铬、0.09-0.16wt％的氧、低于0.0200wt％的碳和低于0.0120wt％的硅，余量为锆和杂质。可选地，所述原料包括：1.30wt％的锡、0.22wt％的铁、0.12wt％的铬、0.12wt％的氧、0.0070wt％的碳和0.010wt％的硅。可选地，每次轧制的所述相对减壁量与相对减径量的比值通过管壁变形量和直径变形量的比值来获得。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本专利技术通过合理分布锆合金管材制作过程中，最后三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值，可以有效地改善锆合金析氢后氢化物的取向分布，以克服锆合金析出的氢化物呈脆性的现象。附图说明图1是使用本专利技术的锆合金管材的制作方法得到的锆合金管材在显微镜下的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本实施方式提供了一种锆合金管材的制备方法，包括：获取锆合金管坯；对所述管坯进行至少三道次轧制，每道次轧制后进行退火处理，得到锆合金管材；最后一道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.9～2.1，倒数第二道次轧制和倒数第三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.1。其中，最后相对减壁量与相对减径量的比值(以下称为Q值)为1.0～2.1，对应道次变形量为69％～83％。本实施方式通过合理分布锆合金管材制作过程中，最后三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值，可以有效地改善锆合金析氢后氢化物的取向分布，以克服锆合金析出的氢化物呈脆性的现象。研究得知，为克服“氢脆”，一是尽量减少吸氢，二是改善吸氢后氢化物的取向分布。本专利技术选用Zr-4合金管材，因为Zr-4合金管材降低了导致吸氢的成分镍，可以很好的减少“氢脆”。核反应堆用Zr-4合金管材一般用氢化物取向因子fn40°来定量表征氢化物取向，定义为与径向夹角小于40°的氢化物条数与视场内氢化物总条数之比，对于Zr-4合金再结晶退火管材，一般要求fn40°≤0.50。由于锆是密排六方结构，存在各向异性，在加工过程中会形成织构，这种方向性使氢化物也具有方向性。通常，氢化物的析出有所谓的惯析面，Zr-4合金惯析面为与基面夹角为15°，近似认为氢化物沿着基面析出，所以为防止出现沿径向分布的不利于管材性能的氢化物分布形态，其实质是优化加工过程织构分布。研究表明，织构与轧制Q值之间存在一定关系，当只考虑成品道次轧制Q值时，径向织构因子fr与Q值的相关度R2为0.33，当考虑最后三道次轧制Q值时，径向织构因子fr与Q值的相关度R2为0.83，一般认为R2＝1时，相关度最好，所以优化管材的织构分布需控制轧制最后三道次Q值分布。通过本实施方式得到的锆合金，其fn40°非常小，具体可见图1.在一可选实施例中，Q值使用管壁变形量和直径变形量比值来计算，管壁变形量即为管材长度的变形量，直径变形量即为管材外直径的变形量。在一可选实施例中，在再结晶温度以上退火时，退火温度愈高，氢化物愈趋于混乱分布，所以控制最后三道次轧制的退火参数对于优化氢化物分布也是很重要的对于最后三道次轧制，每道次轧制后的退火处理的累计退火参数值控制在3.2×10-20～5.2×10-19h中，此时才能获得氢化物取向因子较低的管材。所述累计退火参数为：∑A＝Σ[tiexp(-Q/RTi)]；其中，∑A为累计退火参数，ti是每道次退火处理的时间(h)，Ti是每道次退火处理的温度(K)，Q为激活能，R为气体常数，一般对于Zr-4合金来说，Q/R＝40000K。在一可选实施例中，对原料进行三次真空自耗熔炼，获得铸锭；将所述铸锭加热至第一预设温度并保温第一预设时间后进行开坯锻造获得锻坯；将所述锻坯在第二预设温度下进行感应淬火；对淬火后的所述锻坯进行挤压处理并退火后，得到所述锆合金管坯。具体来说所述铸锭的尺寸为Ф700mm-Ф750mm内；所述第一预设温度为不小于1030℃；所述第一预设时间为2～5h；所述锻坯的尺寸为Ф200mm-Ф250mm内；所述第二预设温度为1010～1100℃；所述挤压处理的温度为不大于650℃；所述锆合金管坯的尺寸为Ф80×15mm-Ф90×25mm.在一可选实施例中，所述原料为Zr-4锆合金的原料。所述原料包括：1.20-1.70wt％的锡、0.18-0.24wt％的铁、0.07-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆合金管材的制备方法，其特征在于，包括：/n获取锆合金管坯；/n对所述管坯进行至少三道次轧制，每道次轧制后进行退火处理，得到锆合金管材；/n最后一道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.9～2.1，倒数第二道次轧制和倒数第三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.1。/n

【技术特征摘要】
1.一种锆合金管材的制备方法，其特征在于，包括：
获取锆合金管坯；
对所述管坯进行至少三道次轧制，每道次轧制后进行退火处理，得到锆合金管材；
最后一道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.9～2.1，倒数第二道次轧制和倒数第三道次轧制的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.1。


2.根据权利要求1所述的锆合金管材的制备方法，其特征在于，
对于最后三道次轧制，每道次轧制后的退火处理的累计退火参数值控制在3.2×10-20～5.2×10-19h中。


3.根据权利要求2所述的锆合金管材的制备方法，其特征在于，所述累计退火参数为：
∑A＝Σ[tiexp(-Q/RTi)]；
其中，∑A为累计退火参数，ti是每道次退火处理的时间(h)，Ti是每道次退火处理的温度(K)，Q为激活能，R为气体常数。


4.根据权利要求1所述的锆合金管材的制备方法，其特征在于，所述获取锆合金管坯，包括：
对原料进行三次真空自耗熔炼，获得铸锭；
将所述铸锭加热至第一预设温度并保温第一预设时间后进行开坯锻造获得锻坯；
将所述锻坯在第二预设温度下进行感应淬火；
对淬火后的所述锻坯进行挤压处理并退火后，得到所述锆合金管坯。


5.根据权利要求4所述的锆合金管...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗倩倩，高博，王练，储林华，俞海平，童龙刚，李晓波，李小影，石鸿瑞，
申请(专利权)人：西北锆管有限责任公司，国核宝钛锆业股份公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61