一种高强度耐腐蚀锆合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高强度耐腐蚀锆合金及其制备方法和应用，涉及合金材料技术领域。本发明专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金，以质量百分比计，化学成分包括：钛6～40％；铪0.4～4.5％；钼0.96～2.5％；余量的锆。本发明专利技术结合钛元素、铪元素和钼元素的共同作用，通过控制各元素的含量，实现固溶强化，能够有效提高锆合金的强度和耐蚀性。本发明专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金成本低、密度小、强度高、塑性高、耐腐蚀。耐腐蚀。耐腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐腐蚀锆合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合金材料
，具体涉及一种高强度耐腐蚀锆合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锆在地壳中的存量相对丰富，按丰度计算，其超过了镍、铜、锡、钴等，并且其价格与金属钛的价格相差不大。同时，金属锆本身还具有低的热中子吸收截面积(只有1.8
×
10
‑
29
m2，仅次于铍和镁)、良好的抗辐照性能以及优异的耐腐蚀等特性。钛在地壳中的丰度占第七位，约0.45％。通过合金化，锆钛铪钼可形成高强耐腐蚀的合金。目前的锆合金主要应用在核工业中，该领域主要侧重其良好的理化特性，对其人体安全性要求不高。作为生活日用的锆合金，通常要求其具有更好的耐蚀性，来满足人体健康对材料安全性能的需要，以拓展其应用范围。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高强度耐腐蚀锆合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的锆合金具有较高的强度和耐蚀性。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种高强度耐腐蚀锆合金，以质量百分比计，化学成分包括：
[0006]钛 6～40％；
[0007]铪 0.4～4.5％；
[0008]钼 0.96～2.5％；
[0009]余量的锆。
[0010]优选地，以质量百分比计，化学成分包括：
[0011]钛 10～40％；
[0012]铪 1.0～4.2％；
[0013]钼 1.47～2.5％；
[0014]余量的锆。
[0015]优选地，所述高强度耐腐蚀锆合金具有α相和β相双相组织。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述高强度耐腐蚀锆合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将合金原料进行熔炼，得到铸锭；
[0018]将所述铸锭依次进行预加热保温处理和轧制变形，得到锆合金板；
[0019]将所述锆合金板依次进行固溶处理、水淬处理和退火处理，得到高强度锆合金。
[0020]优选地，所述熔炼为非自耗电弧熔炼；所述熔炼的温度为2400～2700℃。
[0021]优选地，所述预加热保温处理的温度为850～900℃；预加热保温处理的时间为20～60min。
[0022]优选地，所述轧制变形为多道次轧制变形，每道次压下量为1.5～2.5mm，每道次轧制的间隔将铸锭加热至所述预加热保温处理的温度并保温4～6min；所述轧制变形的总变形量为65～70％。
[0023]优选地，所述固溶处理的温度为850～1000℃；所述固溶处理的保温时间为40～90min。
[0024]优选地，所述退火处理的温度为500～700℃；所述退火处理的保温时间为1.5～3h。
[0025]本专利技术提供了上述技术方案所述高强度耐腐蚀锆合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的高强度耐腐蚀锆合金在制备生物医用材料和食品接触材料中的应用。
[0026]本专利技术提供了一种高强度耐腐蚀锆合金，以质量百分比计，化学成分包括：钛6～40％；铪0.4～4.5％；钼0.96～2.5％；余量的锆。本专利技术结合钛元素、铪元素和钼元素的共同作用，通过控制各元素的含量，实现固溶强化，能够有效提高锆合金的强度和耐蚀性。本专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金成本低、密度小、强度高、塑性高、耐腐蚀。
[0027]本专利技术还提供了上述技术方案所述高强度耐腐蚀锆合金的制备方法，本专利技术在轧制变形过程中，一部分α相板条在轧制时被强行破碎，形成了等轴组织，板条状的α相在轧制过程中沿着轧制方向被拉长，有效提高了锆合金的强度和塑性；在水淬处理过程中将β相保存下来，β相含量的增加有利于提高合金的塑性。
附图说明
[0028]图1为实施例1制备的高强度耐腐蚀锆合金的金相光学显微图；
[0029]图2为实施例2制备的高强度耐腐蚀锆合金的金相光学显微图；
[0030]图3为实施例3制备的高强度耐腐蚀锆合金的金相光学显微图；
[0031]图4为对比例1制备的锆合金的金相光学显微图；
[0032]图5为本专利技术拉伸性能测试的拉伸试样尺寸图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种高强度耐腐蚀锆合金，以质量百分比计，化学成分包括：
[0034]钛 6～40％；
[0035]铪 0.4～4.5％；
[0036]钼 0.96～2.5％；
[0037]余量的锆。
[0038]以质量百分比计，本专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金包括钛6～40％，优选为10～40％，更优选为12.2～20％。在本专利技术中，所述钛元素可与锆元素形成无限固溶体，Ti的添加可提高锆合金的强度，同时Ti有利于改善锆合金的耐腐蚀性能。
[0039]以质量百分比计，本专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金包括铪0.4～4.5％，优选为1.0～4.2％，更优选为3.8～4.0％。在本专利技术中，Hf元素是采用低成本的、锆铪不分离的海绵锆熔炼时附带的，能够显著降低原材料成本。
[0040]以质量百分比计，本专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金包括钼0.96～2.5％，优选为1.47～2.5％，更优选为1.5～2.0％。在本专利技术中，所述钼元素的添加可以提高锆合金β相的
稳定性，能够提高锆合金的抗蠕变能力和在氯化物溶液中的耐腐蚀能力。
[0041]以质量百分比计，本专利技术提供的高强度耐腐蚀锆合金包括余量的锆。在本专利技术的具体实施例中，所述高强度耐腐蚀锆合金还包括不可避免的杂质。
[0042]在本专利技术中，所述高强度耐腐蚀锆合金优选具有α相和β相双相组织；所述β相的体积分数优选为4～8％。
[0043]本专利技术结合钛元素、铪元素和钼元素的共同作用，通过控制各元素的含量，实现固溶强化，有效提高了锆合金的强度和耐腐蚀性。而且本专利技术提供的锆合金具有α相和β相双相组织，所述双相组织的存在使得锆合金中能够形成较高的背应力，会阻碍位错的运动，位错的缠结难以运动表现为合金的强度高；并且双相组织能够协调合金的变形，不会产生应力集中，宏观表现为合金的塑性好。因此，本专利技术提供的锆合金同时具有高强度和良好的塑性。
[0044]在本专利技术的具体实施例中，以质量比计，所述高强度耐腐蚀锆合金包括Zr
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10Ti
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4.1Hf
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1.5Mo、Zr
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12.2Ti
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4.2Hf
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0.96Mo、Zr
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14.8Ti
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4.0Hf
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1.5Mo、Zr
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15Ti
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3.6Hf
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2.0Mo、Zr
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20Ti
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3.2Hf
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2.5Mo、Zr
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20Ti
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐腐蚀锆合金，以质量百分比计，化学成分包括：钛6～40％；铪0.4～4.5％；钼0.96～2.5％；余量的锆。2.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀锆合金，其特征在于，以质量百分比计，化学成分包括：钛10～40％；铪1.0～4.2％；钼1.47～2.5％；余量的锆。3.根据权利要求1或2所述的高强度耐腐蚀锆合金，其特征在于，所述高强度耐腐蚀锆合金具有α相和β相双相组织。4.权利要求1～3任一项所述高强度耐腐蚀锆合金的制备方法，包括以下步骤：将合金原料进行熔炼，得到铸锭；将所述铸锭依次进行预加热保温处理和轧制变形，得到锆合金板；将所述锆合金板依次进行固溶处理、水淬处理和退火处理，得到高强度锆合金。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼为非自耗电弧熔炼；所述熔炼的温度为2400～2700℃。6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，王浩，姬朋飞，马巍，王玉珩，张晗，马明臻，张新宇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：