本发明专利技术提供一种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金及其制备方法。该锆基合金的组成包括：铌，其重量百分比为0.20%~0.50%；锡，其重量百分比为0.30%~0.60%；铁，其重量百分比为0.20%~0.40%；氧，其重量百分比为0.09%~0.15%；钒和硅中的一种或两种，钒的重量百分比为0.01%~0.20%、硅的重量百分比为0.01%~0.03%；余量为包含杂质的锆，锆的重量百分比为98%以上。本发明专利技术的锆基合金具有优良的耐腐蚀性能，该合金与现有技术的ZIRLO合金相比，在高温含锂水和高温蒸汽中具有更为优异的耐腐蚀性能，适用于核反应堆较高燃耗下的燃料棒包壳材料、格架条带及结构件的耐腐蚀锆基合金。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锆基合金材料领域，尤其是涉及ー种可用作核反应堆较高燃耗下的燃料棒包壳材料、格架条带及结构件的耐蚀性锆基合金。特别地，本专利技术涉及在高温下的水基反应堆中表现出改良耐腐蚀性能的锆基合金及其制备方法。
技术介绍
锆基合金由于热中子吸收截面小、导热率高、机械性能好，又具有良好的加工性能以及同UO2相容性好，尤其对高温水、高温水蒸气也具有良好的抗蚀性能和足够的热强性，因此被广泛用作水冷动カ堆的包壳材料和堆芯结构材料。目前，锆基合金中可添加的合金元素虽然受到热中子吸收截面大小的限制，但仍然形成了多种系列的锆基合金，概括起来主要有Zr-Sn系、Zr-Nb系和Zr-Sn-Nb系三大类。 Zr-Sn系主要有Zr-2合金、Zr_4合金和低锡Zr_4合金等，Zr-Nb系有Zr_2. 5%Nb合金、Zr-l%Nb合金和M5合金，Zr-Sn-Nb系包括美国西屋公司的ZIRLO合金、日本的NDA合金、俄罗斯的E635合金以及我国的N18合金、N36合金等。为了进一步提高核电的经济性和安全性，核燃料元件越来越向高燃耗、长循环方向发展，这对锆基合金不断提出新的要求和挑战。第一代锆基合金如常规Zr-4合金燃料棒燃耗为3(T40GWd/tU，优化Zr_4合金燃料棒燃耗可达4(T50GWd/tU ；上世纪70年代以来国内外开发了第二代锆基合金，用于压水堆的主要有E635合金、ZIRLO合金和M5合金等。ZIRLO合金被批准的燃料棒燃耗为62GWd/tU，优化ZIRLO合金的燃料棒燃耗可达70GWd/tU ；M5合金使用的燃料棒燃耗为52 62GWd/tU，最高可达80GWd/tUo目前，国内外仍在不断开发新的锆基合金，以提高锆基合金的耐腐蚀性能、吸氢性能、力学性能、抗辐照生长性能和抗辐照蠕变性能，其中耐腐蚀性能是锆基合金五大性能中最关键且最易产生变化的ー项性能。添加微量的合金元素(ppm级的变化)即可使锆基合金的耐腐蚀性能发生较大变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金及其制备方法，其通过添加合金元素硅和钒来获得具有更为优良耐腐蚀性能的锆基合金。实现本专利技术目的的技术方案ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，该锆基合金的组成包括，铌，其重量百分比为O. 20% 0· 50% ； 锡，其重量百分比为O. 309Γ0. 60% ；铁，其重量百分比为(λ 209ΠΧ 40% ；氧，其重量百分比为(λ 099ΠΧ 15% ；钒和硅中的ー种或两种，钒的重量百分比为O. 01°/Γθ. 20%、硅的重量百分比为O.ΟΡ/ΓΟ. 03% ；余量为包含杂质的错,错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 209Γ0. 40% ；锡，其重量百分比为(λ 309ΠΧ 50 % ；铁，其重量百分比为(λ 209ΠΧ 40% ；氧，其重量百分比为O. 09% 0· 15% ；钒，其重量百分比为O. 019Γ0. 20%，余量为包含杂质的错,错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 38% ;锡,其重量百分比为O. 45% ;铁，其重量百分比为O. 30% ;氧，其重量百分比为O. 11% ；钒，其重量百分比为O. 13%，余量为包含杂质的错,错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 40% 0· 50% ；锡，其重量百分比为O. 50% 0· 60% ；铁，其重量百分比为O. 20% 0· 40% ；氧，其重量百分比为O. 09% 0· 15% ；硅，其重量百分比为O. 019Γ0. 03%,余量为包含杂质的错，错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 50% ;锡，其重量百分比为O. 50% ;铁，其重量百分比为O. 30% ；氧,其重量百分比为O. 12% ；硅，其重量百分比为O. 015%，余量为包含杂质的错,错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 20% 0· 40% ；锡，其重量百分比为O. 309Γ0. 50% ；铁，其重量百分比为O. 20% 0· 40% ；氧，其重量百分比为O. 09% 0· 15% ；钒，其重量百分比为O. 019Γ0. 20% ；硅，其重量百分比为O. 019Γ0. 03%,余量为包含杂质的错,错的重量百分比为98%以上。如上所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其组成包括，铌，其重量百分比为O. 38% ;锡,其重量百分比为O. 45% ;铁，其重量百分比为O. 30% ;氧，其重量百分比为O. 11% ；钒，其重量百分比为O. 13% ；硅，其重量百分比为O. 015%， 余量为包含杂质的锆，锆的重量百分比为98%以上。如上所述的任意ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其所述的包含杂质的锆，其杂质含量符合核用锆基合金的标准，其中杂质元素C含量小于120 μ g/g,杂质元素N含量小于80 μ g/g ο本专利技术所述的ー种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金的制备方法，其包括如下步骤，(I)按照锆基合金的组成配料核级海绵锆和核级纯金属原料——Sn、Nb、Fe、V和/或Si ;采用真空非自耗电弧炉进行熔炼，制成50 IOOg重的合金锭，熔炼时充纯氩气保护，并将合金翻身熔炼5次制成合金锭；(2)将步骤(I)所得的合金锭在70(T750°C进行锻造，加工制成坯材，去除氧化皮、酸洗去除油脂后，在真空中经1000 1100で的β相均匀化处理3(T60min后空冷；(3)随后经70(T75(TC热轧，热轧后先去除氧化皮、酸洗去除油脂，再在真空中经1000 1100で的β相均匀化处理3(T60min后水淬；(4)坯材淬火后进行3 4次冷轧，毎次冷轧压下量2(Γ50%，每两次冷轧之间在真空中进行50(T60(TC中间退火l 3h，制成板材，最后在真空中进行50(T60(TC再结晶退火4 6h，毎次中间退火或再结晶退火前都进行去除氧化皮、酸洗去除油脂处理，即制得该锆基合金材料。本专利技术的效果在于本专利技术添加O. 309Γ0. 60%的Sn元素，Sn可以抵消海绵锆中N、C、A1等杂质对耐腐蚀性能的有害作用，可以提高锆基合金的力学性能如屈服強度、拉伸强度和蠕变抗力，但添加量过多后会降低锆基合金的耐腐蚀性能，为了满足高燃耗燃料元件的性能要求，需将其控制在较低的水平。本专利技术添加O. 20%"0. 50%的Nb元素，能够提高合金的力学性能、耐腐蚀性能和抗辐照生长性能。本专利技术添加O. 209Π)· 40%的Fe元素，能够提高合金的力学性能、耐腐蚀性能、吸氢性能和抗辐照生长性能。本专利技术添加O. 099Γ0. 15%的O元素，能够提高合金的力学性能、抗辐照生长性能和抗蠕变性能。本专利技术通过添加Si和V元素，并选择合适的含量，改变了现有技术中对其在锆基合金中含量限制方面的认识，显著提高了合金的耐腐蚀性能，同时还可以提高合金的力学性能和抗辐照生长性能。因此，本专利技术的锆基合金具有优良的耐本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于较高燃耗下的耐蚀性锆基合金，其特征在于：该锆基合金的组成包括，铌，其重量百分比为0.20%~0.50%；锡，其重量百分比为0.30%~0.60%；铁，其重量百分比为0.20%~0.40%；氧，其重量百分比为0.09%~0.15%；钒和硅中的一种或两种，钒的重量百分比为0.01%~0.20%、硅的重量百分比为0.01%~0.03%；余量为包含杂质的锆，锆的重量百分比为98%以上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄锦华，曾奇锋，朱丽兵，刘家正，卢俊强，周勤，周云清，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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