[發明專利]具有優異耐腐蝕性的高含鐵量的鋯合金組合物及其制備方法

有效

• 申請號: 200710102536.4
• 申請日: 2007-05-14
• 公開（公告）號: CN101240389A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 鄭龍煥;金鉉佶;樸相允;李明鎬;催秉權;白種爀;樸政容;金埈煥
• 申請（專利權）人: 韓國原子力研究院;韓國水力原子力株式會社
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明涉及一種具有優異耐腐蝕性的高含鐵量的鋯合金組合物及其制備方法。

背景技術

用于核電站的核燃料組件中的核燃料包殼、格架(spacer?grids)和核反應堆堆芯結構體由于高溫/高壓腐蝕環境和中子輻照而變脆，并且由于腐蝕產物生長的現象而導致機械性能降低，因而它們的合金組合物是很重要的。因此，幾十年以來，具有低中子吸收橫截面以及優異的機械強度和耐腐蝕性的鋯合金被廣泛應用于加壓水反應堆(PWR)和沸水反應堆(BWR)中。在迄今開發的鋯合金中，最廣泛地使用包含錫(Sn)、鐵(Fe)、鉻(Cr)和鎳(Ni)的鋯合金-2(包含1.20-1.70重量％的錫、0.07-0.20重量％的鐵、0.05-1.15重量％的鉻、0.03-0.08重量％的鎳和900-1500ppm的氧，余量為鋯)和鋯合金-4(包含1.20-1.70重量％的錫、0.18-0.24重量％的鐵、0.07-1.13重量％的鉻、900-1500ppm的氧和至多0.007重量％的鎳，余量為鋯)。

然而，為了提高核反應堆的經濟效應，近來采用高燃耗/延長周期的操作，其中延長核燃料的周期使核燃料的壽命周期成本得到降低。當核燃料的周期被延長時，核燃料與高溫和高壓水以及水蒸汽反應的周期得到了延長。由于這種原因，當采用鋯合金-2和鋯合金-4作為用于核燃料包殼的材料時，產生了由核燃料引起的腐蝕現象變嚴重的問題。

因此，迫切需要開發這樣的材料：對高溫和高壓水及水蒸汽具有優異的耐腐蝕性，從而可以用于高燃耗/延長周期操作用的核燃料組件。因此，進行了許多集中在開發耐腐蝕性得到提高的鋯合金的研究。在此，因為鋯合金的耐腐蝕性受到添加元素的種類和量、加工條件、熱處理條件等的極大影響，所以確定顯示優異的耐腐蝕性的最佳條件是特別重要的。

對于涉及用于高燃耗/延長周期的操作的核燃料組件的大多數專利(在二十世紀八十年代中期后注冊的)，鋯合金主要包含鐵，即使當鐵以痕量加入時也可以提高耐腐蝕性。而且，在含鐵的鋯合金組合物中，通常的趨勢是增加添加鐵的量并且添加具有提高耐腐蝕性的作用的其它元素。即，用于高燃耗/延長周期的核燃料的鋯合金基本上包含高濃度的鐵，并且建立了它們的最佳制備方法，以使鋯合金具有優異的性能。

美國專利5,648,995公開了一種用于制備鋯合金的方法，該鋯合金包含0.005-0.025重量％的鐵、0.8-1.3重量％的鈮、等于和小于0.16重量％的氧、等于和小于0.02重量％的碳、等于和小于0.012重量％的硅和余量的鋯。該專利試圖通過將鐵含量限制在很低值的范圍內以提高抗蠕變性。

美國專利5,112,573公開了一種用于制備鋯合金的方法，該鋯合金具有的鐵含量比美國專利5,648,995的鋯合金的鐵含量更高，并且包含0.07-0.14重量％的鐵、0.5-2.0重量％的鈮、0.7-1.5重量％的錫、0.03-0.14重量％的鎳或鉻、等于和小于0.022重量％的碳以及余量的鋯。

美國專利5,125,985和美國專利5,266,131涉及一種制備方法，在該方法中，組成與美國專利5,112,573的鋯合金相同的鋯合金在冷處理過程中，進行“后階段”β淬火處理。這些專利嘗試提高抗蠕變性和耐腐蝕性。

美國專利5,940,464公開了一種合金組合物及其制備方法，所述合金組合物具有比美國專利5,648,995的合金組合物的鐵含量高約20倍的鐵含量，并且包含0.02-0.4重量％的鐵、0.8-1.8重量％的鈮、0.2-0.6重量％的錫、30-180ppm的碳、10-120ppm的硅、600-1800ppm的氧和余量的鋯。該專利嘗試提高耐腐蝕性和抗蠕變性。

美國專利5,211,774公開了一種合金組合物及其制備方法，所述合金組合物包含0.2-0.5重量％的鐵、0.8-1.2重量％的錫、0.1-0.4重量％的鉻、0-0.6重量％的鈮、50-200ppm的硅、900-1800ppm的氧和余量的鋯。該專利嘗試通過改變合金中的硅含量和方法的差異，以降低根據氫吸收的耐腐蝕性的變化。