[發(fā)明專利]鋯合金處理法、由此得到的鋯合金及其制成的核反應(yīng)堆部件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380070106.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN104919068A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 皮埃爾·巴伯里;帕斯卡·蓋琳;帕斯卡琳·弗里蒙特
• 申請（專利權(quán)）人: 阿海琺核能公司
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22F1/18;G21C3/07
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 武晨燕;胡春光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在輕水核反應(yīng)堆中使用的鋯(Zr)合金和它們的熱機(jī)械處理領(lǐng)域，該鋯合金用于制造所述反應(yīng)堆的燃料組件的燃料包覆管和結(jié)構(gòu)元件，如導(dǎo)套管、用于外殼的片材和間隔柵板。因此，本發(fā)明還可涉及長的產(chǎn)品和扁平的產(chǎn)品。

背景技術(shù)

為此，本領(lǐng)域中已知使用Zr合金，這些Zr合金根據(jù)它們所含有的主要合金化元素數(shù)目被稱為“三元”或“四元”。三元合金除Zr之外一方面含有顯著量的Nb，另一方面含有Fe和可能的Cr和/或V。除此之外，四元合金還含有顯著量的Sn。除上述例舉的元素之外，可存在純粹是雜質(zhì)的其它元素或故意添加的其它元素，作為純粹是雜質(zhì)的其它元素在一些情況下必須通過對制成合金的原料進(jìn)行仔細(xì)選擇來將這些元素保持在嚴(yán)格的限量內(nèi)，作為故意添加的其它元素，雖然可將它們限制為少量，但它們對合金的機(jī)械性能和/或化學(xué)性質(zhì)具有顯著影響。在這些元素中，可例舉Ni、O、C、Si、S。

這些合金可以如下狀態(tài)使用：應(yīng)力消除狀態(tài)，即，具有小于約10％的再結(jié)晶晶粒；再結(jié)晶狀態(tài)，也稱為完全或全部再結(jié)晶狀態(tài)，即具有大于約90％的再結(jié)晶晶粒；或部分再結(jié)晶狀態(tài)，即具有約10％至約90％的再結(jié)晶晶粒。

已知的三元或四元合金具有一些缺點(diǎn)。

特別是，在低溫下(例如低于600℃)難以實(shí)現(xiàn)它們的完全再結(jié)晶，從而當(dāng)希望實(shí)現(xiàn)這樣的再結(jié)晶時，可能需要在較高的溫度下進(jìn)行熱處理；但這些高的溫度可能導(dǎo)致β-Zr相的形成，這不利于合金抵抗由壓水反應(yīng)堆(PWR)介質(zhì)或沸水反應(yīng)堆(BWR)介質(zhì)：液態(tài)水或蒸汽狀態(tài)的水、氫氧化鋰水溶液(lithiated?water)……所導(dǎo)致的不同類型的腐蝕。

對于一些應(yīng)用也應(yīng)避免β-Nb的形成：例如在BWR反應(yīng)堆中該相可能不利于抵抗陰影腐蝕(shadow?corrosion)。然而，為了改進(jìn)合金的一些機(jī)械性能，高溫處理是有用的，這是由于增加了固溶體中存在的且不與析出物結(jié)合的Nb的量。

在熱作業(yè)或冷作業(yè)順序之間進(jìn)行中間退火的過程中，在合理的時間內(nèi)使被處理的材料達(dá)到完全再結(jié)晶是有用的，旨在恢復(fù)材料的成形性并允許進(jìn)一步的變形。使用已知的組合物和相應(yīng)的方法，在580℃下完全再結(jié)晶會花費(fèi)幾十個小時，這不適合于工業(yè)生產(chǎn)過程。

為了提高耐腐蝕性，特別是在PWR反應(yīng)堆中的耐腐蝕性，增加一些種類析出物的尺寸也將是有用的。這些析出物是六方拉夫斯(Laves)相C14Zr(Fe，Nb，Cr)₂、具有類似組成的立方拉夫斯相C15，和四方津特爾(Zintl)相Zr₂(Fe，Ni)。但通常由這樣的高溫處理所導(dǎo)致的存在β-Zr這一缺點(diǎn)取消了這些改進(jìn)。

而且，在高于600℃的溫度下處理這些三元/四元合金的可能性將允許使用如短時間連續(xù)退火的方法，與傳統(tǒng)的批次退火相比，這將使熱處理時間更短并且使“在溫度下的時間(time?at?temperature)”(即在給定的退火溫度下合金實(shí)際花費(fèi)的時間)更均質(zhì)，并因此改進(jìn)工廠生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量，同時留給拉夫斯相或津特爾相和β-Nb相更短的時間生長(例如，對于BWR應(yīng)用)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Zr合金的處理方法，該處理方法如果與精確的合金組成相結(jié)合，允許克服這些缺點(diǎn)并因此充分集合了合金組成和高溫?zé)崽幚淼膬?yōu)點(diǎn)。

為此，本發(fā)明在于一種用于打算在核反應(yīng)堆中使用的鋯合金的處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

制備鋯合金錠，所述鋯合金錠的組成以wt％或重量ppm計為：

0.40％≤Nb≤1.05％；

痕量≤Sn≤2％；

(0.5Nb–0.25)％≤Fe≤0.50％；

痕量≤Ni≤0.10％；

痕量≤(Cr+V)％≤0.50％；

痕量≤S≤35ppm；

600ppm≤O≤2000ppm，優(yōu)選1200ppm≤O≤1600ppm；

痕量≤Si≤120ppm；

痕量≤C≤150ppm；

其余為Zr和不可避免的雜質(zhì)；

所述錠經(jīng)歷至少一個再加熱和熱成形步驟，以及可能的在熱成形步驟之后的再加熱和淬火步驟；

任選地，使熱成形的所述錠經(jīng)歷退火；

使熱成形的和可能的經(jīng)退火的所述錠經(jīng)歷至少一個循環(huán)的冷軋-退火步驟，最后一次退火是為產(chǎn)品提供最終應(yīng)力消除、部分再結(jié)晶或完全再結(jié)晶的狀態(tài)的最終退火步驟；