[發明專利]具有優異的耐腐蝕性和抗蠕變性的鋯合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201580078752.2
• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN107438675B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 崔敏英;睦用均;金潤豪;羅年洙;李忠容;鄭泰植;高大均;李升宰;金載益
• 申請（專利權）人: 韓電原子力燃料株式會社
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王加貴

本發明提供了一種鋯合金，其含有1.1?1.2重量％的鈮，0.01?0.2重量％的磷，0.2?0.3重量％的鐵以及其余由鋯制成，以及一種制備具有優異的耐腐蝕性和抗蠕變性的鋯合金的方法，所述方法包括：步驟一，通過溶解構成鋯合金的混合物來制備錠料；步驟二，使在第一步驟中制備的錠料在1,000?1,050℃(β?相間隔)下固溶熱處理30?40分鐘，然后在水中對其進行快速冷卻并對其進行β?淬火；步驟三，使在步驟二中熱處理的錠料在630?650℃下預熱20?30分鐘，然后以60?65％的壓下率對其進行熱軋；步驟四，使在步驟三中的熱軋材料在570?590℃下進行初次中間真空熱處理3?4小時，然后以30?40％的壓下率對其進行初次冷軋；步驟五，使在步驟四中的初次冷軋材料在560?580℃下進行二次中間真空熱處理2?3小時，然后以50?60％的壓下率對其進行二次冷軋；步驟六，使在步驟五中的二次冷軋材料在560?580℃下進行三次中間真空熱處理2?3小時，然后以30?40％的壓下率對其進行三次冷軋；以及步驟七，使在步驟六中的三次冷軋材料在440?650℃下進行最終真空熱處理7?9小時。

技術領域

本發明涉及一種具有優異的耐腐蝕性和抗蠕變性的鋯合金及一種制備該鋯合金的方法，更具體地說，涉及一種適用于核燃料包殼管和用于光的間隔柵以及重水反應堆核電站的鋯合金組合物和退火條件。

背景技術

具有低中子吸收截面、優異的耐腐蝕性和機械性能的鋯合金被廣泛用作核燃料包殼管、核燃料組件間隔柵和核反應堆內部結構的材料已經長達幾十年。

在合金中，鋯合金-2(Sn：1.20至1.70重量％，Fe：0.07至0.20重量％，Cr：0.05至1.15重量％，Ni：0.03至0.08重量％，O：900至1500ppm，Zr：余量)和鋯合金-4(Sn：1.20至1.70重量％，Fe：0.18至0.24重量％，Cr：0.07至1.13重量％，O：900至1500ppm，Ni：<0.007重量％，Zr：余量)被廣泛地用于核工業。

為了降低核燃料循環成本以提高反應堆的經濟效益，目前高燃耗核燃料正受到越來越多的關注。傳統鋯合金的機械性能，如在惡劣的工作條件下的腐蝕性和蠕變性可能會惡化。

因此，對在高燃耗和延長的燃料循環的條件下難以實現的具有高耐腐蝕性和抗蠕變性的材料的需要引起關注，因此正在研究合適的鋯合金，例如Zr-Nb合金等。

對于傳統技術，美國專利第4,649,023號公開了一種鋯合金，其基本上由0.5至2.0重量％的Nb和0.9至1.5重量％的Sn組成，并含有0.09至0.11重量％的選自Fe、Cr、Mo、V、Cu、Ni和W中的任一種，以及0.1至0.16重量％的O，以及余量為Zr。此外，公開了一種產物制備方法，其中具有80nm或更小的小尺寸的沉淀均勻地分布在使用以上合金的基質中。

美國專利第5,648,995號公開了一種使用鋯合金的包殼管，該鋯合金包括0.8至1.3重量％的Nb、50至250ppm的Fe、1600ppm或更少的O、以及120ppm或更少的Si。

該合金在600至800℃下退火，擠壓，以及冷軋4至5次。因此，冷軋過程之間的中間退火在565至605℃的溫度范圍內進行2至4小時，最終退火在580℃下進行，從而制備核燃料包殼管。

因此，為了提高抗蠕變性，合金組合物被配置為使得Fe和O的量被分別限制在250ppm或更小以及1000至1600ppm。

美國專利第6,325,966號公開了一種具有優異的耐腐蝕性和機械性能的合金，其基本上由0.15至0.25重量％的Nb、1.10至1.40重量％的Sn、0.35至0.45重量％的Fe和0.15至0.25重量％的Cr組成，并且包括0.08至0.12重量％的選自Mo、Cu和Mn中的任一種，1000至1400ppm的O，以及余量為Zr。