[發明專利]一種解決鋯合金鑄錠頭部鐵元素富集的方法

在審

• 申請號: 201811529909.0
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109550907A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 文惠民;嚴寶輝;田鋒;周軍;石明華;袁波;肖穎
• 申請（專利權）人: 西部新鋯核材料科技有限公司
• 主分類號: B22D7/00
• 分類號: B22D7/00;C22C1/03;C22B9/20
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種解決鋯合金鑄錠頭部鐵元素富集的方法，該方法包括：一、根據目標鋯合金鑄錠選擇原料；二、將核級鋯粒和它組分原料分批配料并熔煉得中間合金A和中間合金B；中間合金A中鐵的質量含量比中間合金B低4％～10％；三、將核級海綿鋯分別與中間合金A和中間合金B制備成自耗電極A和自耗電極B；四、將自耗電極A和自耗電極B焊接組配成自耗電極并采用自耗電極A作為頭部，經熔煉得鋯合金鑄錠。本發明通過制備不同Fe含量的中間合金，并將低Fe含量的中間合金制備成自耗電極中用于目標鋯合金鑄錠頭部熔煉，經真空熔煉得到鋯合金鑄錠，改善了鋯合金鑄錠的頭部鐵元素偏析現象，避免了鋯合金鑄錠頭部的切除，提高了成品率。

技術領域

本發明屬于鋯合金鑄錠制備技術領域，具體涉及一種解決鋯合金鑄錠頭部鐵元素富集的方法。

背景技術

核燃料元件包殼鋯合金是核動力反應堆的關鍵核心材料之一，核動力的先進性、安全可靠性和經濟性與所用包殼材料的性能密切相關。在過去的30多年里，壓水堆燃料元件包殼Zr-4合金的堆內使用性能是令人滿意的。隨著核動力反應堆技術朝著提高燃料燃耗和降低燃料循環成本、提高反應堆熱效率、提高安全可靠性的方向發展，對關鍵核心部件燃料元件包殼材料鋯合金的性能提出了更高的要求，包括腐蝕性能、吸氫性能、力學性能及輻照尺寸穩定性等。目前，商用核電站用的燃料包殼材料基本為Zr-Sn-Fe和Zr-Nb系合金，其中以Zr-Sn-Fe系居多。近些年各國都在開發燃耗更高的新鋯合金，絕大部分采用提高鐵元素在鋯合金中的質量百分含量，得到了一系列優秀的鋯合金產品，例如:美國的Zirlo、俄羅斯的E635、日本的NDA以及中國的N18和N36合金。鋯合金鑄錠普遍采用真空熔煉的方法制備，在熔煉前需要先將原材料海綿鋯和相應的合金一同壓制成電極，鋯合金鑄錠中的合金成分主要通過中間合金的添加來調控。而提高鐵元素在鋯合金中的質量含量，使作為包殼管加工的原料鋯合金鑄錠經過真空熔煉后出現鋯合金鑄錠的頭部鐵元素偏析較為嚴重的現象，尤其本身Fe含量較高的合金，其鑄錠頭部鐵含量甚至超出了標準要求。隨著鋯合金鑄錠規格越來越大，鋯合金鑄錠頭部鐵元素含量控制更加困難，很多時候為保真產品質量不得不加大鑄錠頭部的切除量，從而降低了鑄錠成品率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種解決鋯合金鑄錠頭部鐵元素富集的方法。該方法通過制備不同Fe含量的中間合金，然后制備成自耗電極，并將低Fe含量的中間合金制備成自耗電極中用于目標鋯合金鑄錠頭部熔煉的部分，再經真空熔煉得到鋯合金鑄錠，改善了鋯合金鑄錠的頭部鐵元素偏析現象，避免了鋯合金鑄錠頭部的切除，提高了鋯合金鑄錠的成品率，進一步擴大了鋯合金鑄錠的制備規格。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種解決鋯合金鑄錠頭部鐵元素富集的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、備料：根據目標產物鋯合金鑄錠中各組分的成分和含量選擇相應質量的核級鋯粒、核級海綿鋯和其它組分原料進行備料，其它組分原料包括鐵；

步驟二、中間合金的制備：將步驟一中的核級鋯粒和除核級海綿鋯以外的其它組分原料分批配料并進行熔煉，得到兩批中間合金：中間合金A和中間合金B；所述中間合金A與中間合金B的質量比為1：9，中間合金A中鐵的質量含量比中間合金B中鐵的質量含量低4％～10％，所述中間合金A與中間合金B中除鋯和鐵以外的組分含量相同；

步驟三、電極制備：將核級海綿鋯分別與步驟二中得到的中間合金A和中間合金B壓制成電極并組焊成自耗電極A和自耗電極B；所述核級海綿鋯中用于中間合金A壓制成電極的核級海綿鋯與用于中間合金B壓制成電極的核級海綿鋯的質量比為1:9；

步驟四、鋯合金鑄錠制備：將步驟三中得到的自耗電極A和自耗電極B進行焊接組配成自耗電極并采用自耗電極A作為自耗電極的頭部，然后置于真空自耗電弧爐中進行三次熔煉，得到鋯合金鑄錠。