[發明專利]小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010617869.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111676389A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 姚美意;周邦新;徐詩彤;胡麗娟
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：0.6～1.2％Sn，0.2～0.5％Fe，0.1～0.3％Cr，0.03～0.15％Nb，0.008～0.012％Si，0～0.08％Ge、0～0.08％Cu、0～0.05％Ni，余量為Zr。

2.根據權利要求1所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：該鋯合金的化學組成為：1.0％Sn，0.35％Fe，0.15％Cr，0.05％Nb，0.01％Si，余量為Zr。

3.根據權利要求1所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：0.6～1.2％Sn，0.2～0.5％Fe，0.1～0.3％Cr，0.03～0.15％Nb，0.008～0.012％Si，同時還包括0.01～0.08％Ge、0.01～0.08％Cu、0.01～0.05％Ni中的任意一種或任意多種，余量為Zr。

4.根據權利要求3所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：0.8～1.0％Sn，0.25～0.35％Fe，0.15～0.25％Cr，0.05～0.10％Nb，0.008～0.012％Si，同時還包括0.02～0.06％Ge、0.02～0.06％Cu、0.01～0.05％Ni中的任意一種或任意多種，余量為Zr。

5.根據權利要求4所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：1.0％Sn，0.35％Fe，0.15％Cr，0.05％Nb，0.01％Si，0.03％Ge，余量為Zr。

6.根據權利要求4所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：1.0％Sn，0.35％Fe，0.15％Cr，0.08％Nb，0.01％Si，0.05％Cu，余量為Zr。

7.根據權利要求4所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料，其特征在于，以重量百分比計，該鋯合金的化學組成為：1.0％Sn，0.35％Fe，0.15％Cr，0.08％Nb，0.01％Si，0.03％Ni，余量為Zr。

8.一種權利要求1所述小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料的制備方法，其特征在于，步驟如下：

a.熔煉過程：

按照重量百分比計算，稱量目標制備的鋯合金的原料的化學組成為：0.6～1.2％Sn，0.2～0.5％Fe，0.1～0.3％Cr，0.03～0.15％Nb，0.008～0.012％Si，0～0.08％Ge、0～0.08％Cu、0～0.05％Ni，余量為Zr；利用非自耗真空電弧爐，將配制好的原料熔煉成60～65g的鈕扣錠，熔煉過程通高純Ar氣保護；為保證合金成分的均勻，合金錠每熔煉一次都要翻轉，共熔煉至少6次；

b.熱壓加工處理：

將在所述步驟a中制備的合金錠在不低于700℃預熱至少30min后，放在不同高度、寬度的模具中用油壓機反復熱壓，得到厚度不大于10mm，寬度不大于20mm的條塊狀坯料，便于后續的軋制加工；

c.坯料打磨、酸洗處理：

將在所述步驟b中熱壓后的坯料用砂輪機打磨掉表面的氧化皮，再用混合酸酸洗和自來水沖洗，使樣品表面光亮、沒有污物；

d.進行β相區均勻化處理：

將經過所述步驟c處理后的表面光潔的坯料放在真空度至少為5×10^-3Pa的石英管內，在管式電爐中加熱到不低于1030℃進行保溫至少40min，然后將電爐推離石英管，進行澆水冷卻；

e.熱軋加工處理：

將經過所述步驟d處理后的坯料在不低于700℃中進行預熱至少30min后，經多次熱軋至不大于2.5mm厚的板材；

f.進行β相空冷處理：

將經過所述步驟e熱軋加工處理后的板材經酸洗去除氧化皮后，在真空度至少為5×10^-3Pa的管式電爐中加熱到不低于1030℃繼續進行保溫至少40min，然后將電爐推離石英管，澆水冷卻；

g.四道次冷軋和中間退火處理：

將經過所述步驟f進行β相空冷后的鋯合金板材經四道次冷軋和中間退火，得到厚度不大于0.7mm厚的薄板材，然后剪切成所需尺寸的片狀鋯合金薄板；

h.最終退火處理：

將在所述步驟f中制備的鋯合金薄板進行酸洗后，放在真空度至少為5×10^-3Pa的管式電爐中加熱到不低于580℃進行保溫至少5h，然后進行空冷，得到小型水冷核反應堆用鋯合金包殼材料板帶。