[發明專利]一種高強鋯合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202110440664.X
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113186425A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉日平;馬巍;陳博涵;郭宇星;馬明臻;景勤;張新宇
• 申請（專利權）人: 邁特斯迪材料科技秦皇島有限公司;燕山大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22F1/18;C22C1/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種高強鋯合金及其制備方法，涉及鋯合金材料技術領域。本發明提供的高強鋯合金，以質量分數計，化學成分包括：Ti 5～35％，Nb 0.5～2.5％，Hf0.5～5％和余量的Zr。本發明在Zr中添加Ti、Nb等元素，通過嚴格控制各元素的含量，利用合金化，得到強度和塑性均較高的高強鋯合金。實施例結果表明，本發明提供的高強鋯合金的屈服強度為550～900MPa，抗拉強度為650～1000MPa，延伸率為13.9～18.2％。

技術領域

本發明涉及鋯合金材料技術領域，具體涉及一種高強鋯合金及其制備方法。

背景技術

鋯因其具有較低的熱中子吸收截面積、在高溫高壓水蒸氣中具有優異的抗腐蝕能力、良好的抗中子輻照性能而作為包殼材料和結構材料廣泛應用于核工業中。與此同時，鋯及其合金還因在大多數酸、堿和熔融鹽中具有優異的耐腐蝕性能應用于化工行業中。

但是，目前鋯合金依然存在著諸多問題，如強度較低、加工工藝復雜、成本較高等問題。鋯合金體系中Zr-Nb系是典型的合金體系，現有技術中Zr-Nb系合金的屈服強度通常只有400MPa左右，強度較低。中國專利CN110408815A公開了一種低彈性模量、高強度的調幅分解型Zr-Nb-Ti合金材料及其制備方法，但該合金中鈮含量為15～45％，原材料成本較高；而且其制備工藝復雜，需要固溶時效等多項工藝流程。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強鋯合金及其制備方法，本發明提供的高強鋯合金具有較高的強度和塑性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種高強鋯合金，以質量分數計，所述高強鋯合金的化學成分包括：Ti 5～35％，Nb 0.5～2.5％，Hf0.5～5％和余量的Zr。

優選地，以質量分數計，所述高強鋯合金的化學成分包括：Ti 5.8～34.8％，Nb0.62～2.47％，Hf1.1～4.2％和余量的Zr。

優選地，所述高強鋯合金具有板條α相和β相構成的網籃組織，所述板條α相的板條寬度為1～6μm。

優選地，所述高強鋯合金中β相的體積分數為10％以下。

本發明還提供了上述技術方案所述高強鋯合金的制備方法，包括以下步驟：

將合金原料進行熔煉，得到鑄態合金坯；

將所述鑄態合金坯進行退火處理，得到高強鋯合金。

優選地，所述退火處理的溫度為350～450℃；所述退火處理的保溫時間為1.5～2h。

優選地，所述退火處理在保護性氣氛中進行。

優選地，所述熔煉的溫度為2300～2600℃。

優選地，所述熔煉的次數在5次以上，每次熔煉的時間為3～5min。

優選地，所述熔煉為真空電弧熔煉。

本發明提供了一種高強鋯合金，以質量分數計，所述高強鋯合金的化學成分包括：Ti 5～35％，Nb 0.5～2.5％，Hf0.5～5％和余量的Zr。在本發明中，通過嚴格控制各元素的含量，利用合金化，Ti與Zr形成無限固溶體，從而實現固溶強化；Hf屬于中性元素，在α相中固溶強化作用明顯；Nb與Zr、Ti屬于同一主族，具有固溶強化的作用，能夠提高鋯合金的強度。另外，通過控制Nb元素的添加，能夠在合金中產生少量β相，提高合金的耐腐蝕性、塑性以及生物相容性。而且按照本發明的化學成分，采用簡單的制備方法，即可得到強度和塑性均較高的高強鋯合金。實施例結果表明，本發明提供的高強鋯合金的屈服強度為550～900MPa，抗拉強度為650～1000MPa，延伸率為13.9～18.2％。