專利名稱：一種用于鋯合金的加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于鋯合金的加工工藝。
背景技術(shù)：
鋯合金是以鋯為基體加入其他元素而構(gòu)成的有色合金，其在300°C -400°C的高溫高壓水和蒸汽中有良好的耐蝕性能、適中的力學(xué)性能和較低的原子熱中子吸收截面，對核燃料有良好的相容性，因此，鋯合金常用作水冷核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)材料，如燃料包殼、壓 力管、支架和孔道管等?，F(xiàn)有的鋯合金加工工藝依次包括鍛造開坯工序，β相淬火工序，α相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序；其中，鍛造開還工序是在900°C -1150°C的環(huán)境中，對經(jīng)過三次或三次以上的真空電弧熔煉而得到的鑄態(tài)的鋯合金進(jìn)行鍛造開坯處理；β相淬火工序是將上述工序后得到的產(chǎn)品在1030°C的環(huán)境中進(jìn)行10min-50min保溫，然后進(jìn)行水淬得到固態(tài)水淬產(chǎn)品；α相熱軋工序指先將上述固態(tài)水淬產(chǎn)品進(jìn)行保溫，之后進(jìn)行熱軋以得到熱軋板坯；中間退火和冷加工工序指的是對上述熱軋板坯進(jìn)行多次中間退火并在每次中間退火后進(jìn)行冷加工，以最終得到冷軋板坯；成品板材最終再結(jié)晶退火工序是指將上述冷軋板坯加工為成品板材后進(jìn)行再結(jié)晶退火，最終得到鋯合金產(chǎn)品。但是，大尺寸鑄錠經(jīng)β相淬火工序后鑄錠心部冷卻速率不足，不可避免的在α相界處產(chǎn)生析出相，現(xiàn)有的鋯合金加工工藝中的析出相呈帶狀分布，并在α相熱軋工序的保溫過程中不均勻長大，導(dǎo)致鋯合金中第二相粒子無法彌散分布，導(dǎo)致鋯合金的塑性變形能力差，鋯合金的塑性加工能力差。另外，析出相呈帶狀分布，并在α相熱軋工序的保溫過程中不均勻長大，導(dǎo)致鋯合金中第二相粒子尺寸較大且無法彌散分布，造成鋯合金制成的堆芯結(jié)構(gòu)材料在核反應(yīng)堆內(nèi)的耐腐蝕性能下降。綜上所述，如何提供一種用于鋯合金的加工工藝，以使鋯合金中的第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供用于鋯合金的加工工藝，使鋯合金中的第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力，即提高鋯合金的塑性加工能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種用于鋯合金的加工工藝，包括依次進(jìn)行的鍛造開坯工序，β相淬火工序，分級(jí)退火工序，α相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序，其中，所述分級(jí)退火工序包括預(yù)退火處理，所述預(yù)退火處理具體為在溫度范圍為400°C -700°C的環(huán)境中對所述β相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行O. lh-3h預(yù)退火處理；
在溫度范圍為500°C -800°c的環(huán)境中對所述預(yù)退火處理得到的產(chǎn)品進(jìn)行O. 5h-5h
退火保溫。優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述α相熱軋工序?yàn)閷λ龇旨?jí)退火工序得到的產(chǎn)品直接進(jìn)行熱軋。優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述鍛造開坯工序?yàn)樵?00°C -1150°C的環(huán)境中對鑄態(tài)的鋯合金進(jìn)行鍛造開坯處理。優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述β相淬火工序?yàn)樵跍囟确秶鸀?50° C_1150° C的環(huán)境中對所述鍛造開坯處理工序得到的產(chǎn)品進(jìn)行10min-50min真空保溫，然后進(jìn)行水
淬。 優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述中間退火和冷加工工序?yàn)閷λ靓料酂彳埞ば虻玫降臒彳埌迮鬟M(jìn)行多次中間退火并在每次中間退火后進(jìn)行冷加工。優(yōu)選的，上述加工工藝中，成品板材最終再結(jié)晶退火工序?yàn)閷⑺鲋虚g退火和冷加工工序得到的冷軋板坯加工為成品板材并進(jìn)行再結(jié)晶退火。優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述鋯合金為Zr-Sn-Nb合金，其中，所述Sn的重量百分比在O. 4%-1. 7%之間，所述Nb的重量百分比在O. 15%-2· 6%之間。優(yōu)選的，上述加工工藝中，所述鋯合金還包括Fe、Cr和/或Cu。本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝中，包括依次進(jìn)行的鍛造開坯工序，β相淬火工序，分級(jí)退火工序，α相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序，其中，分級(jí)退火工序包括預(yù)退火處理，具體為在溫度范圍為400°C -700°C的環(huán)境中對β相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行O. lh_3h預(yù)退火處理；在溫度范圍為5000C -800°C的環(huán)境中對上述預(yù)退火處理得到的產(chǎn)品進(jìn)行O. 5h-5h退火保溫。應(yīng)用本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝時(shí)，根據(jù)鋯合金的成分、鋯合金鑄錠的尺寸和β相淬火工序的淬火速率調(diào)節(jié)預(yù)退火處理步驟進(jìn)行的時(shí)長為O. lh-3h范圍內(nèi)的某一時(shí)長；同時(shí)，調(diào)節(jié)預(yù)退火完成后退火保溫步驟進(jìn)行的時(shí)長為O. lh-3h范圍內(nèi)的某一時(shí)長。本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝中，分級(jí)退火工序中，預(yù)退火處理步驟中溫度較低，預(yù)退火處理步驟完成后的退火保溫步驟中溫度較高，達(dá)到了分級(jí)保溫的效果，使鋯合金的第二相粒子能夠在較低的溫度中，即在預(yù)退火處理步驟中均勻彌散的析出得到析出相，然后在較高溫度中，即退火保溫步驟中均勻長大。本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝中，第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力，提高鋯合金的塑性加工能力。同時(shí)，本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝中，第二相粒子彌散析出得到析出相，且其能夠均勻長大，鋯合金中第二相粒子尺寸細(xì)小且彌散分布，能夠提高鋯合金制成的堆芯結(jié)構(gòu)材料在核反應(yīng)堆內(nèi)的耐腐蝕性能。另外，本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝增加了位于β相淬火工序和α相熱軋工序之間的分級(jí)退火工序，其先進(jìn)行預(yù)退火處理步驟，然后進(jìn)行退火保溫步驟，其中，退火保溫步驟中溫度較高，其能夠達(dá)到熱軋前的溫度要求，同時(shí)，退火保溫步驟也能滿足熱軋前的保溫時(shí)間要求，退火保溫步驟完成后可以直接進(jìn)行熱軋，省去了現(xiàn)有的α相熱軋工序中的保溫步驟，從而節(jié)約了時(shí)間和能耗。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝的流程圖；圖2為本發(fā)明提供的現(xiàn)有技術(shù)中鋯合金的第二相粒子分布金相圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I提供的鋯合金的第二相粒子分布金相圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供的鋯合金的第二相粒子分布金相圖；圖5為本發(fā)明提供的現(xiàn)有技術(shù)中鋯合金的第二相粒子分布金相圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例3提供的鋯合金的第二相粒子分布金相圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種用于鋯合金的加工工藝，以使鋯合金中的第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力，即提高鋯合金的塑性加工能力。請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝包括步驟100 :鍛造開坯工序；步驟200 β相淬火工序；步驟300 :分級(jí)退火工序，該分級(jí)退火工序包括預(yù)退火處理，即在溫度范圍為400°C -700°C的環(huán)境中對上述β相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行O. lh-3h預(yù)退火處理；在溫度范圍為500°C -800°C的環(huán)境中對上述預(yù)退火處理步驟得到的產(chǎn)品進(jìn)行O. 5h-5h退火保溫；步驟400 α相熱軋工序；步驟500 中間退火和冷加工工序；步驟600 :成品板材最終再結(jié)晶退火工序。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，步驟400為對分級(jí)退火工序得到的產(chǎn)品直接進(jìn)行熱軋。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，步驟100為在9000C -1150°C的環(huán)境中對鑄態(tài)的鋯合金進(jìn)行鍛造開坯處理；上述鑄態(tài)的鋯合金是經(jīng)過三次或三次以上的真空電弧熔煉而得到。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，步驟200為在溫度范圍為950° C-1150° C的環(huán)境中對上述鍛造開坯處理工序得到的產(chǎn)品進(jìn)行10min-50min真空保溫，然后進(jìn)行水淬以得到固態(tài)的水淬產(chǎn)品。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，步驟500為對步驟400后得到的熱軋板坯進(jìn)行多次中間退火并在每次中間退火后進(jìn)行冷加工，最后得到冷軋板坯。
具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，步驟600為將上述冷軋板坯加工為成品板材并進(jìn)行再結(jié)晶退火。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，鋯合金具體為Zr-Sn-Nb合金，其中，Sn元素的重量百分比在O. 4%-1. 7%之間，Nb元素的重量百分比在O. 15%_2. 6%之間。具體的，上述實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，鋯合金還包括Fe元素、Cr元素和/或Cu元素。該鋯合金中還可以加入其它合金元素，本發(fā)明實(shí)施例提供的加工工藝對鋯合金中加入的合金元素的種類不做限制。本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，包括依次進(jìn)行的鍛造開坯工序，β相淬火工序，分級(jí)退火工序，α相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序，其中，分級(jí)退火工序包括預(yù)退火處理，具體為在溫度范圍為4000C _700°C的環(huán)境中對β相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行O. lh-3h預(yù)退火處理；在溫度范圍為500°C _800°C的環(huán)境中對上述預(yù)退火處理得到的產(chǎn)品進(jìn)行O. 5h-5h退火保溫。應(yīng)用本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝時(shí)，根據(jù)鋯合金的成分、鋯合金鑄錠的尺寸和前續(xù)β相淬火工序的淬火速率調(diào)節(jié)預(yù)退火處理步驟進(jìn)行的時(shí)長為O. lh-3h范圍內(nèi)的某一時(shí)長；同時(shí)，調(diào)預(yù)退火完成后退火保溫步驟進(jìn)行的時(shí)長為O. lh-3h范圍內(nèi)的某一時(shí)長。本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，分級(jí)退火工序中，預(yù)退火處理步驟中溫度較低，預(yù)退火處理步驟完成后的退火保溫步驟中溫度較高，達(dá)到了分級(jí)保溫的效果，使鋯合金的第二相粒子能夠在較低的溫度中，即在預(yù)退火處理步驟中均勻彌散的析出得到析出相，然后在較高溫度中，即退火保溫步驟中均勻長大。本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝中，第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力，提高鋯合金的塑性加工能力。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝中，第二相粒子彌散析出得到析出相，且其能夠均勻長大，鋯合金中第二相粒子尺寸細(xì)小且彌散分布，能夠提高鋯合金制成的堆芯結(jié)構(gòu)材料在核反應(yīng)堆內(nèi)的耐腐蝕性能。另外，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于鋯合金的加工工藝增加了位于β相淬火工序和α相熱軋工序之間的分級(jí)退火工序，其先進(jìn)行預(yù)退火處理步驟，然后進(jìn)行退火保溫步驟，其中，退火保溫步驟中溫度較高，其能夠達(dá)到熱軋前的溫度要求，同時(shí)，退火保溫步驟也能滿足熱軋前的保溫時(shí)間要求，退火保溫步驟完成后可以直接進(jìn)行熱軋，省去了現(xiàn)有的α相熱軋工序中的保溫步驟，從而節(jié)約了時(shí)間和能耗。下面以各參數(shù)具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I 以Sn元素的重量百分比為1%, Nb元素的重量百分比為O. 3%的錯(cuò)合金為例,其應(yīng)用現(xiàn)有加工工藝進(jìn)行加工，在真空度為2. 27E-3Pa、加速電壓為20. OOKV的條件下得到的掃描電鏡圖如圖2所示，其中，較大的亮點(diǎn)處為晶界處產(chǎn)生的析出相，其易產(chǎn)生裂紋，對后續(xù)加工性能有害，顯然，該第二次相粒子大小和分布均不均勻，且尺寸較大；采用相同的鋯合金應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的工藝進(jìn)行加工，其在分級(jí)退火工序中，預(yù)退火處理步驟在500°C環(huán)境中進(jìn)行O. 5h，退火保溫步驟在650°C環(huán)境中進(jìn)行2h，加工完成后，該鋯合金在真空度為5. 10E-3Pa、加速電壓為20. OOKV的條件下得到的掃描電鏡圖如圖3所示，圖2和圖3放大了相同的倍數(shù)；圖3中較大的亮點(diǎn)處為晶界處產(chǎn)生的析出相，顯然，相比于圖2中的析出項(xiàng)，該第二相粒子大小均勻，分布均勻，并且尺寸較小。實(shí)施例2以Sn元素的重量百分比為(I % ), Nb元素的重量百分比為(O. 3% )的錯(cuò)合金為例,其應(yīng)用現(xiàn)有加工工藝進(jìn)行加工，條件下得到的掃描電鏡圖如圖2所示，其中，較大的亮點(diǎn)處為晶界處產(chǎn)生的析出相，其易產(chǎn)生裂紋，對后續(xù)加工性能有害，顯然，圖2中較大的亮點(diǎn)，即鋯合金中第二次相粒子大小和分布均不均勻；采用相同的鋯合金應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法進(jìn)行加工，其在分級(jí)退火工序中預(yù)退火處理步驟在550°C溫度內(nèi)進(jìn)行l(wèi)h，退火保溫步驟在550°C內(nèi)進(jìn)行2h，應(yīng)用相同的掃描設(shè)備并放大相同的倍數(shù)得到的掃描電鏡圖如圖4所示，
相比于圖2中晶界處的第二相粒子，圖4中較大的亮點(diǎn)大小均勻，分布均勻，且尺寸較小。實(shí)施例3以Sn元素的重量百分比為O. 8%,Nb元素的重量百分比為O. 35%的錯(cuò)合金為例,其應(yīng)用現(xiàn)有加工工藝進(jìn)行加工，條件下得到的掃描電鏡圖如圖5所示，其中，較大的亮點(diǎn)處為晶界處產(chǎn)生的析出相，其易產(chǎn)生裂紋，對后續(xù)加工性能有害，顯然，圖5中較大的亮點(diǎn)，即鋯合金中第二次相粒子大小和分布均不均勻；采用相同的鋯合金應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法進(jìn)行加工，其在分級(jí)退火工序中預(yù)退火處理步驟在550°C溫度內(nèi)進(jìn)行2h，退火保溫步驟在650°C內(nèi)進(jìn)行2h，應(yīng)用相同的掃描設(shè)備并放大相同的倍數(shù)得到的掃描電鏡圖如圖6所示，相比于圖5中晶界處的第二相粒子，圖6中較大的亮點(diǎn)大小均勻，分布均勻，且尺寸較小。通過使圖2與圖3、圖4對比，同時(shí)使圖5和圖6對比可知，相比于現(xiàn)有的加工方法，本發(fā)明實(shí)施例提供的加工工藝能夠鋯合金晶粒細(xì)小均勻、織構(gòu)隨機(jī)，這說明本發(fā)明實(shí)施例所提供的加工工藝能夠細(xì)化鋯合金晶粒，調(diào)整并消除鋯合金晶粒的組織缺陷，提高鋯合金晶粒尺寸的均勻性。由以上對比可知，通過使用本發(fā)明實(shí)施例所提供的加工工藝，實(shí)現(xiàn)了使鋯合金第二相粒子彌散分布和提高鋯合金晶粒尺寸均勻性的目的。本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于鋯合金的加工工藝，其特征在于，包括依次進(jìn)行的鍛造開坯工序，3相淬火工序,分級(jí)退火工序，a相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序，其中，所述分級(jí)退火工序包括 預(yù)退火處理，所述預(yù)退火處理具體為在溫度范圍為400°C-70(TC的環(huán)境中對所述e相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行0. lh-3h預(yù)退火處理； 在溫度范圍為500°C -800°C的環(huán)境中對所述預(yù)退火處理得到的產(chǎn)品進(jìn)行0. 5h-5h退火保溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工工藝，其特征在于，所述a相熱軋工序?yàn)閷λ龇旨?jí)退火工序得到的產(chǎn)品直接進(jìn)行熱軋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工工藝，其特征在于，所述鍛造開坯工序?yàn)樵?900°C -1150°C的環(huán)境中對鑄態(tài)的鋯合金進(jìn)行鍛造開坯處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工工藝，其特征在于，所述P相淬火工序?yàn)樵跍囟确秶鸀?50° C-11500 C的環(huán)境中對所述鍛造開坯處理工序得到的產(chǎn)品進(jìn)行10min-50min真空保溫，然后進(jìn)行水淬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工工藝，其特征在于，所述中間退火和冷加工工序?yàn)閷λ鯽相熱軋工序得到的熱軋板坯進(jìn)行多次中間退火并在每次中間退火后進(jìn)行冷加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加工工藝，其特征在于，成品板材最終再結(jié)晶退火工序?yàn)閷⑺鲋虚g退火和冷加工工序得到的冷軋板坯加工為成品板材并進(jìn)行再結(jié)晶退火。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的加工工藝，其特征在于，所述鋯合金為Zr-Sn-Nb合金，其中，所述Sn的重量百分比在0. 4%-1. 7%之間，所述Nb的重量百分比在0. 15%_2. 6%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加工工藝，其特征在于，所述鋯合金還包括Fe、Cr和/或Cu。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鋯合金的加工工藝，包括依次進(jìn)行的鍛造開坯工序，β相淬火工序，分級(jí)退火工序，α相熱軋工序，中間退火和冷加工工序，以及成品板材最終再結(jié)晶退火工序；其中，所述分級(jí)退火工序包括預(yù)退火處理，所述預(yù)退火處理具體為在溫度范圍為400℃-700℃的環(huán)境中對所述β相淬火工序得到的水淬產(chǎn)品進(jìn)行0.1h-3h預(yù)退火處理；在溫度范圍為500℃-800℃的環(huán)境中對所述預(yù)退火處理得到的產(chǎn)品進(jìn)行0.5h-5h退火保溫。本發(fā)明提供的用于鋯合金的加工工藝能夠使鋯合金中的第二相粒子彌散分布，提高鋯合金的塑性變形能力，提高鋯合金的塑性加工能力；同時(shí)，還能夠提高鋯合金制成的堆芯結(jié)構(gòu)材料在核反應(yīng)堆內(nèi)的耐腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C16/00GK102660719SQ20121015618
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉慶, 柴林江, 欒佰峰 申請人:重慶大學(xué)