一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬加工技術領域，具體涉及一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法。
【背景技術】
[0002]鋯及其合金由于具有優(yōu)良的核性能、綜合力學性能、良好的加工成型性能、焊接性能以及抗高溫高壓水及蒸汽腐蝕性能而被廣泛用于制造核反應堆堆芯的結(jié)構材料。同時，鋯合金與人體組織具有較強的相容性，而被廣泛用于人體植入物的制備。目前，鋯及其合金的生產(chǎn)工藝主要為通過擠壓制備管材、通過乳制制備板材。而通過自由鍛造制備棒坯涉及很少，因自由鍛造相對于擠壓和乳制工藝，變形中合金受壓應力方向較少，加之鋯及其合金變形塑性很好，變形中金屬容易流動，導致變形不均現(xiàn)象發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法，解決了現(xiàn)有鍛造法制備鋯及其合金時易發(fā)生不均勻現(xiàn)象的問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法，具體包括以下步驟:
[0005]步驟1、開坯:
[0006]采用Zr-2.5Nb合金鑄錠，開坯溫度930-960°C，加熱100_150min后出爐，對鑄錠進行三鐓三拔，鍛比控制在1.9-2.1，充分破碎粗大鑄態(tài)組織，鍛后空冷至室溫，得到坯料；
[0007]步驟2、中間鍛造:
[0008]將經(jīng)步驟I處理后的坯料在920_950°C進行I火次鐓拔鍛造，鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，鍛比控制在1.8-2.0，鍛后空冷至室溫；
[0009]步驟3、高溫水淬:
[0010]將經(jīng)步驟2處理的坯料在1130-1150°C之間保溫40_50min后立即水淬處理，保證坯料完成充分再結(jié)晶；
[0011]步驟4、低溫鍛造:
[0012]將經(jīng)步驟3處理后的坯料在730-770°C進行3_5火次鍛造，每火次鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，鍛比控制在1.7-1.9，鍛后空冷至室溫；
[0013]步驟5、成品鍛造:
[0014]將經(jīng)步驟4處理的坯料在730_770°C進行鍛造，成品棒在摔圓時與經(jīng)步驟4處理的坯料相比，要求有不小于30%的變形量，制得Zr-2.5Nb合金棒材。
[0015]本發(fā)明的特點還在于，
[0016]步驟I中，鑄錠的規(guī)格為Φ340mm，保溫系數(shù)0.3-0.35。
[0017]步驟2中，短時回爐保溫再鍛造工藝的冷料保溫系數(shù)為0.25-0.35，熱料回爐保溫系數(shù)為0.13-0.17，回爐保溫溫度為900-950°C。
[0018]步驟4中，短時回爐保溫再鍛造工藝的冷料保溫系數(shù)為0.43-0.47，熱料回爐保溫系數(shù)為0.18-0.22，回爐保溫溫度730-770°C。
[0019]步驟5中，制得的Zr-2.5Nb合金棒材規(guī)格為Φ70?Φ 150mm。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法，通過采用短時回爐保溫再鍛造工藝，能夠改善坯料的組織均勻性，并抑制坯料高溫長時保溫中的吸氫現(xiàn)象；通過高溫水淬，能使坯料組織再結(jié)晶，實現(xiàn)微觀組織演變，同時消除寬厚晶界；通過多次鐓拔鍛造，能使坯料組織均勻化，從而制備出組織均勻細小的鋯合金棒材，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明Zr-2.5Nb合金棒材的顯微組織取樣位置圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實施例1中的低倍組織圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實施例2中的低倍組織圖；
[0024]圖4是本發(fā)明實施例1中的顯微組織圖，其中，圖a取樣自邊部；圖b取樣自1/4直徑處；圖c為取樣自心部；
[0025]圖5是本發(fā)明實施例2中的顯微組織圖，其中，圖a取樣自邊部；圖b取樣自1/4直徑處；圖c為取樣自心部；
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0027]本發(fā)明一種具有均勻細小組織相Zr-2.5Nb合金棒材的制備方法，具體包括以下步驟:
[0028]步驟1、開坯:
[0029]采用Φ340mm的Zr_2.5Nb合金鑄錠，開坯溫度930_960°C，加熱100_150min后出爐，對鑄錠進行三鐓三拔，保溫系數(shù)0.3-0.35鍛比控制在1.9-2.1，充分破碎粗大鑄態(tài)組織，鍛后空冷至室溫，得到坯料；
[0030]步驟2、中間鍛造:
[0031]將經(jīng)步驟I處理后的坯料在920_950°C進行I火次鐓拔鍛造，鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，冷料保溫系數(shù)為0.25-0.35，熱料回爐保溫系數(shù)為0.13-0.17，回爐保溫溫度為900-950°C，鍛比控制在1.8-2.0，鍛后空冷至室溫；
[0032]步驟3、高溫水淬:
[0033]將經(jīng)步驟2處理的坯料在1130-1150°C之間保溫40_50min后立即水淬處理，保證坯料完成充分再結(jié)晶；
[0034]步驟4、低溫鍛造:
[0035]將經(jīng)步驟3處理后的坯料在730_770°C進行3_5火次鍛造，每火次鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，冷料保溫系數(shù)為0.43-0.47，熱料回爐保溫系數(shù)為0.18-0.22，回爐保溫溫度730-770°C，鍛比控制在1.7-1.9，鍛后空冷至室溫；
[0036]步驟5、成品鍛造:
[0037]將經(jīng)步驟4處理的坯料在730-770 V進行鍛造，成品棒在摔圓時與經(jīng)步驟4處理的坯料相比，要求有不小于30%的變形量，制得規(guī)格為Φ70?Φ 150mm的Zr_2.5Nb合金棒材。
[0038]由圖1可知，本發(fā)明Zr-2.5Nb合金棒材的顯微組織取樣位置分別位于棒材的邊部、1/4直徑處和心部。
[0039]由圖2和圖3可知，棒材的低倍組織以半模糊晶為主要特征，說明棒材在相變點以上得到了充分的變形。
[0040]由圖4和圖5可知，顯微組織基本是均勻細小的兩相組織，從棒材的邊緣到心部的不同部位顯微組織均勻，說明棒材鍛造變形均勻充分，最終得到均勻性較好的組織。
[0041]實施例1
[0042]采用Φ340πιπι的Zr_2.5Nb合金鑄錠，開坯溫度930°C，加熱10min后出爐，對鑄錠進行三鐓三拔，保溫系數(shù)0.3，鍛比控制在1.9，充分破碎粗大鑄態(tài)組織，鍛后空冷至室溫，得到坯料；將處理后的坯料在920°C進行I火次鐓拔鍛造，鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，冷料保溫系數(shù)為0.25，熱料回爐保溫系數(shù)為0.13，回爐保溫溫度為900°C，鍛比控制在1.8，鍛后空冷至室溫；將處理的坯料在1130°C之間保溫40min后立即水淬處理，保證坯料完成充分再結(jié)晶；將處理后的坯料在730°C進行3火次鍛造，每火次鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，冷料保溫系數(shù)為0.43，熱料回爐保溫系數(shù)為0.18，回爐保溫溫度730°C，鍛比控制在1.7，鍛后空冷至室溫；將處理的坯料在730°C進行鍛造，成品棒在摔圓時與最后一次處理的坯料相比，要求有30%的變形量，制得規(guī)格為Φ70πιπι的Zr-2.5Nb合金棒材。
[0043]實施例2
[0044]采用Φ340πιπι的Zr_2.5Nb合金鑄錠，開坯溫度940°C，加熱IlOmin后出爐，對鑄錠進行三鐓三拔，保溫系數(shù)0.31，鍛比控制在1.9，充分破碎粗大鑄態(tài)組織，鍛后空冷至室溫，得到坯料；將處理后的坯料在930°C進行I火次鐓拔鍛造，鍛造時采用短時回爐保溫再鍛造工藝，冷料保溫系數(shù)為0.28，熱料回爐保溫系數(shù)為0.14，回爐保溫溫度為91