專利名稱:一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋯合金材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種核壓水反應(yīng)堆用鋯合金材料。
技術(shù)背景
鋯的熱中子吸收截面非常小，并具有良好的耐高溫水腐蝕性能和力學(xué)性能，因此在水冷核反應(yīng)堆中鋯合金被廣泛用作燃料棒的包殼材料和核反應(yīng)堆芯的結(jié)構(gòu)元件。隨著核動力反應(yīng)堆技術(shù)朝著提高燃料燃耗和降低燃料循環(huán)成本、提高反應(yīng)堆熱效率、提高安全可靠性的方向發(fā)展，對關(guān)鍵核心部件燃料元件包殼材料鋯合金的抗腐蝕性能、吸氫性能、力學(xué)性能及輻照尺寸穩(wěn)定性等性能提出了更高的要求。燃料元件在服役條件(輻照、高溫、高壓及復(fù)雜的應(yīng)力)下，要發(fā)生蠕變和疲勞。蠕變性能是鋯合金在水冷動力堆中工作時要考慮的重要問題之一，國內(nèi)外對鋯合金的蠕變進(jìn)行了大量的研究。目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的是被稱之為ττ-l、Zr-4合金的鋯合金，但隨著核燃料組件向長壽期、高燃耗方向的發(fā)展，要求作為反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鋯合金必須具有更好的耐蝕、抗蠕變、抗輻射生長等綜合性能，在這一點上ττ-l、Zr-4合金已不能滿足要求。
近二十年來，壓水堆用鋯合金的研究趨勢是對已有材料的不斷改進(jìn)和進(jìn)行高性能新鋯合金的研究，總體思路是在系和&-Sn-Nb系合金的基礎(chǔ)上進(jìn)行合金成分含量的調(diào)整以及添加其它合金元素，或者二者同時進(jìn)行以達(dá)到提高合金整體性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋯合金材料，其綜合性能特別是抗腐蝕性能優(yōu)異，適用作核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，其由如下組分組成Nb0.4% 0.6%、Fe 0. 3% 0. 4%、Cr 0. 2% 0. 3%、Cu 0. 05% 0. 15%、V 0. 01 % 0. 05%、0 0. 06% 0. 14%, C ^ IOOppm, N ^ 80ppm 以及 Zr 余量。
本發(fā)明采取的又一技術(shù)方案是一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，其由如下組分組成Nb 0.4% 0.6%、狗0.3% 0.4%、Cr 0. 2% 0. 3%, Cu 0. 05% 0. 15%, Ni 0. 0. 2%,00. 06% 0. 14%, C 彡 IOOppm, N ^ 80ppm以及^ 余量。
或者，本發(fā)明還可通過如下方案來實現(xiàn)一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，其由如下組分組成Nb 0. 4% 0. 6%, FeO. 3% 0. 4%, Cr 0.2% 0.3%、Cu 0. 05% 0. 15%、V 0. 01 % 0. 05%、NiO. 1 % 0. 2%、0 0.06% 0. 14%, C ^ IOOppm, N ^ 80ppm 以及 Zr 余量。
優(yōu)選地，鋯合金中Je與Ni的含量之和為0.45% 0.6%。研究表明，當(dāng)!^e與Ni 的含量在該范圍內(nèi)時，鋯合金的抗均勻腐蝕性能較好。
上述合金配方中，C和N為從原料中帶來的不可避免的雜質(zhì)，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上述合金配方中可能還包括的一些從原料中帶來的其它不可避免的雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)成分以不可避免的量存在時不會對本發(fā)明鋯合金造成不利影響。
由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明對傳統(tǒng)的合金進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，加入特定量的Cr能大大減少焊縫處的腐蝕，加入的適量的Cu 有利于提高耐腐蝕性能，少量V的引入利于提高合金的抗腐蝕性能和改進(jìn)合金的力學(xué)性能；少量Ni的引入利于提高合金的耐腐蝕性能以及降低合金的吸氫，在以上基礎(chǔ)上，降低 Nb的含量使低于其在合金中的極限溶解度，有助于合金獲得較高的屈服強(qiáng)度和最佳的抗蠕變性能，并且此范圍內(nèi)的Nb含量能確保鋯合金不會發(fā)生不可控的相變，從而提高了耐腐蝕性能。整體而言，本發(fā)明鋯合金綜合性能優(yōu)異，滿足核壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的要求。
具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于以下實施例。
用核級海綿鋯、Nb、Fe、Cu、Cr、Ni、V元素以中間合金的形式按質(zhì)量百分比配料并采用真空電弧爐進(jìn)行多次熔煉制成合金錠；對鑄錠取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，合金成分見表 1。鑄錠經(jīng)過鍛造、熱軋、冷軋、退火等工序制得相應(yīng)成分的鋯合金板材，并制備成腐蝕樣品進(jìn)行高壓釜腐性能測試。
對本發(fā)明的實施例1-8的八種鋯合金板材和&-lNb合金板材進(jìn)行腐蝕性能試驗。 腐蝕試驗在高壓釜中進(jìn)行，腐蝕條件為360°C /18. 6MPa純水和400°C /10. 3MPa蒸汽。表1 給出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1-8的成分配比及它們各自在上述腐蝕條件下的腐蝕速率及相對腐蝕速率。9*為&-lNb合金組成及相應(yīng)的腐蝕試驗結(jié)果。
表1合金成分及其在360°C純水和400°C蒸汽條件下的腐蝕數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，其特征在于以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鋯合金材料由如下組分組成Nb 0.4% 0.6%、！^e 0.3% 0.4%、Cr 0.2% 0. 3 %, Cu 0. 05 % 0. 15 %、V 0. 01 % 0. 05 %、0 0. 06 % 0. 14 %、C 彡 IOOppm, N ^ 80ppm以及^ 余量。
2.一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，其特征在于以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鋯合金材料由如下組分組成Nb 0.4% 0.6%、!^e 0.3% 0.4%、Cr 0.2% 0. 3%,Cu 0. 05% 0. 15%,Ni 0. 0. 2%,0 0. 06% 0. 14%,C^ 100ppm、N 彡 80ppm 以及^ 余量。
3.一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，其特征在于以所述鋯合金材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鋯合金材料由如下組分組成Nb 0.4% 0.6%、Fe 0.3% 0.4%、Cr 0. 2% 0. 3%, Cu 0. 05% 0. 15%、V 0. 01 % 0. 05%、Ni 0. 0. 2%、0 0. 06% 0. 14%, C ( IOOppm, N ( 80ppm 以及 Zr 余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，其特征在于所述鋯合金材料中，F(xiàn)e與Ni的含量之和為0. 45% 0. 6%。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于核反應(yīng)堆的鋯合金材料，以所述鋯合金的總重量為基準(zhǔn)，其由如下組分組成Nb 0.4％～0.6％；Fe 0.3％～0.4％；Cr 0.2％～0.3％；Cu 0.05％～0.15％；V 0.01％～0.05％和Ni 0.1％～0.2％兩種元素中的至少一種；O 0.06％～0.14％；C≤100ppm、N≤80ppm以及Zr余量。經(jīng)研究表明，本發(fā)明的鋯合金綜合性能優(yōu)異，特別是在360℃純水和400℃蒸汽中均具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，因而可以作為核反應(yīng)堆用包殼材料。
文檔編號G21C3/07GKCN102251151SQ201110180104
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月30日
發(fā)明者張晏瑋, 王榮山, 王錦紅, 翁立奎, 耿建橋 申請人:中國廣東核電集團(tuán)有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan