C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合屏蔽材料制備領(lǐng)域，具體為一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法，該方法制備的B4C/鋁合金復(fù)合材料能夠用于核反應(yīng)堆、乏燃料組件貯存、放射性物質(zhì)貯運(yùn)等核輻射場(chǎng)所，具有較好的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硼/鋁復(fù)合材料作為貯存格架的中子吸收材料，可用于乏燃料貯存水池的使用環(huán)境中，并包覆不銹鋼材料。其在硼酸水池中的各項(xiàng)性能穩(wěn)定，且具有優(yōu)異的中子吸收性能。目前，該材料已應(yīng)用于三代核電AP-1000核電技術(shù)乏燃料貯存格架中。
[0003]B4C顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中，要求B4C含量較高(如B4C的質(zhì)量百分比大于20%，才能滿足中子吸收性能的要求)，而此時(shí)碳化硼/鋁復(fù)合材料的塑性極差(僅為1%左右)，導(dǎo)致其后續(xù)板材軋制較為困難。
[0004]目前，我國(guó)的核電站格架用B4C顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中子吸收板材仍然全部采用進(jìn)口(美國(guó)HTC公司、加拿大Ceradyne公司)。而我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)碳化硼/鋁復(fù)合材料雖有所研宄，但多是針對(duì)乏燃料運(yùn)輸容器吊籃而開發(fā)的，乏燃料貯存格架用碳化硼/鋁復(fù)合材料仍處于起步階段，還未自主生產(chǎn)制造應(yīng)用。這在一定程度上，限制了我國(guó)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0005]為此，本發(fā)明提供一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的碳化硼/鋁復(fù)合材料主要針對(duì)乏燃料運(yùn)輸容器吊籃而開發(fā)，而乏燃料貯存格架用碳化硼/鋁復(fù)合材料處于起步階段，無(wú)法自主生產(chǎn)、制作的問(wèn)題，提供一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法。本發(fā)明提供一種用于碳化硼/鋁復(fù)合材料的變溫去應(yīng)力退火技術(shù)，通過(guò)控制軋制工藝(乳制溫度、道次變形量、總變形量等)，可實(shí)現(xiàn)大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的制備。采用本發(fā)明制備的B4C/鋁合金復(fù)合材料板材具有表面質(zhì)量好、力學(xué)性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，且產(chǎn)品的相對(duì)密度大于85%，適于用作核反應(yīng)堆乏燃料貯存格架和運(yùn)輸容器中的中子吸收材料，以控制乏燃料的臨界安全。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法，包括如下步驟:
(1)預(yù)處理:取B4C/鋁合金復(fù)合材料致密坯料，將坯料表面加工平直；
(2)加熱處理:取步驟I加工平直后的坯料加熱至350°C -580 °C,加熱時(shí)間為10min~60min，再保溫10min~120min，至還料受熱均勾；
(3)熱軋:將步驟2受熱均勻后的坯料依次進(jìn)行熱軋、熱軋后退火處理，重復(fù)熱軋、退火處理過(guò)程，直到達(dá)到所需尺寸，即得產(chǎn)品； 所述步驟3中，乳制溫度為350°C ~580°C，道次變形量為3%~30% ；
熱軋后進(jìn)行退火處理，退火溫度較熱軋溫度提升0°C ~150°C，保溫10~100min。
[0008]所述步驟I中，B4C/鋁合金復(fù)合材料致密坯料中，B4C的質(zhì)量百分比為10%~50%。
[0009]所述步驟I中，鋁合金為1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列鋁合金中的一種或多種。
[0010]所述步驟3中，總變形量為50%~95%。
[0011]所述步驟I中，采用機(jī)械加工方式將坯料表面加工平直。
[0012]所述機(jī)械加工方式為刨、銑中的一種或多種。
[0013]所述步驟2中，采用箱式電阻爐進(jìn)行加熱。
[0014]所述步驟2中，將還料的厚度記為d，d < 1mm時(shí)，保溫時(shí)間為5min ~30min ；10mm
<d ^ 20mm 時(shí)，保溫時(shí)間為 10 ~40min ；20mm < d ^ 35mm 時(shí)，保溫時(shí)間為 15~60min ；20mm
<d彡35mm時(shí)，保溫時(shí)間為20~80min ；35mm < d彡60mm時(shí)，保溫時(shí)間為30~120min。
[0015]所述步驟3中，產(chǎn)品的長(zhǎng)度為500mm~1500mm，寬度為100mm~600mm，厚度為Imm?1mm0
[0016]熱軋后進(jìn)行退火處理，退火溫度較熱軋溫度提升20°C ~60°C，保溫20~50min。
[0017]針對(duì)前述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法。本發(fā)明中，首先采用刨、銑等機(jī)械加工方式將坯料表面加工平直，加工平面度達(dá)到十二級(jí)以上。然后，對(duì)加工平直后的坯料進(jìn)行加熱處理，加熱至350°C~580°C，加熱時(shí)間為10min~60min，再保溫10min~120min，至還料受熱均勾。該步驟中，保溫時(shí)間為10min~120min，根據(jù)樣品厚度可以進(jìn)行調(diào)整；將還料的厚度記為d，d彡1mm時(shí)，保溫時(shí)間為 5min ~30min ;10mm < d < 20mm 時(shí)，保溫時(shí)間為 10 ~40min ;20mm < d < 35mm 時(shí)，保溫時(shí)間為 15~60min ；20mm < d ^ 35mm 時(shí)，保溫時(shí)間為 20~80min ;35mm < d < 60mm 時(shí)，保溫時(shí)間為30~120min，至坯料受熱均勻。本發(fā)明采用短時(shí)加熱保溫，能在保證樣品充分受熱的同時(shí)，盡量減少界面反應(yīng)。坯料經(jīng)受熱均勻后，依次進(jìn)行熱軋、熱軋后退火處理，重復(fù)熱軋、退火處理過(guò)程若干次，直到達(dá)到所需尺寸，即得產(chǎn)品。該過(guò)程中，熱軋后進(jìn)行退火處理，退火溫度較熱軋溫度提升0°C ~150°C，保溫10~100min。
[0018]本發(fā)明中，鋁合金可以為1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列鋁合金中的一種或多種，B4C的質(zhì)量百分比為10%~50%。如【背景技術(shù)】所述，當(dāng)B4C含量較高時(shí)，后續(xù)板材軋制較為困難，而本發(fā)明通過(guò)各步驟之間的相互配合，有效解決了這一問(wèn)題。
[0019]綜上，本發(fā)明提供一種乏燃料貯存用大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的熱軋制備方法，該方法以B4C/鋁合金復(fù)合材料致密板為坯料，首先將坯料在空氣爐中短時(shí)加熱保溫，以控制界面反應(yīng)，再采用小變形量多道次軋制，每道次軋制后進(jìn)行變溫去應(yīng)力退火，以實(shí)現(xiàn)減少上道次板坯軋制應(yīng)力，提高復(fù)合材料板坯塑性，獲得大尺寸B4C/鋁合金復(fù)合材料板材的目的。本發(fā)明采用變溫去應(yīng)力退火軋制技術(shù)制備B4C/鋁合金復(fù)合材料板材，該板材具有表面質(zhì)量好、力學(xué)性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，B4C分布均勻且與Al界面結(jié)合緊密，產(chǎn)品的相對(duì)密度大于85%，可用作核反應(yīng)堆乏燃料貯存格架和運(yùn)輸容器中的中子吸收材料，對(duì)于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用具有重要的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本說(shuō)明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0021]本說(shuō)明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0022]實(shí)施例1
準(zhǔn)備B4C/鋁合金復(fù)合材料坯料，樣品厚度為40mm，致密度為95%，B4C含量為20wt%(即該坯料中，B4C的質(zhì)量百分比為20%)，鋁合金為1060合金。將坯料銑至平面度優(yōu)于十二級(jí)后，放于箱式電阻爐中加熱保溫，加熱溫度為580°C，加熱時(shí)間為60min，保溫時(shí)間為120min。將保溫后的坯料進(jìn)行熱軋，熱軋溫度為580°C，道次變形量為30%，總變形量為95%。每道次之間，進(jìn)行去應(yīng)力退火后再進(jìn)行熱軋，退火溫度為580°C，保溫時(shí)間60min。
[0023]經(jīng)測(cè)定，本實(shí)施例熱軋后的樣品表面無(wú)明顯