比），能夠保證合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0026] (6)釩(V) 釩能夠改進(jìn)合金耐腐蝕性和力學(xué)性能，含釩鋯合金的腐蝕性能對(duì)熱處理比較敏感。本 發(fā)明中V添加的含量在0-0.4% (重量百分比），能夠保證合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0027] (7)鉍（Bi) 鉍能夠改進(jìn)合金耐腐蝕性能，但鉍用量過多會(huì)產(chǎn)生不利的影響。本發(fā)明中Bi添加的含 量在0-0.4% (重量百分比），能夠保證合金在純水和氫氧化鋰水溶液中具有優(yōu)良的耐腐蝕 性能。
[0028] (8)鍺(Ge) 鍺能夠改進(jìn)合金耐腐蝕性能，但鍺用量過多會(huì)產(chǎn)生不利的影響。本發(fā)明中Ge添加的含 量在0-0.4% (重量百分比），能夠保證合金在純水和氫氧化鋰水溶液中具有優(yōu)良的耐腐蝕 性能。
[0029] (9)錳(Μη) 錳能夠改進(jìn)合金耐腐蝕性能，但錳用量過多會(huì)產(chǎn)生不利的影響。本發(fā)明中Μη添加的含 量在0-0.25 % (重量百分比），能夠保證合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0030] (10)鉬(Mo) 鉬對(duì)鋯的強(qiáng)化效應(yīng)很高，但使塑性下降，Mo與Zr生成的ZrM〇2第二相在基體中集中分布 對(duì)耐腐蝕性能不利，但對(duì)鋯合金的彌散強(qiáng)化效果很好，表明含Mo鋯合金的抗腐蝕性能與基 體的顯微組織有關(guān)。本發(fā)明中Mo添加的含量在0.05-0.25% (重量百分比），能夠保證合金具 有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0031] (11)銅(。11) 銅能夠改進(jìn)合金耐腐蝕性能，但銅用量過多會(huì)產(chǎn)生不利的影響。本發(fā)明中Cu添加的含 量在0-0.25 % (重量百分比），能夠保證合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0032] (12)氧(0) 氧能夠穩(wěn)定鋯的α相，合金中添加氧能提高屈服強(qiáng)度。本發(fā)明中0添加的含量在0.06- 0.15% (重量百分比），能夠保證合金具有足夠的機(jī)械性能和抗蠕變性能。氧含量的增加，大 大降低了材料加工過程中的控制難度。
[0033] (13)碳(C) 合金中的碳作為不可避免的雜質(zhì)元素存在，并且含量較高時(shí)，會(huì)降低合金的抗腐蝕性 能。本發(fā)明中C的重量百分比小于0.008%，能夠保證合金在高溫水和蒸汽中具有優(yōu)良的耐 腐蝕性能。
[0034] (14)氮(Ν) 合金中的氮作為不可避免的雜質(zhì)元素存在，并且含量較高時(shí)，會(huì)降低合金的抗腐蝕性 能。本發(fā)明中Ν的重量百分比小于0.006%，能夠保證合金在高溫水和蒸汽中具有優(yōu)良的耐 腐蝕性能。
[0035]表1為本發(fā)明所提供合金的組成成分(重量百分比），表中9*和10*分別為Zr-4合金 和N36合金的組成成分，表1中提供的各合金的余量均為Zr及其他雜質(zhì)。 \.v.v.v.-.v.-.v.v...-Av...v.v.v.v.v.v.v.vL
[0036]將上表1中提供的合金按照以下方法進(jìn)行制備： (1) 將鋯合金中各組分按照設(shè)計(jì)成分進(jìn)行配料； (2) 在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉，制成合金鑄錠； (3) 將合金鑄錠在900°C - 1050°C的β相區(qū)鍛造成所需形狀的坯材； (4) 將坯材在1000°C - 1100°C的β相區(qū)加熱均勻化，并進(jìn)行淬火處理； (5) 將淬火后的坯材在600°C - 700°C的β相區(qū)進(jìn)行熱加工； (6) 將熱加工后的坯材進(jìn)行冷加工，并在560°C - 650°C進(jìn)行中間退火； (7) 在480°C - 620°C內(nèi)進(jìn)行消除應(yīng)力退火或再結(jié)晶退火處理，得到所述鋯合金材料。 [0037]按上述加工工藝制備的鋯合金材料具有等軸的α-Zr晶粒和均勻分布的細(xì)小第二 相粒子組成的微觀組織，能保證在反應(yīng)堆堆芯苛刻的環(huán)境中具有優(yōu)良的使用性能。通過上 述方法制備的鋯合金材料，其堆外腐蝕性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示，分別為本發(fā)明所提供合金 材料在360°C純水中腐蝕300天后的腐蝕速率、在360°C含鋰水中腐蝕300天后的腐蝕速率以 及在400°C蒸汽中腐蝕300天后的腐蝕速率。
[0038] 通常認(rèn)為用于核反應(yīng)堆的鋯合金耐腐蝕性能是最重要的性能要求。從上表2中可 以看出，本發(fā)明所提供的合金材料在360°C純水、含鋰水溶液以及400°C蒸汽中均表現(xiàn)出了 良好的耐腐蝕性能。
[0039] 綜上所述，本發(fā)明提供的應(yīng)用實(shí)例表明，本發(fā)明合金在上述3種水化學(xué)條件下腐蝕 時(shí)都表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能，合金在360°C/18.6MPa純水和400°C/10.3MPa蒸汽中的腐蝕 速率明顯優(yōu)于Zr-4和N36合金，在360°C/18.6MPa LiOH水溶液中的腐蝕速率優(yōu)于Zr-4合金， 但遜于N36合金。
[0040] 由于本發(fā)明采用了優(yōu)選的311、他、？6、0和￥、8丨、66、1〇、111、〇1的成分范圍，在此范 圍內(nèi)的合金元素之間的相互作用，結(jié)合低溫加工工藝，產(chǎn)生了事先預(yù)料不到的效果，這種效 果主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)本發(fā)明合金在上述3種水化學(xué)條件下腐蝕時(shí)都表現(xiàn)出良好的耐 腐蝕性能，明顯優(yōu)于Zr-4合金;2)本發(fā)明合金經(jīng)低溫工藝加工后獲得了細(xì)小彌散分布的第 二相，改善了合金的力學(xué)性能(如蠕變及疲勞性能)及抗輻照生長(zhǎng)性能。
[0041] 如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0042] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，依 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、 等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0·6%，Nb:0·卜0·4%，F(xiàn)e:0·35-0·65%，Cr:0·卜0·3%，Mo:0·05-0·25%，Ge或Bi或V:0-0·4%，Mn 或 Cu: 0-0.25%，0:0.06-0.15%，C:小于0.008%，N:小于0.006%，余量為Zr 及其他雜質(zhì)。2. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0·6%，Nb:0·卜0·4%，F(xiàn)e:0·35-0·65%，Cr:0·卜0·3%，Mo:0·05-0·25%，Ge或Bi或V:0·1-0·4%， 0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量為Zr及其他雜質(zhì)。3. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0·6%，Nb:0·卜0·4%，F(xiàn)e:0·35-0·65%，Cr:0·卜0·3%，Mo:0·05-0·25%，Mn或Cu:0·05-0·25%，0: 0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量為Zr及其他雜質(zhì)。4. 一種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0·6%，Nb:0·卜0·4%，F(xiàn)e:0·35-0·65%，Cr:0·卜0·3%，Mo:0·05-0·25%，Ge或Bi或V:0·1-0·4%， Μη 或 Cu: 0 · 05-0 · 25%，0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量為Zr 及其他雜質(zhì)。5. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2- 0.4%，Nb:0.2-0.4%，F(xiàn)e:0.35-0.5%，Cr:0.卜0·3%，Mo:0.05-0.25%，Ge或Bi或V:0.卜0·4%，Μη 或 Cu: 0 · 05-0 · 25%，0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，Ν:小于0 · 006%，余量為Zr 及其他雜質(zhì)。6. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0 · 4%，Nb: 0 · 2-0 · 4%，F(xiàn)e :0 · 4-0 · 6%，Cr :0 · 2-0 · 3%，Mo: 0 · 05-0 · 25%，0:0 · 06-0 · 15%，C:小于 0.008%，Ν:小于0.006%，余量為Zr及其他雜質(zhì)。7. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2- 0.4%，Nb:0.2-0.4%，F(xiàn)e:0.35-0.5%，Cr:0.卜0·3%，Mo:0.05-0.25%，Ge或Bi或V:0.卜0·4%，Μη 或 Cu: Ο · 05-0 · 25%，Ο: Ο · 06-0 · 15%，C:小于Ο · 008%，Ν:小于Ο · 006%，余量為Zr 及其他雜質(zhì)。8. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組成：311:0.2-0.4%，Nb:0.2-0.4%，F(xiàn)e :0.35-0.5%，Cr:0.卜0·3%，Mo:0.05-0·25%，Mn或Cu:0.05-0.15%，0: Ο · 06-0 · 15%，C:小于Ο · 008%，Ν:小于Ο · 006%，余量為Zr及其他雜質(zhì)。9. 一種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組 成：Sn:0·4-0·6%，Nb:0·卜0·2%，F(xiàn)e:0·4-0·65%，Cr:0·15-0·25%，Mo:0·05-0·25%，V或Ge或 Bi : 0 · 1 -0 · 4%，Μη或Cu: 0 · 05-0 · 25%，0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量為Zr 及其他雜質(zhì)。10. -種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，由下列成分組 成：Sn:0·4-0·6%，Nb:0·卜0·2%，F(xiàn)e:0·4-0·65%，Cr:0·15-0·25%，Mo:0·05-0·25%，V或Ge或 Bi : 0 · 1 -0 · 2%，Μη: 0 · 1 -0 · 25%，0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量為Zr及其 他雜質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核反應(yīng)堆包殼材料用鋯合金。該鋯合金由下列成分組成：Sn：0.2-0.6%，Nb：0.1-0.4%，F(xiàn)e：0.35-0.65%，Cr：0.1-0.3%，Mo：0.05-0.25%，Ge或Bi或V：0-0.4%，Mn或Cu：0-0.25%，O：0.06-0.15%，C：小于0.008%，N：小于0.006%，余量為Zr及雜質(zhì)。本發(fā)明在Zr-Sn-Nb合金基礎(chǔ)上，添加了其他用于改善合金性能的成分，并選擇了適當(dāng)?shù)慕M分含量，本發(fā)明提供的合金性能滿足核動(dòng)力反應(yīng)堆高燃耗對(duì)堆芯結(jié)構(gòu)材料的要求。由這種原型合金制備的產(chǎn)品提高了在堆外純水和氫氧化鋰水溶液中的耐均勻腐蝕性能，提高了在高溫蒸汽中的耐癤狀腐蝕性能。
【IPC分類】G21C3/07, C22C1/02, C22C16/00, C22F1/18
【公開號(hào)】CN105568057
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610001967
【發(fā)明人】楊忠波, 程竹青, 趙文金, 易偉, 彭倩, 陳勇, 蔣明忠
【申請(qǐng)人】中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月6日