鋯合金處理法、由此得到的鋯合金及其制成的核反應堆部件制造技術

一種鋯合金的處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：制備鋯合金錠，該鋯合金錠的組成為：0.40％≤Nb≤1.05％；痕量≤Sn≤2％；(0.5Nb–0.25)％≤Fe≤0.50％；痕量≤Ni≤0.10％；痕量≤(Cr+V)％≤0.50％；痕量≤S≤35ppm；600ppm≤O≤2000ppm，優選1200ppm≤O≤1600ppm；痕量≤Si≤120ppm；痕量≤C≤150ppm；其余為Zr和不可避免的雜質；使所述錠經歷至少一個再加熱和熱成形步驟，以及可能的在熱成形步驟之后的再加熱和淬火步驟；任選地，使熱成形的錠經歷退火；使熱成形的和可能的經退火的錠經歷至少一個循環的冷軋-退火步驟；至少一個冷軋-退火步驟的退火在600℃以上到700℃或(710–20×Nb％)℃中的最低溫度以下之間的溫度下進行，并且其它冷軋-退火步驟的退火，如果有的話，在不高于600℃的溫度下進行。由此得到的Zr合金以及由該合金制成的輕水反應堆的燃料組件的部件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在輕水核反應堆中使用的鋯（Zr)合金和它們的熱機械處理領域，該 鋯合金用于制造所述反應堆的燃料組件的燃料包覆管和結構元件，如導套管、用于外殼的 片材和間隔柵板。因此，本專利技術還可涉及長的產品和扁平的產品。
技術介紹
為此，本領域中已知使用Zr合金，這些Zr合金根據它們所含有的主要合金化元素 數目被稱為"三元"或"四元"。三元合金除Zr之外一方面含有顯著量的Nb，另一方面含有 Fe和可能的Cr和/或V。除此之外，四元合金還含有顯著量的Sn。除上述例舉的元素之外， 可存在純粹是雜質的其它元素或故意添加的其它元素，作為純粹是雜質的其它元素在一些 情況下必須通過對制成合金的原料進行仔細選擇來將這些元素保持在嚴格的限量內，作為 故意添加的其它元素，雖然可將它們限制為少量，但它們對合金的機械性能和/或化學性 質具有顯著影響。在這些元素中，可例舉Ni、0、C、Si、S。 這些合金可以如下狀態使用：應力消除狀態，即，具有小于約10%的再結晶晶粒； 再結晶狀態，也稱為完全或全部再結晶狀態，即具有大于約90%的再結晶晶粒；或部分再 結晶狀態，即具有約10 %至約90%的再結晶晶粒。 已知的三元或四元合金具有一些缺點。 特別是，在低溫下（例如低于600°C )難以實現它們的完全再結晶，從而當希望 實現這樣的再結晶時，可能需要在較高的溫度下進行熱處理；但這些高的溫度可能導致 β-Zr相的形成，這不利于合金抵抗由壓水反應堆（PWR)介質或沸水反應堆（BWR)介質：液 態水或蒸汽狀態的水、氫氧化鋰水溶液（lithiated water)......所導致的不同類型的腐蝕。 對于一些應用也應避免β -Nb的形成：例如在BWR反應堆中該相可能不利于抵抗 陰影腐蝕（shadow corrosion)。然而，為了改進合金的一些機械性能，高溫處理是有用的， 這是由于增加了固溶體中存在的且不與析出物結合的Nb的量。 在熱作業或冷作業順序之間進行中間退火的過程中，在合理的時間內使被處理的 材料達到完全再結晶是有用的，旨在恢復材料的成形性并允許進一步的變形。使用已知的 組合物和相應的方法，在580°C下完全再結晶會花費幾十個小時，這不適合于工業生產過 程。 為了提高耐腐蝕性，特別是在PWR反應堆中的耐腐蝕性，增加一些種類析出物的 尺寸也將是有用的。這些析出物是六方拉夫斯（Laves)相C14Zr(Fe，Nb，Cr) 2、具有類似組 成的立方拉夫斯相C15,和四方津特爾（Zintl)相Zr2(Fe，Ni)。但通常由這樣的高溫處理 所導致的存在β-Zr這一缺點取消了這些改進。 而且，在高于600°C的溫度下處理這些三元/四元合金的可能性將允許使用如短 時間連續退火的方法，與傳統的批次退火相比，這將使熱處理時間更短并且使"在溫度下的 時間（time at temperature)"（即在給定的退火溫度下合金實際花費的時間）更均質，并 因此改進工廠生產力和產品質量，同時留給拉夫斯相或津特爾相和β -Nb相更短的時間生 長（例如，對于BWR應用）。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種Zr合金的處理方法，該處理方法如果與精確的合金組 成相結合，允許克服這些缺點并因此充分集合了合金組成和高溫熱處理的優點。 為此，本專利技術在于一種用于打算在核反應堆中使用的鋯合金的處理方法，其特征 在于，所述方法包括以下步驟： 制備錯合金錠，所述錯合金錠的組成以wt %或重量ppm計為： 0. 40%^ Nb ^ 1. 05% ； 痕量彡Sn彡2%; (0. 5Nb - 0. 25) Fe ^ 0. 50% ； 痕量彡 Ni 彡 0.10%; 痕量彡（Cr+V) % 彡 0· 50% ; 痕量彡 S 彡 35ppm ; 600ppm < 0 < 2000ppm，優選 1200ppm < 0 < 1600ppm ; 痕量彡 Si 彡 120ppm ; 痕量彡 C 彡 150ppm ; 其余為Zr和不可避免的雜質； 所述錠經歷至少一個再加熱和熱成形步驟，以及可能的在熱成形步驟之后的再加 熱和淬火步驟； 任選地，使熱成形的所述錠經歷退火； 使熱成形的和可能的經退火的所述錠經歷至少一個循環的冷軋-退火步驟，最后 一次退火是為產品提供最終應力消除、部分再結晶或完全再結晶的狀態的最終退火步驟； 至少一個所述冷軋-退火步驟的退火在600 °C以上到700 °C或（710 -20XNb%)°C中的最低溫度以下之間的溫度下進行，并且其它冷軋-退火步驟的退火，如果 有的話，在不高于600°C的溫度下進行。 優選（0· 02+l/3Fe) % 彡（Cr+V) %。 優選 0· 50 % 彡 Nb 彡 1. 05 %，并且（0· 02+l/3Fe) % 彡（Cr+V) % 彡（0· 2+3/4Fe -l/4Nb) % 〇 所述處理可包括至少兩個循環的冷軋-退火步驟。 優選對再加熱步驟和退火步驟的溫度和持續時間進行選擇以使析出物的算術平 均尺寸為50nm~250nm。 本專利技術還在于一種鋯合金，其特征在于，所述鋯合金的組成為： 0. 40%^ Nb ^ 1. 05% ； 痕量彡Sn彡2%; (0. 5Nb - 0. 25) Fe ^ 0. 50% ； 痕量彡 Ni 彡 0.10%; 痕量彡（Cr+V) % 彡 0· 50% ; 痕量< S < 35ppm ; 600ppm < 0 < 2000ppm，優選 1200ppm < 0 < 1600ppm ; 痕量< Si < 120ppm ; 痕量< C < 150ppm ; 其余為Zr和不可避免的雜質； 其中，所述鋯合金已經歷包括至少一個熱成形步驟和至少一個循環的冷軋-退火 步驟的處理，其中，至少一個所述冷軋-退火步驟的退火在600°C以上到700°C或（710 -20XNb%)°C中的最低溫度以下之間的溫度下進行，并且其它冷軋-退火步驟的退火，如果 有的話，在不高于600°C的溫度下進行，并且，其中，所述鋯合金的微結構沒有β-Zr相。 本專利技術還在于一種用于輕水核反應堆的燃料組件的燃料包覆管，其特征在于，所 述燃料包覆管由上述鋯合金制成。 本專利技術還在于一種用于壓水核反應堆的燃料組件的導套管（guide thimble)，其 特征在于，所述導套管由上述鋯合金制成。 本專利技術還在于一種用于沸水核反應堆的燃料組件的燃料通道，其特征在于，所述 燃料通道由上述鋯合金制成。 本專利技術還在于一種用于輕水核反應堆的燃料組件的柵板（grid)，其特征在于，所 述柵板由上述錯合金制成。 本專利技術還在于一種用于沸水核反應堆的燃料組件的水通道，其特征在于，所述水 通道由上述鋯合金制成。 讀者將明白，本專利技術基本在于三元或四元Zr合金組成范圍和該合金的處理方法 的組合，其中，該三元或四元Zr合金組成范圍，除Zr之外，對于三元合金還含有顯著量的 Nb、Fe (以及，可能的話，此外還含有Cr和/或V)，并且對于四元合金還含有Sn，其中，所述 處理方法如果與所述組成結合，產生在核介質中具有良好的機械性能和耐腐蝕性的合金， 雖然它已經歷了在相對高溫下即超過600°C下的熱處理。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于打算在核反應堆中使用的鋯合金的處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：制備鋯合金錠，所述鋯合金錠的組成以wt％或重量ppm計為：0.40％≤Nb≤1.05％；痕量≤Sn≤2％；(0.5Nb–0.25)％≤Fe≤0.50％；痕量≤Ni≤0.10％；痕量≤(Cr+V)％≤0.50％；痕量≤S≤35ppm；600ppm≤O≤2000ppm，優選1200ppm≤O≤1600ppm；痕量≤Si≤120ppm；痕量≤C≤150ppm；其余為Zr和不可避免的雜質；使所述錠經歷至少一個再加熱和熱成形步驟，以及可能的在熱成形步驟之后的再加熱和淬火步驟；任選地，使熱成形的錠經歷退火；使熱成形的和可能的經退火的錠經歷至少一個循環的冷軋?退火步驟，最后一次退火是為產品提供最終應力消除、部分再結晶或完全再結晶的狀態的最終退火步驟；至少一個所述冷軋?退火步驟的退火在600℃以上到700℃或(710–20×Nb％)℃中的最低溫度以下之間的溫度下進行，并且其它冷軋?退火步驟的退火，如果有的話，在不高于600℃的溫度下進行。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：皮埃爾·巴伯里，帕斯卡·蓋琳，帕斯卡琳·弗里蒙特，
申請(專利權)人：阿?，m核能公司，
類型：發明
國別省市：法國;FR