專利名稱：一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于Zr4合金薄帶材的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有特定織構(gòu)的合金薄帶材的制備方法。
背景技術(shù)：
鋯合金具有熱中子吸收截面低、熱導(dǎo)率高、抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此是核電工業(yè)中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，其中Zr4合金是目前核反應(yīng)堆內(nèi)組件使用最成熟和穩(wěn)定的材料， Zr4合金帶材產(chǎn)品主要用于制造核反應(yīng)堆燃料組件的定位格架。由于定位格架用Zr4合金帶材經(jīng)堆內(nèi)中子輻照后會(huì)引起格架條帶伸長(zhǎng)而松弛的問題，因此為了補(bǔ)償照射延伸，要求核電用Zr4帶材應(yīng)具有特定的組織織構(gòu)。國(guó)內(nèi)外已開展了熱軋和熱處理相結(jié)合的Zr4板材制備工藝對(duì)織構(gòu)取向因子的影響規(guī)律的研究，但對(duì)0. 8mm以下冷軋薄帶材的織構(gòu)控制未見相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種厚度不大于 0. 8mm,織構(gòu)取向因子fT > 0. 2的具有特定織構(gòu)的冷軋Zr4合金薄帶材的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將Zr4合金鑄錠在β相區(qū)進(jìn)行開坯鍛造得到鍛坯，然后在鍛坯溫度為 1000°C 1100°c的條件下水淬，得到厚度為45mm 50mm的Zr4合金板；步驟二、將步驟一中所述Zr4合金板在溫度為940°C 980°C的條件下進(jìn)行熱軋， 得到板坯；所述熱軋的道次加工率為10% 25%，熱軋總加工率為80% 96% ；步驟三、對(duì)步驟二中所述板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光潔；步驟四、對(duì)步驟三中去除表面缺陷的板坯進(jìn)行退火處理，得到中間板材；所述退火處理的制度為退火溫度不低于600°C，保溫時(shí)間為Ih 釙；步驟五、將步驟四中所述中間板材冷軋至厚度不大于2. 3mm，然后對(duì)冷軋后的板材進(jìn)行退火處理；所述退火處理的制度為退火溫度不低于600°C，保溫時(shí)間為Ih 釙；步驟六、對(duì)步驟五中經(jīng)退火處理后的中間板材進(jìn)行冷軋，得到厚度不大于0.8mm 的帶材，然后對(duì)所述帶材進(jìn)行退火處理，得到織構(gòu)取向因子fT > 0. 2的Zr4合金薄帶材；所述退火處理的制度為退火溫度不低于590°C，保溫時(shí)間為濁 釙。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟一中所述鍛造過程中坯料延長(zhǎng)的方向始終為原始鑄錠的軸向。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟二中所述熱軋過程中當(dāng)待軋制的Zr4合金板溫度低于900°C時(shí)，對(duì)Zr4合金板進(jìn)行回火并保溫lOmin，然后再繼續(xù)軋制。
上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟四中所述退火處理的制度為退火溫度為600°C 650°C，保溫時(shí)間為Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟五中所述退火處理的制度為退火溫度為600°C 650°C，保溫時(shí)間為Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟五中所述冷軋的軋制方向與步驟二中所述熱軋的軋制方向相同。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟五中所述冷軋的道次加工率為10% 15%，冷軋的總加工率為55% 75%。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟六中所述冷軋的方法為采用氫弧保護(hù)焊接方式將中間板材和引帶焊接連接，然后進(jìn)行張力軋制，軋制速度為 0. lm/s 0. 3m/s，軋制道次加工率為8% 15%，軋制總加工率為25% 65%。上述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，步驟六中所述退火處理的制度為退火溫度為590°C 650°C，保溫時(shí)間為2h 4h，退火真空度不大于5X10_2Pa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)可控性強(qiáng)。2、采用本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)將0. 8mm以下厚度冷軋Zr4合金薄帶材織構(gòu)取向因子控制到fT彡0. 2。3、本發(fā)明采用先鍛造開坯，然后經(jīng)過兩輥熱軋和四輥中間冷軋，最后進(jìn)行四輥成品軋制的工藝制備核電組件用Zr4合金薄帶材，鍛造和軋制過程中，坯料延長(zhǎng)的方向始終是原始鑄錠的軸向，通過控制鍛造、軋制工藝和退火制度得到具有特定組織織構(gòu)、機(jī)械性能和腐蝕性能優(yōu)良的冷軋Zr4合金薄帶材。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的晶界圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的極圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的晶界圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的極圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的晶界圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的極圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例4制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的晶界圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例4制備的Zr4合金薄帶材的EBSD測(cè)試的極圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1步驟一、將合金鑄錠表面清理干凈后，在電爐上加熱至100°C 200°C，在加熱后的鑄錠表面均勻地涂上玻璃粉保護(hù)涂層，然后在鍛造溫度為io8o°c條件下保溫池后開坯鍛造得到鍛坯，在鍛坯溫度為1050°c的條件下水淬，得到厚度為50mm的Zr4合金板；所述開坯鍛造過程中坯料延長(zhǎng)的方向始終為原始鑄錠的軸向；
步驟二、將步驟一中所述Zr4合金板在溫度為980°C的條件下進(jìn)行熱軋，得到厚度為3mm的板坯；所述熱軋各道次的加工率依次為25%、25%、M%、M%、23%、22%、22%、 20%、17%、15%、13%、10%和10%，熱軋總加工率為94. 0 %，軋制過程中坯料的延長(zhǎng)方向沿開坯鍛造方向，當(dāng)合金板溫度低于900°C時(shí)回火并保溫IOmin后再繼續(xù)軋制；步驟三、對(duì)步驟二中所述板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除起皮、劃傷、金屬及非金屬壓入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步驟四、對(duì)步驟三中去除表面缺陷的板坯在溫度為650°C條件下保溫Ih進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中間板材；步驟五、將步驟四中所述中間板材冷軋至厚度為1. 07mm，然后對(duì)冷軋后的板材進(jìn)行退火處理；所述冷軋的軋制方向與步驟二中所述熱軋的軋制方向相同；冷軋各道次的加工率依次為15%U5%U5%U4%U4%U3%^P 10%，冷軋的總加工率為64. 3% ；所述退火處理的制度為退火溫度為650°C，保溫時(shí)間為lh，退火真空度不大于5X10_2I^ ；步驟六、采用氫弧保護(hù)焊接方式將步驟五中所述中間板材和引帶焊接連接，然后進(jìn)行張力軋制，左右張力為220kg 250kg，軋制速度為0. lm/s 0. 2m/s,軋制道次加工率為10 %、10 %和8 %，總加工率為25.0%，得到厚度為0. 8mm的帶材，然后將所述帶材在溫度為650°C的條件下保溫池進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到織構(gòu)取向因子 fT = 0. 332的Zr4合金薄帶材。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材進(jìn)行EBSD測(cè)試，結(jié)果見圖1和圖2，圖2中織構(gòu)取向因子 Fx = fL,Fy = fT，F(xiàn)z = fN，由圖1可見晶粒度大于ASTM El 12標(biāo)準(zhǔn)中的10級(jí)，由圖2可見本實(shí)施例的帶材的織構(gòu)取向因子fT = 0. 332 ；400°C /72h退火蒸汽腐蝕條件下的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明腐蝕增重彡18. 85mg/dm2。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材的機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見下表表1實(shí)施例1制備的Zr4合金薄帶的室溫力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
Rm(MPa)Rp02(MPa)A(%)橫向縱向橫向縱向橫向縱向47051044540535.037.0從表1中可以看出，本實(shí)施例制備的Zr4合金薄帶材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率均符合核反應(yīng)堆燃料組件的定位格架的要求。實(shí)施例2步驟一、將Zr4合金鑄錠表面清理干凈后，在電爐上加熱至100°C 200°C，在加熱后的鑄錠表面均勻地涂上玻璃粉保護(hù)涂層，然后在鍛造溫度為io6o°c條件下保溫池后開坯鍛造得到鍛坯，在鍛坯溫度為1100°c的條件下水淬，得到厚度為45mm的Zr4合金板；所述開坯鍛造過程中坯料延長(zhǎng)的方向始終為原始鑄錠的軸向；步驟二、將步驟一中所述Zr4合金板在溫度為960°C的條件下進(jìn)行熱軋，得到厚度為1.8mm的板坯；所述熱軋各道次的加工率依次為25^44^44^44^^23^^231%, 22%、22%、20%、20%、18%、17%、14%禾口 10%，熱軋總加工率為96. 0%，軋制過程中坯料的延長(zhǎng)方向沿開坯鍛造方向，當(dāng)合金板溫度低于900°C時(shí)回火并保溫IOmin后再繼續(xù)軋制；步驟三、對(duì)步驟二中所述板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除起皮、劃傷、金屬及非金屬壓入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步驟四、對(duì)步驟三中去除表面缺陷的板坯在溫度為630°C條件下保溫池進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中間板材；步驟五、將步驟四中所述中間板材冷軋至厚度為0. 81mm，然后對(duì)冷軋后的板材進(jìn)行退火處理；所述冷軋各道次的加工率為14 %、14%、13 %、12 %、11 %和10. 7 %，冷軋的總加工率為55. 0% ；所述退火處理的制度為退火溫度為630°C，保溫時(shí)間為池，退火真空度不大于5X KT2Pa ；冷軋的軋制方向與步驟二中所述熱軋的軋制方向相同；步驟六、采用氫弧保護(hù)焊接方式將步驟五中所述中間板材和引帶焊接連接，然后進(jìn)行張力軋制，左右張力為220kg 250kg，軋制速度為0. lm/s 0. 3m/s,軋制各道次的加工率為10 %、10 %和8 %，總加工率為25.9%，得到厚度為0. 6mm的帶材，然后將所述帶材在溫度為630°C的條件下保溫汕進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5X 10_2Pa，得到織構(gòu)取向因子fT = 0. 283的Zr4合金薄帶材。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材進(jìn)行EBSD測(cè)試，結(jié)果見圖3和圖4，圖4中織構(gòu)取向因子 Fx = fL,Fy = fT，F(xiàn)z = fN，由圖3可見晶粒度大于ASTM El 12標(biāo)準(zhǔn)中的10級(jí)，由圖4可見本實(shí)施例的帶材的織構(gòu)取向因子fT = 0. 283 ；400°C /72h退火蒸汽腐蝕條件下的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明腐蝕增重< 20. 09mg/dm2。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材的機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見下表表2實(shí)施例2制備的Zr4合金薄帶的室溫力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
Rm(MPa)Rp02(MPa)A(%)橫向縱向橫向縱向橫向縱向41544039035541.037.0從表2中可以看出，本實(shí)施例制備的&4合金薄帶材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率均符合核反應(yīng)堆燃料組件的定位格架的要求。實(shí)施例3步驟一、將合金鑄錠表面清理干凈后，在電爐上加熱至100°C 200°C，在加熱后的鑄錠表面均勻地涂上玻璃粉保護(hù)涂層，然后在鍛造溫度為io5o°c條件下保溫池后開坯鍛造得到鍛坯，在鍛坯溫度為1000°c的條件下水淬，得到厚度為45mm的Zr4合金板；所述開坯鍛造過程中坯料延長(zhǎng)的方向始終為原始鑄錠的軸向；步驟二、將步驟一中所述Zr4合金板在溫度為940°C的條件下進(jìn)行熱軋，得到厚度為2. 9mm的板坯；所述熱軋各道次的加工率為23%、23%、23%、22%、22%、22%、20%、 20%U8%U7%U4%U2%^P 10%，熱軋總加工率為93. 6%，軋制過程中坯料的延長(zhǎng)方向沿開坯鍛造方向，當(dāng)合金板溫度低于900°C時(shí)回火并保溫IOmin后再繼續(xù)軋制；步驟三、對(duì)步驟二中所述板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除起皮、劃傷、金屬及非金屬壓入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步驟四、對(duì)步驟三中去除表面缺陷的板坯在溫度為600°C條件下保溫池進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中間板材；步驟五、將步驟四中所述中間板材冷軋至厚度為0. 8mm，然后對(duì)冷軋后的板材進(jìn)行退火處理；所述冷軋的軋制方向與步驟二中所述熱軋的軋制方向相同；冷軋各道次的加工率為 15%,15%,15%,14%,14%,13%,12%,12% Ρ 10%，冷軋的總加工率為 72.4% ；所述退火處理的制度為退火溫度為600°C，保溫時(shí)間為池，退火真空度不大于5X10_2I^ ；步驟六、采用氫弧保護(hù)焊接方式將步驟五中所述中間板材和引帶焊接連接，然后進(jìn)行張力軋制，左右張力為250kg 300kg，軋制速度為0. lm/s 0. 2m/s,軋制各道次加工率為15%、14%、12%、12%和11%，總加工率為50.0%，得到厚度為0. 4mm的帶材，然后將所述帶材在溫度為590°C的條件下保溫4h進(jìn)行退火處理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到織構(gòu)取向因子fT = 0. 334的Zr4合金薄帶材。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材進(jìn)行EBSD測(cè)試，結(jié)果見圖5和圖6，圖6中織構(gòu)取向因子 Fx = fL,Fy = fT，F(xiàn)z = fN，由圖5可見晶粒度大于ASTM El 12標(biāo)準(zhǔn)中的10級(jí)，由圖6可見本實(shí)施例的帶材的織構(gòu)取向因子& = 0. 334 ；600°C / 退火蒸汽腐蝕條件下的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明腐蝕增重彡19. 06mg/dm2。對(duì)本實(shí)施例制備的帶材的機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見下表表3實(shí)施例3制備的Zr4合金薄帶的室溫力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將Zr4合金鑄錠在β相區(qū)進(jìn)行開坯鍛造得到鍛坯，然后在鍛坯溫度為 1000°C 1100°C的條件下水淬，得到厚度為45mm 50mm的Zr4合金板；步驟二、將步驟一中所述Zr4合金板在溫度為940°C 980°C的條件下進(jìn)行熱軋，得到板坯；所述熱軋的道次加工率為10% 25%，熱軋總加工率為80% 96% ；步驟三、對(duì)步驟二中所述板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光潔；步驟四、對(duì)步驟三中去除表面缺陷的板坯進(jìn)行退火處理，得到中間板材；所述退火處理的制度為退火溫度不低于600°C，保溫時(shí)間為Ih 釙；步驟五、將步驟四中所述中間板材冷軋至厚度不大于2. 3mm，然后對(duì)冷軋后的板材進(jìn)行退火處理；所述退火處理的制度為退火溫度不低于600°C，保溫時(shí)間為Ih 釙；步驟六、對(duì)步驟五中經(jīng)退火處理后的中間板材進(jìn)行冷軋，得到厚度不大于0. 8mm的帶材，然后對(duì)所述帶材進(jìn)行退火處理，得到織構(gòu)取向因子fT > 0. 2的Zr4合金薄帶材；所述退火處理的制度為退火溫度不低于590°C，保溫時(shí)間為濁 釙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鍛造過程中坯料延長(zhǎng)的方向始終為原始鑄錠的軸向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述熱軋過程中當(dāng)待軋制的Zr4合金板溫度低于900°C時(shí)，對(duì)Zr4合金板進(jìn)行回火并保溫lOmin，然后再繼續(xù)軋制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述退火處理的制度為退火溫度為600°C 650°C，保溫時(shí)間為Ih 汕，退火真空度不大于5X10_2Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述退火處理的制度為退火溫度為600°C 650°C，保溫時(shí)間為Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述冷軋的軋制方向與步驟二中所述熱軋的軋制方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述冷軋的道次加工率為10% 15%，冷軋的總加工率為55% 75%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟六中所述冷軋的方法為采用氫弧保護(hù)焊接方式將中間板材和引帶焊接連接，然后進(jìn)行張力軋制，軋制速度為0. lm/s 0. 3m/s,軋制道次加工率為8% 15%，軋制總加工率為 25% 65%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟六中所述退火處理的制度為退火溫度為590°C 650°C，保溫時(shí)間為濁 4h，退火真空度不大于5X10_2Pa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材的制備方法，該方法為一、將Zr4合金鑄錠在β相區(qū)進(jìn)行開坯鍛造得到鍛坯，然后水淬，得到厚度為45mm～50mm的Zr4合金板；二、將Zr4合金板熱軋得到板坯；三、對(duì)板坯表面沿板坯軋制方向進(jìn)行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光潔；四、對(duì)板坯進(jìn)行退火處理，得到中間板材；五、將中間板材冷軋至厚度不大于2.3mm，然后進(jìn)行退火處理；六、對(duì)退火處理后的中間板材進(jìn)行冷軋，然后進(jìn)行退火處理，得到具有特定織構(gòu)的Zr4合金薄帶材。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)可控性強(qiáng)，采用本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)將0.8mm以下厚度冷軋Zr4合金薄帶材織構(gòu)取向因子控制到fT≥0.2。
文檔編號(hào)C21D1/26GK102492908SQ20111043602
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者唐進(jìn), 姚修楠, 張錄強(qiáng), 李紅宇, 武宇, 趙鴻磊, 鄭學(xué)軍, 郭海生, 韓吉慶 申請(qǐng)人:西安諾博爾稀貴金屬材料有限公司