[发明专利]一种具有α/β双态组织锆铌合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料的制备方法，特别是一种锆铌合金的制备方法。

背景技术

锆铌合金由于具有优异耐腐蚀性能、稳定的抗辐照性能、较高的强度、低密度等优点，已在化学工业和核工业中被广泛地用于制备压力管、压力容器等关键构件。锆铌合金主要的组织状态有α单相马氏体，等轴组织，网篮状组织三种组织状态。

α单相马氏体由锆铌合金在β相区保温，待完全转变为β相后水淬，发生马氏体相变得到。微观组织特征是α晶粒很大，α单相马氏体强度高于网篮状组织与等轴组织，但是塑性较差。

网篮状组织由锆铌合金在β相区保温，待完全转变为β相后水淬，再在α+β相区退火得到。微观组织特征是原始β晶粒内变短的α呈网篮状编织的结构，条状β相分布在α相之间。网篮状组织组的拉伸塑性比魏氏体组织或α单相马氏体要好，疲劳性能低于等轴组织，断裂韧性不如层片状组织。

等轴组织可由锆铌合金变形后，经过再结晶退火处理得到。微观组织特征是等轴α相分布在β相基体中。等轴组织具有优良的拉伸塑性和疲劳强度，但是其高温持久性能（如持久强度、高温蠕变）、断裂韧性不如网篮状组织和层片状组织。

随着核工业和化学工业的不断发展，在高温高压环境下服役的锆合金构件的长寿命要求逐渐强烈。已经在TiAl合金中得到广泛研究的双态组织是等轴组织和层片状组织的集合。该组织是在层状α/β组织中，分布着一定数量的互不连接的等轴α相。等轴组织具有很高的塑性和疲劳强度，而层状组织具有高的断裂韧性，优异的高温蠕变性能和高温持久性能。双态组织综合了层状和等轴状组织的优点，既有高的塑性、疲劳强度又有好的高温持久性能。然而在锆合金中至今未见类似组织的报道，如果能够制备出具有双态组织的锆合金，将显著提高锆合金构件在高温高压环境下的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能显著提高合金冲击韧性、强度、并具有高拉伸塑性的具有α/β双态组织锆铌合金的制备方法。本发明主要是对锆铌合金进行变形和热处理，获得有一定体积分数的等轴初生α相与层片状α/β组织的双态组织。

本发明的技术方案如下：

1、预处理：将锆铌合金在1000～1050^oC保温0.5～1h后水淬，在该合金中获得α单相马氏体。最好再将上面制备出的α单相马氏体锆铌合金在600^oC保温0.5～1h进行退火处理，得到网篮状组织。

2、变形处理：对上述锆铌合金在20-600^oC进行轧制变形，变形量30%-60%。（ａ）对于具有α单相马氏体的锆铌合金，轧制变形过程需要在300-600^oC范围内进行，以防止裂纹出现，变形后空冷至室温；（ｂ）对于具有网篮状组织的锆铌合金，轧制变形过程可在20-600^oC范围内进行。（ｃ）当变形温度高于45℃时需进行保温20-30min。

3、热处理：将上述轧制变形后的锆铌合金表面涂覆一层任何一种静态高温防氧化漆（如上海润尔表面材料有限公司生产的KOC-02和KOC-15抗氧化放脱碳保护涂料，浙江黄岩特种涂料厂生产的型号为202的高温抗氧化防脱碳涂料，武汉铭高新材料有限公司生产的型号为MP100高温抗氧化防脱碳涂料，安丘华新热处理材料厂生产的型号JZ-403B高温防氧化抗脱碳涂料），待漆干燥后，等炉温达到800-900^oC，将上述合金放入炉中进行退火处理，保温0.5～2 h后取出，空冷至室温。

本发明具有以下优点：

1、本发明主要是对锆铌合金进行变形和热处理，获得有一定体积分数的等轴初生α相与层片状α/β组织的双态组织。该具有双态组织的锆铌合金强度和冲击韧性较具有网篮状组织和等轴组织锆铌合金分别提高了近2倍和0.6倍，强度提高了大约100MPa，同时保留了优异的拉伸塑性。

2、本发明中的最终热处理工艺可以用于冷变形后锆铌合金的最终热处理，又适用于热变形后锆铌合金的最终热处理。

附图说明

图1为采用本发明方法获得的Zr705 α单相马氏体金相图。

图2为采用本发明方法变形后Zr705在900℃保温0.5h得到的等轴α相与层片状α/β双态组织金相图。

图3为采用本发明方法变形后Zr705在850℃保温1.5h得到的等轴α相与层片状α/β双态组织金相图。

图4为本发明方法获得的Zr705网篮状组织金相图。