[发明专利]一种阻止锆合金热机械加工开裂的热处理方法

说明书

本发明公开了一种阻止锆合金热机械加工开裂的热处理方法，包括以下步骤：1)获取锆合金铸锭；2)对锆合金铸锭进行热锻造，得坯材；3)对坯材进行热处理，得挤压锭；4)对挤压锭加热及保温，然后挤压后冷却，得热挤压后的样品；5)将热挤压后的样品进行中间退火，然后经若干次冷轧及中间退火，得冷轧后的锆合金，其中，冷轧制的火次变形量为30～60％；6)对冷轧后的锆合金进行再结晶退火，得锆合金成品，完成阻止锆合金热机械加工开裂的热处理；步骤5)及步骤6)中中间退火及再结晶退火时采取水淬的方式或梯度降温退火的方式，该方法能够减少锆合金成品的裂纹缺陷，且操作较为简单。

技术领域

本发明属于合金热加工工艺技术领域，涉及一种阻止锆合金热机械加工开裂的热处理方法。

背景技术

锆合金由于具有热中子吸收截面低、优良的抗腐蚀和力学性能等优点而被广泛用于制造核动力反应堆燃料元件包壳及堆芯结构材料。其中锆合金包壳材料是核反应堆的第一道安全屏障，其性能对燃料燃耗、反应堆热效率以及其安全可靠性有很大影响。锆合金在热机械加工过程中形成的缺陷，比如裂纹、凹坑、划伤、夹杂等，均会使其性能急剧恶化，且这些缺陷可能分布在材料内外表面，或者内部。核反应堆高温、高压、强辐照、循环水流冲刷以及腐蚀等恶劣环境有利于缺陷的发展，当缺陷尺寸或数量扩展或增加至一定限值时，燃料棒将会发生泄漏，造成巨大损失。因此在锆合金包壳材料或堆芯材料在正式入堆运行之前，必须采用多种手段及时检测产品的缺陷，包括在周期式的轧制工序后，采用酸洗和抛光来消除锆合金内、外表面的缺陷；对于锆合金内部的不可见缺陷，必须采用无损检测手段进行检测，排除不合格的成品，以保证核反应堆的安全运行。

锆合金在铸成毛坯后需要进行一系列的热处理，以使锆合金能够具有更好的使用性能。现有锆合金的热机械加工方法通常为：熔炼—热锻造—β相淬火—热挤压—若干次中间退火和冷轧制—再结晶退火。锆合金在轧制后需经过真空热处理、内孔喷砂、流动酸洗等工序以去除锆合金表面肉眼可见的缺陷，但我国轧制/挤压退火后锆合金成品材料的无损检测合格率仍然较国际水平偏低，检测结果表明锆合金亚表层出现的裂纹为主要影响因素(距材料表面10μm及以上深度的缺陷一般会引起超声检测信号异常)。因此如何防止管坯在热处理过程中的开裂，尤其是亚表层的开裂，成为了本领域技术人员需要解决的首要技术问题。目前我国在防止锆合金管坯热加工开裂方面所做的技术努力包括：在周期式的挤压/轧制变形后，及时通过酸洗和抛光来消除锆合金内、外表面肉眼可见的缺陷，并结合超声波无损检测以检出锆合金亚表层的不可见缺陷。但此方法会在一定程度上影响锆合金产品的加工精度并且降低其合格率及成品率，未达到从根源解决锆合金热机械加工开裂的目的；此外也通过改进冷轧技术来减少锆合金成品的裂纹缺陷，但此方法通常对轧制设备以及工模具的设计及制造具有很高的技术要求，同时也增加了技术人员的操作难度。

因此如何解决锆合金在热机械加工过程中的开裂，尤其是亚表层的开裂，提高其成品率和生产效率，依然是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种阻止锆合金热机械加工开裂的热处理方法，该方法能够减少锆合金成品的裂纹缺陷，且操作较为简单。

为达到上述目的，本发明所述的阻止锆合金热机械加工开裂的热处理方法包括以下步骤：

1)获取锆合金铸锭；

2)对锆合金铸锭进行热锻造，得坯材；

3)对坯材进行热处理，得挤压锭；

4)对挤压锭加热及保温，然后挤压后冷却，得热挤压后的样品；

5)将热挤压后的样品进行中间退火，然后经若干次冷轧及中间退火，得冷轧后的锆合金，其中，冷轧制的火次变形量为30～60％；

6)对冷轧后的锆合金进行再结晶退火，得锆合金成品，完成阻止锆合金热机械加工开裂的热处理；