专利名称：一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法
技术领域：
本发明属于Zr4合金薄带材的制备技术领域，具体涉及一种具有特定织构的合金薄带材的制备方法。
背景技术：
锆合金具有热中子吸收截面低、热导率高、抗腐蚀性能好等优点，因此是核电工业中广泛应用的结构材料，其中Zr4合金是目前核反应堆内组件使用最成熟和稳定的材料， Zr4合金带材产品主要用于制造核反应堆燃料组件的定位格架。由于定位格架用Zr4合金带材经堆内中子辐照后会引起格架条带伸长而松弛的问题，因此为了补偿照射延伸，要求核电用Zr4带材应具有特定的组织织构。国内外已开展了热轧和热处理相结合的Zr4板材制备工艺对织构取向因子的影响规律的研究，但对0. 8mm以下冷轧薄带材的织构控制未见相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种厚度不大于 0. 8mm,织构取向因子fT > 0. 2的具有特定织构的冷轧Zr4合金薄带材的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将Zr4合金铸锭在β相区进行开坯锻造得到锻坯，然后在锻坯温度为 1000°C 1100°c的条件下水淬，得到厚度为45mm 50mm的Zr4合金板；步骤二、将步骤一中所述Zr4合金板在温度为940°C 980°C的条件下进行热轧， 得到板坯；所述热轧的道次加工率为10% 25%，热轧总加工率为80% 96% ；步骤三、对步骤二中所述板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光洁；步骤四、对步骤三中去除表面缺陷的板坯进行退火处理，得到中间板材；所述退火处理的制度为退火温度不低于600°C，保温时间为Ih 釙；步骤五、将步骤四中所述中间板材冷轧至厚度不大于2. 3mm，然后对冷轧后的板材进行退火处理；所述退火处理的制度为退火温度不低于600°C，保温时间为Ih 釙；步骤六、对步骤五中经退火处理后的中间板材进行冷轧，得到厚度不大于0.8mm 的带材，然后对所述带材进行退火处理，得到织构取向因子fT > 0. 2的Zr4合金薄带材；所述退火处理的制度为退火温度不低于590°C，保温时间为浊 釙。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤一中所述锻造过程中坯料延长的方向始终为原始铸锭的轴向。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤二中所述热轧过程中当待轧制的Zr4合金板温度低于900°C时，对Zr4合金板进行回火并保温lOmin，然后再继续轧制。
上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤四中所述退火处理的制度为退火温度为600°C 650°C，保温时间为Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤五中所述退火处理的制度为退火温度为600°C 650°C，保温时间为Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤五中所述冷轧的轧制方向与步骤二中所述热轧的轧制方向相同。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤五中所述冷轧的道次加工率为10% 15%，冷轧的总加工率为55% 75%。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤六中所述冷轧的方法为采用氢弧保护焊接方式将中间板材和引带焊接连接，然后进行张力轧制，轧制速度为 0. lm/s 0. 3m/s，轧制道次加工率为8% 15%，轧制总加工率为25% 65%。上述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，步骤六中所述退火处理的制度为退火温度为590°C 650°C，保温时间为2h 4h，退火真空度不大于5X10_2Pa。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明工艺流程简单、工艺参数可控性强。2、采用本发明的方法可实现将0. 8mm以下厚度冷轧Zr4合金薄带材织构取向因子控制到fT彡0. 2。3、本发明采用先锻造开坯，然后经过两辊热轧和四辊中间冷轧，最后进行四辊成品轧制的工艺制备核电组件用Zr4合金薄带材，锻造和轧制过程中，坯料延长的方向始终是原始铸锭的轴向，通过控制锻造、轧制工艺和退火制度得到具有特定组织织构、机械性能和腐蚀性能优良的冷轧Zr4合金薄带材。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
图1为本发明实施例1制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的晶界图。图2为本发明实施例1制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的极图。图3为本发明实施例2制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的晶界图。图4为本发明实施例2制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的极图。图5为本发明实施例3制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的晶界图。图6为本发明实施例3制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的极图。图7为本发明实施例4制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的晶界图。图8为本发明实施例4制备的Zr4合金薄带材的EBSD测试的极图。
具体实施例方式实施例1步骤一、将合金铸锭表面清理干净后，在电炉上加热至100°C 200°C，在加热后的铸锭表面均勻地涂上玻璃粉保护涂层，然后在锻造温度为io8o°c条件下保温池后开坯锻造得到锻坯，在锻坯温度为1050°c的条件下水淬，得到厚度为50mm的Zr4合金板；所述开坯锻造过程中坯料延长的方向始终为原始铸锭的轴向；
步骤二、将步骤一中所述Zr4合金板在温度为980°C的条件下进行热轧，得到厚度为3mm的板坯；所述热轧各道次的加工率依次为25%、25%、M%、M%、23%、22%、22%、 20%、17%、15%、13%、10%和10%，热轧总加工率为94. 0 %，轧制过程中坯料的延长方向沿开坯锻造方向，当合金板温度低于900°C时回火并保温IOmin后再继续轧制；步骤三、对步骤二中所述板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除起皮、划伤、金属及非金属压入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步骤四、对步骤三中去除表面缺陷的板坯在温度为650°C条件下保温Ih进行退火处理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中间板材；步骤五、将步骤四中所述中间板材冷轧至厚度为1. 07mm，然后对冷轧后的板材进行退火处理；所述冷轧的轧制方向与步骤二中所述热轧的轧制方向相同；冷轧各道次的加工率依次为15%U5%U5%U4%U4%U3%^P 10%，冷轧的总加工率为64. 3% ；所述退火处理的制度为退火温度为650°C，保温时间为lh，退火真空度不大于5X10_2I^ ；步骤六、采用氢弧保护焊接方式将步骤五中所述中间板材和引带焊接连接，然后进行张力轧制，左右张力为220kg 250kg，轧制速度为0. lm/s 0. 2m/s,轧制道次加工率为10 %、10 %和8 %，总加工率为25.0%，得到厚度为0. 8mm的带材，然后将所述带材在温度为650°C的条件下保温池进行退火处理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到织构取向因子 fT = 0. 332的Zr4合金薄带材。对本实施例制备的带材进行EBSD测试，结果见图1和图2，图2中织构取向因子 Fx = fL,Fy = fT，Fz = fN，由图1可见晶粒度大于ASTM El 12标准中的10级，由图2可见本实施例的带材的织构取向因子fT = 0. 332 ；400°C /72h退火蒸汽腐蚀条件下的腐蚀试验结果表明腐蚀增重彡18. 85mg/dm2。对本实施例制备的带材的机械性能进行检测，检测结果见下表表1实施例1制备的Zr4合金薄带的室温力学性能检测结果
Rm(MPa)Rp02(MPa)A(%)横向纵向横向纵向横向纵向47051044540535.037.0从表1中可以看出，本实施例制备的Zr4合金薄带材的抗拉强度、屈服强度以及延伸率均符合核反应堆燃料组件的定位格架的要求。实施例2步骤一、将Zr4合金铸锭表面清理干净后，在电炉上加热至100°C 200°C，在加热后的铸锭表面均勻地涂上玻璃粉保护涂层，然后在锻造温度为io6o°c条件下保温池后开坯锻造得到锻坯，在锻坯温度为1100°c的条件下水淬，得到厚度为45mm的Zr4合金板；所述开坯锻造过程中坯料延长的方向始终为原始铸锭的轴向；步骤二、将步骤一中所述Zr4合金板在温度为960°C的条件下进行热轧，得到厚度为1.8mm的板坯；所述热轧各道次的加工率依次为25^44^44^44^^23^^231%, 22%、22%、20%、20%、18%、17%、14%禾口 10%，热轧总加工率为96. 0%，轧制过程中坯料的延长方向沿开坯锻造方向，当合金板温度低于900°C时回火并保温IOmin后再继续轧制；步骤三、对步骤二中所述板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除起皮、划伤、金属及非金属压入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步骤四、对步骤三中去除表面缺陷的板坯在温度为630°C条件下保温池进行退火处理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中间板材；步骤五、将步骤四中所述中间板材冷轧至厚度为0. 81mm，然后对冷轧后的板材进行退火处理；所述冷轧各道次的加工率为14 %、14%、13 %、12 %、11 %和10. 7 %，冷轧的总加工率为55. 0% ；所述退火处理的制度为退火温度为630°C，保温时间为池，退火真空度不大于5X KT2Pa ；冷轧的轧制方向与步骤二中所述热轧的轧制方向相同；步骤六、采用氢弧保护焊接方式将步骤五中所述中间板材和引带焊接连接，然后进行张力轧制，左右张力为220kg 250kg，轧制速度为0. lm/s 0. 3m/s,轧制各道次的加工率为10 %、10 %和8 %，总加工率为25.9%，得到厚度为0. 6mm的带材，然后将所述带材在温度为630°C的条件下保温汕进行退火处理，退火真空度不大于5X 10_2Pa，得到织构取向因子fT = 0. 283的Zr4合金薄带材。对本实施例制备的带材进行EBSD测试，结果见图3和图4，图4中织构取向因子 Fx = fL,Fy = fT，Fz = fN，由图3可见晶粒度大于ASTM El 12标准中的10级，由图4可见本实施例的带材的织构取向因子fT = 0. 283 ；400°C /72h退火蒸汽腐蚀条件下的腐蚀试验结果表明腐蚀增重< 20. 09mg/dm2。对本实施例制备的带材的机械性能进行检测，检测结果见下表表2实施例2制备的Zr4合金薄带的室温力学性能检测结果
Rm(MPa)Rp02(MPa)A(%)横向纵向横向纵向横向纵向41544039035541.037.0从表2中可以看出，本实施例制备的&4合金薄带材的抗拉强度、屈服强度以及延伸率均符合核反应堆燃料组件的定位格架的要求。实施例3步骤一、将合金铸锭表面清理干净后，在电炉上加热至100°C 200°C，在加热后的铸锭表面均勻地涂上玻璃粉保护涂层，然后在锻造温度为io5o°c条件下保温池后开坯锻造得到锻坯，在锻坯温度为1000°c的条件下水淬，得到厚度为45mm的Zr4合金板；所述开坯锻造过程中坯料延长的方向始终为原始铸锭的轴向；步骤二、将步骤一中所述Zr4合金板在温度为940°C的条件下进行热轧，得到厚度为2. 9mm的板坯；所述热轧各道次的加工率为23%、23%、23%、22%、22%、22%、20%、 20%U8%U7%U4%U2%^P 10%，热轧总加工率为93. 6%，轧制过程中坯料的延长方向沿开坯锻造方向，当合金板温度低于900°C时回火并保温IOmin后再继续轧制；步骤三、对步骤二中所述板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除起皮、划伤、金属及非金属压入等表面缺陷，修磨后用弱酸清洗；步骤四、对步骤三中去除表面缺陷的板坯在温度为600°C条件下保温池进行退火处理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到中间板材；步骤五、将步骤四中所述中间板材冷轧至厚度为0. 8mm，然后对冷轧后的板材进行退火处理；所述冷轧的轧制方向与步骤二中所述热轧的轧制方向相同；冷轧各道次的加工率为 15%,15%,15%,14%,14%,13%,12%,12% Ρ 10%，冷轧的总加工率为 72.4% ；所述退火处理的制度为退火温度为600°C，保温时间为池，退火真空度不大于5X10_2I^ ；步骤六、采用氢弧保护焊接方式将步骤五中所述中间板材和引带焊接连接，然后进行张力轧制，左右张力为250kg 300kg，轧制速度为0. lm/s 0. 2m/s,轧制各道次加工率为15%、14%、12%、12%和11%，总加工率为50.0%，得到厚度为0. 4mm的带材，然后将所述带材在温度为590°C的条件下保温4h进行退火处理，退火真空度不大于5 X 10 ,得到织构取向因子fT = 0. 334的Zr4合金薄带材。对本实施例制备的带材进行EBSD测试，结果见图5和图6，图6中织构取向因子 Fx = fL,Fy = fT，Fz = fN，由图5可见晶粒度大于ASTM El 12标准中的10级，由图6可见本实施例的带材的织构取向因子& = 0. 334 ；600°C / 退火蒸汽腐蚀条件下的腐蚀试验结果表明腐蚀增重彡19. 06mg/dm2。对本实施例制备的带材的机械性能进行检测，检测结果见下表表3实施例3制备的Zr4合金薄带的室温力学性能检测结果
权利要求
1.一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将Zr4合金铸锭在β相区进行开坯锻造得到锻坯，然后在锻坯温度为 1000°C 1100°C的条件下水淬，得到厚度为45mm 50mm的Zr4合金板；步骤二、将步骤一中所述Zr4合金板在温度为940°C 980°C的条件下进行热轧，得到板坯；所述热轧的道次加工率为10% 25%，热轧总加工率为80% 96% ；步骤三、对步骤二中所述板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光洁；步骤四、对步骤三中去除表面缺陷的板坯进行退火处理，得到中间板材；所述退火处理的制度为退火温度不低于600°C，保温时间为Ih 釙；步骤五、将步骤四中所述中间板材冷轧至厚度不大于2. 3mm，然后对冷轧后的板材进行退火处理；所述退火处理的制度为退火温度不低于600°C，保温时间为Ih 釙；步骤六、对步骤五中经退火处理后的中间板材进行冷轧，得到厚度不大于0. 8mm的带材，然后对所述带材进行退火处理，得到织构取向因子fT > 0. 2的Zr4合金薄带材；所述退火处理的制度为退火温度不低于590°C，保温时间为浊 釙。
2.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锻造过程中坯料延长的方向始终为原始铸锭的轴向。
3.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述热轧过程中当待轧制的Zr4合金板温度低于900°C时，对Zr4合金板进行回火并保温lOmin，然后再继续轧制。
4.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述退火处理的制度为退火温度为600°C 650°C，保温时间为Ih 汕，退火真空度不大于5X10_2Pa。
5.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述退火处理的制度为退火温度为600°C 650°C，保温时间为Ih 3h，退火真空度不大于5X10_2Pa。
6.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述冷轧的轧制方向与步骤二中所述热轧的轧制方向相同。
7.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述冷轧的道次加工率为10% 15%，冷轧的总加工率为55% 75%。
8.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述冷轧的方法为采用氢弧保护焊接方式将中间板材和引带焊接连接，然后进行张力轧制，轧制速度为0. lm/s 0. 3m/s,轧制道次加工率为8% 15%，轧制总加工率为 25% 65%。
9.根据权利要求1所述的一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述退火处理的制度为退火温度为590°C 650°C，保温时间为浊 4h，退火真空度不大于5X10_2Pa。
全文摘要
本发明公开了一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法，该方法为一、将Zr4合金铸锭在β相区进行开坯锻造得到锻坯，然后水淬，得到厚度为45mm～50mm的Zr4合金板；二、将Zr4合金板热轧得到板坯；三、对板坯表面沿板坯轧制方向进行修磨，去除板坯表面缺陷使板坯表面光洁；四、对板坯进行退火处理，得到中间板材；五、将中间板材冷轧至厚度不大于2.3mm，然后进行退火处理；六、对退火处理后的中间板材进行冷轧，然后进行退火处理，得到具有特定织构的Zr4合金薄带材。本发明工艺流程简单、工艺参数可控性强，采用本发明的方法可实现将0.8mm以下厚度冷轧Zr4合金薄带材织构取向因子控制到fT≥0.2。
文档编号C21D1/26GK102492908SQ20111043602
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者唐进, 姚修楠, 张录强, 李红宇, 武宇, 赵鸿磊, 郑学军, 郭海生, 韩吉庆 申请人:西安诺博尔稀贵金属材料有限公司