重量百分比），能够保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0025] (6)钼(Mo) 钼对锆的强化效应很高，但使塑性下降，Mo与Zr生成的ZrM〇2第二相在基体中集中分布 对耐腐蚀性能不利，但对锆合金的弥散强化效果很好，表明要含Mo锆合金的抗腐蚀性能与 基体的显微组织有关。本发明中Mo添加的含量在0.01-0.3% (重量百分比），能够保证合金 具有优良的耐腐蚀性能。
[0026] (7)钒（V) 钒能够改进合金耐腐蚀性和力学性能，含钒锆合金的腐蚀性能对热处理比较敏感。本 发明中V添加的含量在0.01-0.3% (重量百分比），能够保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0027] (8)铋（Bi) 铋能够改进合金耐腐蚀性能，本发明中Bi添加的含量在0.3-0.7 % (重量百分比），能够 保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0028] (9)锗(Ge) 锗能够改进合金耐腐蚀性能，本发明中Ge添加的含量在0.3-0.7 % (重量百分比），能够 保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0029] (10)铜（Cu) 铜能够改进合金耐腐蚀性能，但铜用量过多会产生不利的影响。本发明中Cu添加的含 量小于0.1 % (重量百分比），能够保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0030] (11)硅（Si) 硅能够影响合金析出相的均匀分布，因而硅用量过多会产生不利的影响。本发明中将 Si添加的含量小于0.1% (重量百分比），能够保证合金具有优良的耐腐蚀性能。
[0031 ] (12)硫(S) 在合金中添加适量的硫能提高合金蠕变强度，同时改进合金的抗腐蚀性能。但硫用量 过多会产生不利的影响。本发明中将S添加的含量小于0.1 % (重量百分比），能够保证合金 具有优良的耐腐蚀性能。
[0032] (13)氧(0) 氧能够稳定锆的α相，合金中添加氧能提高屈服强度。本发明中0添加的含量在0.06-0.15% (重量百分比），能够保证合金具有足够的机械性能和抗蠕变性能。氧含量的增加，大 大降低了材料加工过程中的控制难度。
[0033] (14)碳(C) 合金中的碳作为不可避免的杂质元素存在，并且含量较高时，会降低合金的抗腐蚀性 能。本发明中C的重量百分比小于0.008%，能够保证合金在高温水和蒸汽中具有优良的耐 腐蚀性能。
[0034] (15)氮(Ν) 合金中的氮作为不可避免的杂质元素存在，并且含量较高时，会降低合金的抗腐蚀性 能。本发明中Ν的重量百分比小于0.006%，能够保证合金在高温水和蒸汽中具有优良的耐 腐蚀性能。
[0035]表1为本发明所提供合金的组成成分(重量百分比），表中9*和10*分别为Zr-4合金 和N36合金的组成成分，表1中提供的各合金的余量均为Zr及其他杂质。
[0036] 将上表1中提供的合金按照以下方法进行制备： (1) 将锆合金中各组分按照设计成分进行配料； (2) 在真空自耗电弧炉中进行熔炼，制成合金铸锭； (3) 将合金铸锭在900°C - 1050°C的β相区锻造成所需形状的坯材； (4) 将坯材在1000°C - 1100°C的β相区加热均匀化，并进行淬火处理； (5) 将淬火后的坯材在600°C - 700°C的β相区进行热加工； (6) 将热加工后的坯材进行冷加工，并在560°C - 650°C进行中间退火； (7) 在480°C - 620°C内进行消除应力退火或再结晶退火处理，得到所述锆合金材料。
[0037] 按上述加工工艺制备的锆合金材料具有等轴的α-Zr晶粒和均匀分布的细小第二 相粒子组成的微观组织，能保证在反应堆堆芯苛刻的环境中具有优良的使用性能。通过上 述方法制备的锆合金材料，其堆外腐蚀性能检测结果如表2所示，分别为本发明所提供合金 材料在360°C纯水中腐蚀300天后的腐蚀速率、在360°C含锂水中腐蚀300天后的腐蚀速率以 及在400°C蒸汽中腐蚀300天后的腐蚀速率。
[0038] 从表2中可以看出，本发明所提供合金材料在360°C纯水、氢氧化锂水溶液以及400 °〇蒸汽中表现出了良好的耐腐蚀性能。
[0039] 综上所述，本发明提供的应用实例表明，本发明合金在上述3种水化学条件下腐蚀 时都表现出良好的耐腐蚀性能，合金在360°C/18.6MPa纯水和360°C/18.6MPa LiOH水溶液 中的腐蚀速率明显优于Zr-4合金和N36合金，在400°C/10.3MPa蒸汽中的腐蚀速率稍逊于 Zr_4合金，但优于N36合金。
[0040] 由于本发明采用了优选的311、他、？6、0、1〇、￥、81、66、31、3的成分范围，在此范围 内的合金元素之间的相互作用，结合低温加工工艺，产生了事先预料不到的效果，这种效果 主要表现在两个方面：1)本发明合金在上述3种水化学条件下腐蚀时都表现出良好的耐腐 蚀性能；2)本发明合金经低温工艺加工后获得了细小弥散分布的第二相，改善了合金的力 学性能(如蠕变及疲劳性能)及抗辐照生长性能。
[0041] 如上所述，可较好的实现本发明。
[0042] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依 据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、 等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.05-0.8%，Nb:0.2-0.9%，Fe:0.05-0.6%，Cr或Mo或ν:0·01-0.3%，Ge或Bi:0.3-0.7%， Cu或Si或5:0-0.1%，0:0.06-0.15%，(：:小于0.008%小 :小于0.006%，余量为21及其它杂质。2. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.05-0.8%，Nb:0.2-0.9%，Fe:0.05-0.6%，Cr或Mo或V:0.01-0.3%，Ge或Bi:0.3-0.7%， Cu或Si或S:0.01-0.1%，0:0.06-0.15%，(：：小于0.008%小：小于0.006%，余量为21及其它杂 质。3. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.05-0.8%，Nb:0.2-0.9%，Fe:0.05-0.6%，Cr或Mo或V:0.01-0.3%，Ge或Bi:0.3-0.7%， Cu或Si或S:0.04-0.1%，0:0.06-0.15%，(：：小于0.008%小：小于0.006%，余量为21及其它杂 质。4. 一种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.05-0.8%，Nb:0.2-0.9%，Fe:0.05-0.6%，Cr或Mo或V:0.01-0.3%，Ge或Bi:0.3-0.7%， 0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量为Zr及其它杂质。5. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.05-0.8%，Nb:0.2-0.9%，Fe:0.05-0.6%，Ge或Bi:0.3-0.7%，Cu或Si或S:0.01-0.1%， 0:0 · 06-0 · 15%，C:小于0 · 008%，N:小于0 · 006%，余量为Zr及其它杂质。6. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0·卜0·3%，Nb:0·6-0·8%，Fe:0·1-0·2%，Cr或Mo或V:0·卜0·2%，Ge或Bi:0·3-0·7%，Cu 或Si或5:0.01-0.1%，0:0.06-0.16%，(：:小于0.008%小 :小于0.006%，余量为21及其它杂质。7. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.35-0.7%，Nb:0.3-0.7%，Fe:0.25-0.5%，Cr或Mo或V:0.01-0.3%，Ge或Bi:0.3-0.7%， Si或S:0.01-0.1%，0:0· 06-0.15%，C:小于 0·008%，Ν:小于0.006%，余量为Zr及其它杂质。8. -种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：Sn:0.35-0.7%，Nb:0.3-0.7%，Fe:0.25-0.5%，Cr:0.1-0·3%，Μο:0·01-0·2%，Ge或Bi:0.3- 0.7%，0:0.1%，C:小于0.008%，N:小于0.006%，余量为Zr及其它杂质。9. 一种用于核动力反应堆的锆基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由下列成分组 成：511 :0.2%，恥：0.7%，卩6:0.15%，0:0.1%，￥ :0.15%，66或祀：0.4%，0:0.12%，(：：小于0.008%， N:小于0.006%，余量为Zr及其它杂质。
【专利摘要】本发明公开了一种用于核动力反应堆的锆基合金，按重量百分含量计，由下列成分组成：Sn：0.05-0.8%，Nb：0.2-0.9%，Fe：0.05-0.6%，Cr或Mo或V：0.01-0.3%，Ge或Bi：0.3-0.7%，Cu或Si或S：0-0.1%，O：0.06-0.15%，C：小于0.008%，N：小于0.006%，余量为Zr及其它杂质。本发明在Zr-Sn-Nb合金基础上，添加了其他用于改善合金性能的元素成分，并选择了适当的组分含量，本发明提供的合金性能满足核动力反应堆高燃耗对堆芯结构材料的要求。由这种原型合金制备的产品提高了在堆外纯水特别是在氢氧化锂水溶液中的耐均匀腐蚀性能，提高了在高温蒸汽中的耐疖状腐蚀性能。
【IPC分类】C22C1/02, C22C16/00, G21C3/07, C22F1/18
【公开号】CN105441718
【申请号】CN201610001965
【发明人】戴训, 杨忠波, 程竹青, 易伟, 赵文金, 徐春容, 孙超
【申请人】中国核动力研究设计院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2016年1月6日