锆合金板的制造方法

专利名称:锆合金板的制造方法
本发明涉及核反应堆结构件同锆合金板的制造，因此，这种合金板就必须保持有高温机械性质，同时应具备与核反应堆堆芯压力容器所接触的环境(压水反应堆中一次回路内的含硼水)相适应的化学稳定性。
锆基合金，特别是以“锆锡合金(Zircaloy)”著称的锆基合金，已广泛用于核反应堆。在锆锡合金中，当前普遍采用的一种为“锆锡合金(Zircaloy)4”，它除锆之外尚含有锡、铁与铬，以及通常小于百万分之70的极低含量之镍。“锆锡合金4”除了无法避免的杂质外，尚可包含一些添加的元素，尤其是添加含量为百万分之80～270的溶解状态的碳，用以改进机械性质。
已提出有许多种处理方法来改善锆基合金的机械或化学性质。这类处理方法例如有公开在法国专利1525276;1327734;2307884;2019129与2219979中的那些。其中绝大多数是使此种合金对于高温蠕变具有所需要的高稳定性，以满足减少由此种合金构成之包壳发生破裂的风险。但这些结果的取得则常常要牺牲此种合金的其它性质，尤其要对把这种合金冷加工成薄板的可能性带来不利影响。
另外，英国专利997761公开了一种用来改进全然不同于“锆锡合金4”的，含铌的锆合金类的一种方法。其中的一道关键工序在于引入氧以及与氧的引入和继后的淬火密切相关的时效处理。法国专利1307550也披露了，用来改进含铌的锆合金类的抗腐蚀性的一种热处理方法。然而，上述热处理看来是在高于结晶化温度的某个温度下进行的。
本发明的目的在于提供一种制造此类合金板的改进方法，其中最后一道工序是合金料带的冷成形。更具体的目标则是提供出这样的合金料带，它兼具以下两个方面所需的性质即能成形出质量合乎要求的板材，同时所具的延性能允许用压、锻之类冷加工方法作最终成形。
为此目的，本发明给出了一种方法，先经热轧形成带料，继以高速冷锻进行冷轧，直至轧得的厚度达到切割成形和冷成形出的板厚，此时将该带料在低于锆基合金的重结晶温度下再行加热，以消除其内应力。
尤其是在要将此种合金板结合到一支承核燃料元件的格栅体中，因而需要有用来约束这些元件的止挡时，可沿此带料延轧方向的横向切割下板材，以获得很高的机械强度，以经受地震中所产生的力而不发生蠕变。
本发明特别适用于“锆锡合金4”型合金，此时，上述的重新加热是在440°至490℃之间加热2至100小时，一般是在460℃左右重新加热约24小时。经过这样的热处理可获得近似冷锻金属的性质，“锆锡合金4”的重结晶是从约500℃开始的。
本发明将从下述的一种方法的说明中获得更好的理解，这一方法特别适于制作构成法国专利2533352之主题的那种格栅体的板材，该项书可作为参考。
后面仅有的一张附图是可以实施本发明的那种合金板的示意图。
下面参照此附图，板件10以规则的间隔包括在两个冷孔型中经模压(锻压与冲压)而形成的止挡12。此种板件的厚度通常为0.3或0.4毫米，构成格栅体的内部隔片，格栅体的框架则是由一般厚为0.6或0.8毫米的较厚的板带制成。
此类板件一旦形成后，必须在辐射下只有很低的横向增长，具备很高的机械强度和不使止挡发生蠕变。为了满足后一条件，可假定从其上切割下板件10的带料，在315℃时须具有以下的最低特性弹性应力极限E，0.2%时250MPa;
断裂荷载280MPa。
除此，环境温度时在牵引力下均匀分布的延伸度至少须为4%，以便冲压与弯曲成形，尤其是为了形成图中所示的那种止挡12时。这样的延伸度可以由以下方式获得，即通过重新加热使此种锆锡基合金完全重结晶化，以消除冷轧工序中所引入的绝大部分位错;但这样会使315℃时的机械特性降低，特别是在0.2%时的弹性应力极限下降到90MPa;机械特性的这种下降，可能导致此类板件在格栅体中元件的荷载下发生永久性的塑性变形。随着辐照而加重的这种特性下降，将减小支托住燃料元件的力。
当把一种方法(它的连续工序将描述于后面)应用于名义含量为约锡1.5%、铁0.21%、铬0.10%的锆锡合金时，就能满意地兼顾冷变形性质与幅照下的热稳定性。
一般采用的锆锡合金4锭是在真空或隋性气氛下熔炼所成，通过延压或锻压而从β相转变，获得厚度约100毫米的坯段。采用α相与β相的热轧作业(可以是法国专利1525276中所述的那种，温度在850℃至950℃)，可使上述的厚度值下降到20至30毫米。这样获得的带料是均质的并在β相淬火，然后热轧成例如6毫米厚。经一系列的冷轧、去油脂、在真空中重新加热与重结晶循环，最后在所需要的上述板厚情形中，可以获得这样的厚度对于隔板为0.9毫米，而对于框架板为1.25毫米。
然后再进行由冷轧组成的最终机械处理，此时的冷锻速率至少为35%，使厚度从1.25毫米减小到0.6毫米，或从0.9毫米减小到0.4毫米。这样的冷锻速率在采用现有的设备条件下可使单轴方向上的变形超过50%，允许在冷轧时施加的牵引力与厚度方向上的压缩力之间保持一恒定的比值。
按以上方法制得的料带从它用于反应堆中的继后行为上来看，具有极优越的机械与化学性质。但它的延展性则不足以允许冷锻。将此种料带在460℃的温度即低于开始重结晶的温度下，经过一般约为24小时的长时间重新加热以消除应力，提高上述延展性，使之合乎冷锻的需要。此种重新加热与其它高温作业相同，是在真空中进行的，以避免氧化。
这样制成的料带具有下述结构从法线至基平面，从法线方向朝压延方向的取向错误为15°至20°;
具有一与压延方向平行的方向(10
10)。
这样的结构成分有利于在压延方向变形，以及使此带料在幅照下感生的横向增长弱于沿纵向的增长。考虑到上述性质，应该沿此带料的横向切割下板材以限制其在辐照下的延展，同时获得无孔隙与裂纹的压制件。
因此，所形成之带料的宽度至少应等于板材的长度，对于当前常用的部件而言，这一数值为240毫米。
权利要求
1.一种制造预定厚度的锆合金板的方法，包括以下各工序经热轧形成一具有上述预定厚度的带料，然后冷轧；使此带料经受一消除张应力的重新加热，即在一低于其重结晶温度的温度下保持一段足以消除内应力的时间；再通过切割与冷成形由此带料形成板材。
2.如权利要求
1的用于制造带有邻接止挡的板方法，此类止挡用在格栅体中来保持核燃料装置中的核燃料元件，在此种方法中，上述的板材是沿带料压延方向的横向切割下的，以获取高的机械强度和低的蠕变度。
3.如权利要求
2的方法，其中的锆合金板是由热轧一种含锡、铁与铬的β相锭件而制备成，而且此种锭件料除锆及不可避免的杂质外，可能还含有百万分之80至百万分之270的碳。
4.如权利要求
3的方法，其中述及的重新加热是在440℃至490℃下进行2至100小时。
5.如权利要求
4的方法，其中述及的重新加热是在460℃左右进行约24小时。
专利摘要
为了制造锆合金板，尤其是为了构成保持核燃料元件的格栅体，以热轧方法制成一种带料，然后以很高的冷锻速率进行冷轧，再将此带料置于低于其重结晶温度的温度下进行重新加热以消除其应力。所需的锆合金板是沿此带料的横向切割下的。
文档编号G21C3/34GK86100625SQ86100625
公开日1986年7月30日 申请日期1986年1月8日
发明者密契尔·莫里, 简·保罗·马当 申请人:法玛汤姆和柯吉玛公司