本發(fā)明屬于核級材料制備，具體涉及一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法。

背景技術(shù)：

1、核級鋯鈮合金主要有鈮含量為1％的e110和鈮含量為2.5％的zr-2.5nb合金兩種，前者主要用于燃料包殼，后者主要用于重水堆燃料通道壓力管以及其他反應堆堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件。zr-2.5nb合金為(α+β)雙相合金，經(jīng)過適當?shù)淖冃魏蜔崽幚?，其強度可達到900mpa以上。

2、核級鋯合金材料在鑄錠鍛造變形之后，熱擠壓或者熱軋變形之前，都需要進行β淬火處理，以固溶大部分合金元素，提高鋯合金材料在水環(huán)境下的腐蝕性能。β淬火處理時，核級鋯合金材料發(fā)生β→α/α′轉(zhuǎn)變，組織由粗大的單β相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉摩痢漶R氏體和(或)α板條組成的組織。即使在熱擠壓或熱軋前的加熱過程中會發(fā)生α′→α轉(zhuǎn)變(如zr-4、m5合金)或發(fā)生α/α′→α+β轉(zhuǎn)變(如zr-2.5nb合金)。

3、由于zr-2.5nb合金是雙相合金，變形抗力相對較大，其熱擠壓、鍛造、軋制等變形所需壓力要比其他鋯合金高的多。重水堆燃料通道用zr-2.5nb合金壓力管加工時的擠壓比達到了10～11，其擠壓變形抗力就非常大，對擠壓機的能力要求非常高。經(jīng)β淬火的zr-2.5nb合金在780℃～850℃變形溫度下，會發(fā)生α穩(wěn)定元素o向α相富集，β穩(wěn)定元素nb、fe向β相富集的現(xiàn)象，使得nb、o、fe發(fā)生重新分布，這也是α/α′→α+β相轉(zhuǎn)變內(nèi)在因素。熱處理過程中的α/α′→α+β相轉(zhuǎn)變、合金元素重新分配、α+β轉(zhuǎn)變組織的粗化，都能降低材料的強度。因此，恰當?shù)臒崽幚砜梢栽诒M量保存zr-2.5nb合金淬火細小組織的同時，降低材料的抗壓強度，進而具備更好的可加工性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，通過過熱處理來實現(xiàn)降低zr-2.5nb合金高溫強度，適用于解決現(xiàn)有核級zr-2.5nb合金熱擠壓、熱軋變形抗力大的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，包括以下步驟：

3、步驟一：首先將加熱爐升溫至不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度，并保溫，放入鋯鈮合金，并在不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度保溫；

4、步驟二：鋯鈮合金在不高于β轉(zhuǎn)變點的溫度保溫結(jié)束后，再將加熱爐升溫至β轉(zhuǎn)變點以上溫度并保溫，保溫結(jié)束后水淬冷卻；

5、步驟三：將加熱爐升溫至不低于變形溫度且低于β轉(zhuǎn)變點的溫度后，將鋯鈮合金放入加熱爐中保溫，保溫結(jié)束后降溫。

6、步驟一中所述鋯鈮合金中鈮的質(zhì)量分數(shù)為2.4％～2.8％，鉿的質(zhì)量分數(shù)為≤0.1％；所述鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變溫度為合金進入單β相區(qū)的溫度。

7、步驟一和步驟二中所述不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度為鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變溫度以下20℃～40℃。

8、步驟一中所述鋯鈮合金放入加熱爐前的保溫時間為20min～60min，鋯鈮合金放入加熱爐后的保溫時間為(d/2)min～(d/2+60)min，鋯鈮合金放入加熱爐后優(yōu)選滿功率升溫，d為合金原料直徑或厚度的毫米值。

9、步驟二中所述β轉(zhuǎn)變點以上溫度為β轉(zhuǎn)變點以上30℃～100℃；所述β轉(zhuǎn)變點以上溫度保溫時間為(d/2)min～(d/2+60)min。

10、步驟二中所述水淬冷卻時，鋯鈮合金從加熱爐轉(zhuǎn)移至水中的時間應不超過60s，冷卻水的體積應超過鋯鈮合金體積的20倍。

11、步驟三中所述變形溫度為750℃～850℃；所述加熱溫度為780℃～880℃；所述加熱保溫時間為(d/2+120)min～(d/2+240)min，鋯鈮合金放入加熱爐后優(yōu)選滿功率升溫。

12、步驟三中所述保溫結(jié)束后降溫，通過水冷、空冷至室溫或者爐冷至變形溫度后進行熱變形。

13、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用過熱處理，降低高強度核級鋯鈮合金熱變形抗壓強度，方法簡單易實現(xiàn)。對鋯鈮合金β淬火工藝采用階梯加熱的方法，可以減小β相區(qū)內(nèi)加熱導致的原始β晶粒長大傾向。

技術(shù)特征：

1.一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟一中所述鋯鈮合金中鈮的質(zhì)量分數(shù)為2.4％～2.8％，鉿的質(zhì)量分數(shù)為≤0.1％；所述鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變溫度為合金進入單β相區(qū)的溫度。

3.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟一和步驟二中所述不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度為鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變溫度以下20℃～40℃。

4.如權(quán)利要求3所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟一中所述鋯鈮合金放入加熱爐前的保溫時間為20min～60min，鋯鈮合金放入加熱爐后的保溫時間為(d/2)min～(d/2+60)min，鋯鈮合金放入加熱爐后優(yōu)選滿功率升溫，d為合金原料直徑或厚度的毫米值。

5.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟二中所述β轉(zhuǎn)變點以上溫度為β轉(zhuǎn)變點以上30℃～100℃；所述β轉(zhuǎn)變點以上溫度保溫時間為(d/2)min～(d/2+60)min。

6.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟二中所述水淬冷卻時，鋯鈮合金從加熱爐轉(zhuǎn)移至水中的時間應不超過60s，冷卻水的體積應超過鋯鈮合金體積的20倍。

7.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟三中所述變形溫度為750℃～850℃；所述加熱溫度為780℃～880℃；所述加熱保溫時間為(d/2+120)min～(d/2+240)min，鋯鈮合金放入加熱爐后優(yōu)選滿功率升溫。

8.如權(quán)利要求1所述的一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法，其特征在于：步驟三中所述保溫結(jié)束后降溫，通過水冷、空冷至室溫或者爐冷至變形溫度后進行熱變形。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于核級材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低高強度核級鋯鈮合金抗壓強度的熱處理方法。包括以下步驟：步驟一：首先將加熱爐升溫至不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度，并保溫，放入鋯鈮合金，并在不高于鋯鈮合金β轉(zhuǎn)變點的溫度保溫；步驟二：鋯鈮合金在不高于β轉(zhuǎn)變點的溫度保溫結(jié)束后，再將加熱爐升溫至β轉(zhuǎn)變點以上溫度并保溫，保溫結(jié)束后水淬冷卻；步驟三：將加熱爐升溫至不低于變形溫度且低于β轉(zhuǎn)變點的溫度后，將鋯鈮合金放入加熱爐中保溫，保溫結(jié)束后降溫。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用過熱處理，降低高強度核級鋯鈮合金熱變形抗壓強度，方法簡單易實現(xiàn)。對鋯鈮合金β淬火工藝采用階梯加熱的方法，可以減小β相區(qū)內(nèi)加熱導致的原始β晶粒長大傾向。

技術(shù)研發(fā)人員：郁光廷,崔向勇,李加成,劉瓊,陳明軍,周宣,吳志剛,李科元,秦川,孫濤濤,李之媛,李崗
受保護的技術(shù)使用者：中核核電運行管理有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9