專利名稱：一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法
技術領域：
一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，涉及一種鋯及鋯合金的制備方法， 用于核電、冶金、石油化工等領域用鋯及鋯合金的制備過程。
背景技術：
鋯是一種過渡族元素，屬于元素周期表中的IV-B族元素，它既是一種稀有 金屬，又是一種戰略金屬。鋯具有良好的可塑性和強的抗腐蝕性，耐蝕性優于 鈦，實驗研究及典型事例已證明，鋯在許多常用的酸、堿介質中具有優異的耐 蝕性，鋯在這些介質中的特性十分獨特，它還可以在酸、堿互換條件下使用， 如鋯在溫度低于IO(TC時能耐抗各種濃度的鹽酸、硝酸以及濃度低于50%硫酸的 侵蝕，鋯被認為是在所有的醋酸溶液中最耐蝕的材料。鋯還具有特殊的核性能， 與核燃料有優良的相容性，具有極小的熱中子捕獲截面(0. 18X10-28m2 )，同 時其耐輻照性能也很好，加上鋯在高溫下有較好的吸氣性以及良好的抗腐蝕性 和加工性能等，鋯材料被廣泛用作水冷動力堆的包殼材料和堆芯結構材料，是 核電站的重要應用材料。因此，鋯廣泛用于核能、航天、航空、艦船、電子、 機械、冶金、化工、紡織、造紙、醫學等行業，具有廣闊的前途。
根據市場需求預測，國內外核能、艦船、石油化工等行業鋯材總需求量將 持續增長，為鋯產業提供了極為廣闊的發展空間。而目前我國無完整的工業用 鋯材工業化生產體系，國內使用的核級核工業級鋯材主要依賴國外進口，這在 很大程度上制約了我國鋯工業的發展。
目前，在鋯及鋯合金的生產領域，使用海綿鋯生產的鋯錠加工成的鋯材， 雖具有良好的塑性，但其抗拉強度等性能偏低，影響鋯材的工業應用。

發明內容
本發明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種在能有效保持 良好耐蝕性和塑性的同時，有效提高抗拉強度的提高鋯及鋯合金抗拉強度的方 法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其特征在于鋯及鋯合金冶煉中添加 二氧化鋯，控制鋯及鋯合金中氧元素的重量含量為0. 08% 0. 3%。
由于鋯及鋯合金的制備，通常是采用海綿鋯或加入中間合金制備而成，由 于海綿鋯中氧等元素含量較低，僅約0.08。/。(wt)以下，使用海綿鋯生產的鋯錠加 工成的鋯材，雖具有良好的塑性，但其抗拉強度等性能偏低，影響鋯材的工業應用。
習慣義為氧通常被看作雜質元素，但研究結果表明，在鋯及鋯合金中，氧 作為合金元素更為合理。氧是一種a穩定元素，它在鋯中占據八面體間隙，形 成間隙固溶體，擴展a相區，并有較大的溶解度，所以，具有顯著的強化作用， 能增強鋯材抗拉強度等綜合性能，當氧含量為O. 1%，合金的室溫屈服強度可增 加150MPa。控制一定范圍內鋯中氧含量，不但不影響鋯的耐蝕性，而且能適當 提高鋯材的強度。當氧含量達0.5°/。時，對鋯的耐蝕性影響甚微，僅當氧含量超 過1.0%時，對鋯的腐蝕速度有強烈影響。因此，在不影響鋯材料耐蝕性等性能 的前提下，可通過控制一定含量的氧含量來提高其抗拉強度等常規性能，以滿 足工業領域鋯材的使用需要。
本發明的一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其鋯及鋯合金制備步驟包 括將制備鋯及鋯合金的海綿鋯及中間合金原料壓制成電極塊，將電極塊焊接成 電極，進行真空電弧爐熔煉成鑄錠過程，其特征在于其過程還包括將制備鋯及 鋯合金的海綿鋯及中間合金原料進行含氧量分析，按設計合金所需要的氧成分 配入二氧化鋯粉。
本發明的一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其特征在于所述制備鋯及 鋯合金的海綿鋯及中間合金原料中添加二氧化鋯，其粒度《0. 5mm。
本發明是在鋯中添加少量二氧化鋯，因二氧化鋯化學性質穩定，是典型的 難熔、難蝕化合物，熔點高達2680 2700°C，若控制不當極易產生夾雜冶金缺 陷，嚴重影響鋯材應用。本發明采用控制二氧化鋯粉粒度、電極中二氧化鋯分 布均勻度、控制鋯錠生產過程各工序氧化等措施，可有效防止夾雜缺陷。實際 生產中應根據需要的不同合理控制鋯中氧元素含量，以滿足不同場合鋯材的使 用要求。
本發明的方法，從控制鋯及鋯合金材的氧含量入手，鋯及鋯合金錠熔煉過 程中添加二氧化鋯，通過控制其加入量以控制鋯及鋯合金氧含量，生產的鋯錠 氧元素分布均勻，無夾雜等冶金缺陷。本發明具有操作簡便、控制準確、穩定 等顯著優點，解決了氧元素在鋯錠冶煉中的添加問題，生產的鋯及鋯合金材不 影響鋯材料耐蝕性等性能的前提下，有效提高了其抗拉強度等常規性能，可以 滿足工業領域鋯材的使用需要。
具體實施例方式
一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，在鋯錠冶煉中添加二氧化鋯，通過 控制其加入量以控制鋯及鋯合金氧含量，氧元素含量控制范圍0.08 0. 3%(wt)。
一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，按下述步驟進行
a) 原料準備海綿鋯、中間合金、二氧化鋯粉粒度《0.5mm。
b) 準確稱取所需重量的海綿鋯、中間合金和二氧化鋯。C)電極制備二氧化鋯粉均勻添加在海綿鋯中壓制成一定規格的電極塊。
d) 使用等離子弧等焊接方式將電極塊焊接成所需規格的鋯電極。
e) 經至少兩次真空電弧爐熔煉成鑄錠，控制熔煉過程真空度、漏氣率和鑄 錠冷卻時間，以控制熔煉過程鋯的增氧。
本發明通過在海綿鋯中添加一定量的二氧化鋯粉，解決了鋯中氧元素的添 加和準確控制難題，使氧元素在鋯材中充分均勻化，通過控制鋯中氧含量以提 高鋯材強度，合理控制鋯材性能，而且消除夾雜等冶金隱患，保證了鋯產品質
實施例1
準確稱取氧含量0. 06y。(wt)海綿鋯100kg， 二氧化鋯0. lkg，將二氧化鋯粉 與海綿鋯充分混勻后壓制成電極塊，使用等離子弧等焊接方式將電極塊焊接成 所需規格的鋯電極，再經至少兩次真空電弧爐熔煉成鑄錠，需控制熔煉過程真 空度、漏氣率和鑄錠冷卻時間等。經配料、電極壓制、電極焊接、熔煉等嚴格 的過程控制，鋯錠頭部和底部氧含量0.09%、 0.08%,鑄錠經化學成分分析、表 面質量等檢驗，合格后經鍛造、軋制等制得質量優良的控制氧含量的鋯材，滿 足工業使用需求。
實施例2
準確稱敢氧含量0. 08。/。(wt)海綿鋯100kg， 二氧化鋯0. 81kg，按照實施例1 的步驟可制得鋯錠，鋯錠頭部和底部氧含量化學分析結果為0.29%、 0.30%。 實施例3
準確稱取所需的海綿鋯和鋯錫鐵鉻鎳中間合金共100kg，其綜合氧含量 0. 08%(wt)，需配入的二氧化鋯0. 155kg，按照實施例1的步驟可制得Zr-2合金 錠，鋯錠頭部和底部氧含量化學分析結果為0.13%、 0.135%。
實施例4
準確稱取所需的海綿鋯和鋯鈮中間合金共100kg，其綜合氧含量 0. 076%(wt)，需配入的二氧化鋯0. 17kg，按照實施例1的步驟可制得Zr-2. 5Nb 合金錠，鋯錠頭部和底部氧含量化學分析結果為0.12%、 0.13%。
權利要求
1.一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其特征在于鋯及鋯合金冶煉中添加二氧化鋯，控制鋯及鋯合金中氧元素的重量含量為0.08％～0.3％。
2. 根據權利要求1所述的一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其鋯及鋯 合金制備步驟包括將制備鋯及鋯合金的海綿鋯及中間合金原料壓制成電極塊， 將電極塊焊接成電極，進行真空電弧爐熔煉成鑄錠過程，其特征在于其過程還 包括將制備鋯及鋯合金的海綿鋯及中間合金原料進行含氧量分析，按設計合金 所需要的氧成分配入二氧化鋯粉。
3. 根據權利要求1所述的一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，其特征在 于所述制備鋯及鋯合金的海綿鋯及中間合金原料中添加的二氧化鋯，其粒度《 0. 5mm。
全文摘要
一種提高鋯及鋯合金抗拉強度的方法，涉及一種鋯及鋯合金的制備方法，用于核電、冶金、石油化工等領域用鋯及鋯合金的制備過程。其特征在于鋯及鋯合金冶煉中添加二氧化鋯，控制鋯及鋯合金中氧元素的重量含量為0.08％～0.3％。本發明的方法，從控制鋯及鋯合金材的氧含量入手，鋯及鋯合金錠熔煉過程中添加二氧化鋯，通過控制其加入量以控制鋯及鋯合金氧含量，生產的鋯錠氧元素分布均勻，無夾雜等冶金缺陷。本發明具有操作簡便、控制準確、穩定等顯著優點，解決了氧元素在鋯錠冶煉中的添加問題，生產的鋯及鋯合金材不影響鋯材料耐蝕性等性能的前提下，有效提高了其抗拉強度等常規性能，可以滿足工業領域鋯材的使用需要。
文檔編號C22C1/02GK101492778SQ200910079408
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者任春艷, 何育興, 馮軍寧, 健 張, 李獻軍, 王永強, 賈栓孝, 峰 陳, 陳戰乾 申請人:寶雞鈦業股份有限公司