專利名稱：一種核反應堆用鋯合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋯合金材料領域，尤其是涉及一種能用作輕水核電廠核反應堆堆芯中的燃料棒包殼材料的耐腐蝕鋯合金。
背景技術：
鋯的熱中子吸收截面非常小，并具有良好的耐高溫水腐蝕性能和力學性能，因此在水冷核反應堆中鋯合金被廣泛用作燃料棒的包殼材料和核反應堆芯的結構元件。隨著核動力反應堆技術朝著提高燃料燃耗和降低燃料循環成本、提高反應堆熱效率、提高安全可靠性的方向發展，對關鍵核心部件燃料元件包殼材料鋯合金的抗腐蝕性能、吸氫性能、力學性能及輻照尺寸穩定性等性能提出了更高的要求。燃料元件在服役條件(輻照、高溫、高壓及復雜的應力)下，要發生蠕變和疲勞。蠕變性能是鋯合金在水冷動力堆中工作時要考慮的重要問題之一，國內外對鋯合金的蠕變進行了大量的研究。在上世紀60年代早期開發出的鋯合金如合金，其在反應堆工作溫度下具有優異的機械強度、抗蠕變性、熱傳導性和低的中子吸收截面，并且廣泛地使用至今。由于常規系的合金所能滿足的核電站燃料的燃耗設計值通常為33GWd/tU，因此，為了滿足高燃耗及長壽命堆芯的要求，一方面，從20世紀70年代以來許多國家都開展了改善合金的腐蝕性研究，另一方面研究性能更好的新型鋯合金，新型鋯合金的開發傾向于減少或消除錫(Sn)的含量，其中最突出的成果是發展了低錫合金，或稱之為優化合金，設計燃耗可達45GWd/tU。中國發明專利申請200810084446. 1公開了用于核反應堆的鋯基合金，其中公開了一種合金組份如下Sn 0. 65% 1. 2% ；Nb 0. 2% 0. 45%、Fe 0. 2% 0. 4%、Cr 0. 01% 0. 2%、0 0. 06% 0. 15%, V 0. 002% 0. 2%, C 0. 012 0. 015%, NO. 006% 0. 008% 以及余量為Zr。該鋯合金具有優良的耐均勻和癤狀腐蝕性能，具有較高的抗蠕變和疲勞性，具有抗輻照生長性能。該合金雖然具有上述的優點，但是錫含量仍然較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種錫含量更低的核反應堆包殼材料用低錫鋯合金，其具有優良的抗腐蝕性和良好的力學性能。為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是
一種核反應堆用鋯合金，以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成 Nb 0. 2% 0. 4%、Sn 0. 4% 0. 6%、Fe 0. 3% 0. 5%、Cr 0. 2% 0. 3%、V 0. 1% 0. 3%、0 600 1200ppm、C ^ IOOppm, N ^ 80ppm 以及 ^ 余量，其中，Nb 與！^e 的重量比；^ 1，Fe 與 Cr的重量比為1.4 1.6:1。根據本發明的進一步方案所述鋯合金中，Nb、Sn、Fe、Cr、V的含量總和不超過1. 5%。優選地鋯合金組成為按重量份計，Nb 0. 3%、Sn 0. 5%、Fe 0. 35%、Cr 0. 25%、V 0. 1% 0. 15%、0 600 1200ppm、C ( lOOppm、N ( 80ppm 以及 Zr 余量。上述合金配方中，C和N為從原料中帶來的不可避免的雜質，本領域的一般技術人員應當了解，上述合金配方中可能還包括的一些從原料中帶來的其它不可避免的雜質成分，這些雜質成分以不可避免的量存在時不會對本發明鋯合金造成不利影響。本發明與現有技術相比具有以下優點本發明對已有鋯合金配方進行優化設計， 使得在Sn含量較小時，仍然具有優異的抗腐蝕性和良好的力學性能。
具體實施例方式
權利要求
1.一種核反應堆用鋯合金，其特征在于以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成:Nb 0. 2% 0. 4%、Sn 0. 4% 0. 6%、Fe 0. 3% 0. 5%、Cr 0. 2% 0. 3%、V 0. 1% 0. 3%、0 600 1200ppm、C ( 100ppm、N ( 80ppm 以及 Zr 余量，其中，Nb 與 Fe 的重量比彡1，Fe與Cr的重量比為1.4 1.6:1。
2.根據權利要求1所述的核反應堆用鋯合金，其特征在于所述鋯合金中，Nb、Sn、!^、 Cr、V的含量總和不超過1. 5%。
3.根據權利要求1所述的核反應堆用鋯合金，其特征在于按重量份計，所述鋯合金的組成為:Nb 0. 3%、Sn 0. 5%、Fe 0. 35%、Cr 0. 25%、V 0. 1 0. 15%、0 600 1200ppm、 C ^ lOOppm、N ^ 80ppm 以及 Zr 余量。
全文摘要
本發明公開了一種核反應堆用鋯合金，以所述鋯合金的總重量為基準，所述鋯合金由如下組分組成Nb 0.2%～0.4%、Sn 0.4%～0.6%、Fe 0.3%～0.5%、Cr 0.2%～0.3%、V 0.1%～0.3%、O 600～1200ppm、C≤100ppm、N≤80ppm以及Zr余量，其中，Nb與Fe的重量比≤1，Fe與Cr的重量比為1.4～1.6∶1。本發明對已有鋯合金配方進行優化設計，使得在Sn含量較小時，仍然具有優異的抗腐蝕性和良好的力學性能。
文檔編號C22C16/00GK102220521SQ20111014767
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者張晏瑋, 王榮山, 王錦紅, 翁立奎, 耿建橋 申請人:中國廣東核電集團有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司