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寶雞博科金屬制品有限公司
主營產(chǎn)品: 有色金屬制品
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博科金屬供應(yīng)702高純鋯棒耐腐蝕鋯合金板格齊全定制加工
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商品參數(shù)
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商品介紹
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品牌 博科金屬
材質(zhì) 鋯棒
分類 鋯
規(guī)格 按照客戶需求定制
產(chǎn)地 寶雞
含量 99.6
雜質(zhì) 0.01
可售地 全國
產(chǎn)品特性 耐高溫腐蝕
加工 按圖加工
商品介紹
博科金屬供應(yīng)702高純鋯棒耐腐蝕鋯合金板格齊全定制加工
鋯管棒,是利用鋯和其他金屬制得的合金管形材料。由于鋯的核性能和耐腐蝕性能優(yōu)良,鋯合金管棒常常用于水冷反應(yīng)堆的核燃料組件及堆內(nèi)結(jié)構(gòu),是重要的核材料。純鋯管棒主要用來制造化工設(shè)備,因?yàn)閮r(jià)格昂貴用量還不多。常用的鋯管棒的化學(xué)成分及其用途見表,其中鋯錫合金管棒的用量較多。
工藝特點(diǎn)
(1)鋯和氣體的親和力很強(qiáng),它與氧、氫、氮分別在約200、300和400℃開始反應(yīng),較高的溫度下反應(yīng)迅速,因而熔鑄、熱處理都要在真空爐內(nèi)進(jìn)行。在大氣中進(jìn)行熱加工時,應(yīng)采取妥善的保護(hù)措施,并且縮短高溫下的操作時間。
(2)鋯與模具的摩擦系數(shù)較高,容易粘附于模具表面;塑性變形的熱效應(yīng)顯著,加工時要求有良好的潤滑條件。
(3)加工規(guī)范對產(chǎn)品的使用性能具有較敏感的影響。尤應(yīng)注意控制成品前的冷加工和熱處理工藝,以滿足使用要求。
(4)管棒材的尺寸精度和表面質(zhì)量要求很高。所以,工藝裝備應(yīng)有良好的精度,工模具設(shè)計(jì)和制作應(yīng)先進(jìn)合理。
熔鑄
加工管棒用的鑄錠以海綿鋯為原料。核動力工程用材料的錠子,要以核級海綿鋯為原料,并應(yīng)嚴(yán)格限制Hf、B、Cd、U等20多種雜質(zhì)元素的含量。合金元素可以以高純金屬或母合金等形式加入。
海綿鋯和合金元素一起被壓制成棒狀電極,在真空自耗電極電弧爐內(nèi)進(jìn)行兩次熔煉,可獲得組織致密、成分均勻的鑄錠。壓制棒狀電極之前,海綿鋯與合金元素應(yīng)該大體上均勻混合。壓制的電極應(yīng)有適當(dāng)?shù)闹旅芏?。二次熔煉所得的錠子,表里各處的化學(xué)成分都應(yīng)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
熔鑄鋯錫合金時,為了避免低熔點(diǎn)合金元素(Sn)在第一次熔煉時可能超前流淌,合金元素以母合金的形式加入,比以純金屬加入更有利于錠的成分均勻。熔鑄鋯錫合金用的是Zr—Sn—Cr—Fe或Zr—Sn—Cr—Fe—Ni母合金。熔煉鋯鈮合金錠時,合金元素以Zr—Nb母合金的形式加入,比以純鈮加入較容易避免難熔元素(Nb)的偏析。
母合金通常用真空非白耗電極電弧爐煉制。真空自耗熔煉法制備的鋯合金錠一般重約幾百公斤,它的成分均勻性容易控制,也適合塑性加工的需要。當(dāng)代熔鑄技術(shù)的進(jìn)步已能生產(chǎn)超過1t重的均質(zhì)大錠。
鋯及其合金感應(yīng)熔煉鑄造技術(shù)已開始步入實(shí)用化階段。此法的技術(shù)困難是克服坩堝材質(zhì)對鋯的污染,解決辦法有:采用復(fù)合涂層坩堝或冷坩堝感應(yīng)熔煉以及采用凝殼鑄造等工藝措施。例如,脈沖反應(yīng)堆用的鋯鈾合金棒既可用2~3次真空自耗熔煉鑄錠再擠壓的方法制取,也可采用真空中頻感應(yīng)爐直接鑄棒。
塑性加工鋯合金管棒的毛坯用熱鍛、熱擠壓等方法制備,熱加工塑性良好,變形抗力不很高。
光錠鍛造前用箱式電爐加熱。為了減少高溫氧化,錠子可用玻璃涂層保護(hù)。當(dāng)用燃油爐和煤氣爐加熱時,加熱應(yīng)在中性或微氧化性氣氛下進(jìn)行,避免火焰直射錠表面。大變形量的鍛造在β相(體心立方)進(jìn)行,精鍛在α相(密集六方)的高溫區(qū)進(jìn)行。鍛造設(shè)備選用空氣錘、蒸汽錘、油壓機(jī)均可。
管坯和棒坯采用包套擠壓法制取。常用紫銅做包套,以起改善潤滑和避免鋯高溫氧化的作用。鑄錠和鍛件都可以做擠壓坯。用箱式爐或工頻爐加熱,加熱溫度控制在α相的偏中高溫度區(qū)。
一般用錐形模擠壓,以保證擠出件的銅包皮連續(xù)與完整。擠前加熱的溫度上限是包套材質(zhì)與鋯可能產(chǎn)生共晶物質(zhì)的最低溫度(查Cu—Zr二元相圖可知),以免惡化擠出件表面。例如,包銅套擠壓鋯及其合金時加熱溫度應(yīng)低于885℃。進(jìn)行高溫?zé)o包套擠壓時,可用玻璃浴爐或鹽浴爐加熱光錠。
管棒材成品用冷軋、旋轉(zhuǎn)鍛造、旋壓、拉拔等冷加工方法生產(chǎn)。鋯及其合金冷加工時的塑性良好,變形抗力中等,冷加工性能近似低碳鋼,但是難于潤滑而容易粘模,對拉拔坯料要進(jìn)行表面磷化或氧化處理。為了得到理想的表面質(zhì)量,管材一般不用拉拔而用冷軋法生產(chǎn)。
對于核燃料元件的包殼管,用量多要求高,可用二輥或多輥式冷軋管機(jī)組軋制。歐美各國多用二輥式冷軋管機(jī)生產(chǎn)鋯合金管。壓水堆用鋯合金包殼管的尺寸范圍是聲φ6~15mm×0.4~0.7mm。做燃料元件端塞的棒材通常也不用冷拔法生產(chǎn),而且擠制的棒坯再經(jīng)冷旋轉(zhuǎn)鍛造制得。端塞的直徑與包殼管的外徑相同,棒材成品規(guī)格應(yīng)留有端塞機(jī)加工的裕量。
半成品管末次中間退火之后的終軋應(yīng)以減壁為主,終軋減壁率與減徑率的比值(Q)必須大于1。對于Q>1的管子在織構(gòu)分析時看到,金屬晶體六方點(diǎn)陣的C軸幾乎平行于管子直徑。
這種成品管子在反應(yīng)堆內(nèi)工作吸氫以后,取樣做橫截面金相分析時,可以看到氫化物的分布位向大體上呈切向。氫化物的這種切向分析有利于管子抗裂。而Q<1的管子,氫化物則近乎徑向分布。因此,管子末次中問退火后到成品規(guī)格前軋管的Q值應(yīng)≥2~3。
熱處理
在真空度1×10-2~1×10-3 Pa的真空爐內(nèi)進(jìn)行。有保護(hù)涂層或包皮完整的厚尺寸工件才允許在大氣中快速熱處理。鋯錫合金管棒的中間退火溫度約700℃,再結(jié)晶大約始于500℃,于600℃時晶粒明顯變粗。成品管材的消除應(yīng)力退火為450~500℃,成品管材的再結(jié)晶退火為530~600℃。
把鋯錫合金的最后一次中間退火改為加熱到β相或α相高溫區(qū)急冷,再經(jīng)最終冷加工和成品熱處理得到的成品管材,抗腐蝕性能更優(yōu),其原因可能是成品管金相組織中的第二相細(xì)小彌散分布,并且增加了合金元素在α—Zr基體中的固溶含量。反應(yīng)堆的運(yùn)行情況表明,進(jìn)行過上述熱處理的鋯錫合金管,作為核燃料元件的包殼管,可以緩和燃料包殼在反應(yīng)堆運(yùn)行中產(chǎn)生癤狀腐蝕的性狀。但是,因?yàn)楣茏哟慊馉t制造的困難和管子淬火后表面清潔處理的困難,半成品管子淬火在工業(yè)上不易實(shí)施,所以生產(chǎn)者往往只在鍛后或擠壓前,把塊狀坯料進(jìn)行β相或α相高溫區(qū)加熱急冷處理,雖然這樣處理的效果稍差,但仍可優(yōu)化耐腐蝕性能。
鋯鈮合金是熱處理強(qiáng)化合金,進(jìn)行淬火—冷加工時效處理也可提高耐腐蝕性能。
產(chǎn)品性能檢驗(yàn) 核用管棒材出廠前要考核化學(xué)成分、腐蝕性能、力學(xué)性能、表面質(zhì)量、氫化物取向、金相組織、尺寸偏差、無損探傷等項(xiàng)指標(biāo),管棒材的化學(xué)成分、腐蝕性能的指標(biāo)都相同,力學(xué)性能指標(biāo)相近。鋯材的熱中子俘截面很小,是優(yōu)良的核物理特性之一,由材質(zhì)的化學(xué)成分予以。鋯錫合金管棒的熱中子俘截面不大于0.24b,純鋯管棒的不大于0.18b。此外,抗輻照生長的能力較優(yōu),是鋯材的又一核物理特性,它除了與反應(yīng)堆工況有關(guān)之外,還與鋯材的冷加工量及晶體織構(gòu)有關(guān)。
鋯錫合金管棒出廠前應(yīng)取樣,在400℃、10.3MPa水蒸氣中進(jìn)行3天或14天的腐蝕試驗(yàn),并測出3天的增重應(yīng)小于22mg/dm2,14天增重應(yīng)小于38mg/dm2,表面生成黑亮色的保護(hù)膜。出廠的再結(jié)晶態(tài)鋯錫合金管材的力學(xué)性能是:室溫強(qiáng)度極限≥413MPa,屈服強(qiáng)度≥241MPa,延伸率≥20%,高溫強(qiáng)度及應(yīng)力態(tài)管材的力學(xué)性能指標(biāo)則由供需方協(xié)商規(guī)定。鋯鈮合金管棒雖比鋯錫合金管棒的腐蝕增重量略大一些,而強(qiáng)度則較高些,也是壓水型核反應(yīng)堆使用的理想材料。
試驗(yàn)得知,鋯及鋯錫合金、鋯鈮合金在腐蝕試驗(yàn)之后的樣品增重量通??捎媒?jīng)驗(yàn)式來描述:Δm=Ktn,或lgΔm=K+nlgt,式中的Δm表示增重(mg/dm2);t表示實(shí)驗(yàn)時間,K和n為特定系數(shù)。
鋯和鋯合金塑性好,可制成管材、板材、棒材和絲材,其中管材為主要產(chǎn)品。鋯和鋯合金的加工工藝取決于鋯的基本性質(zhì)和核反應(yīng)堆對鋯構(gòu)件的特殊要求。鋯的基本性質(zhì)是:易被氧、氮、氫等污染,易粘模具,有同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變。核反應(yīng)堆對鋯構(gòu)件的要求是尺寸精度高,顯微組織要求嚴(yán)格,性能穩(wěn)定。使用的無縫鋯管加工的主要工序?yàn)椋号渲谱院碾姌O、熔鑄、鍛造、熱擠(管坯)、冷加工、精整。
真空自耗電弧熔煉法是鋯和鋯合金工業(yè)生產(chǎn)的普遍的方法。采用正確的加入合金元素的方法,合適的新舊料搭配比例和合理的熔鑄制度,才能得到高質(zhì)量的鑄錠。
鑄錠開坯一般在β相區(qū)進(jìn)行,這既有利于變形,又減少了合金元素的偏聚。二次鍛造溫度比開坯溫度低,純鋯和Zr-2合金在α 相區(qū)的高溫區(qū)進(jìn)行鍛造,Zr-2.5Nb在(α+β)相區(qū)進(jìn)行鍛造。終鍛溫度不得低于700℃。熱軋溫度和二次鍛造溫度相近,擠壓溫度更低一些。為防止氧化和粘模,坯料在擠壓前要包銅,或加玻璃涂層。純鋯在液氮溫度下仍有良好塑性。室溫軋板時兩次退火間的冷加工量可達(dá)40%或更高。成品前的冷加工制度,對鋯錫合金管材的質(zhì)量和性能有重要影響。為獲得綜合性能好的管材,成品前冷軋的總壓縮率應(yīng)達(dá)50%以上。
常溫下呈密排六方結(jié)構(gòu)的α-Zr在冷變形加工中易形成織構(gòu)。鋯管的織構(gòu)對其強(qiáng)度、蠕變性能、氫化物取向、輻照生長等有重要影響。反應(yīng)堆中使用的Zr-4合金包殼管,通常要求近徑向基極織構(gòu)(即六方點(diǎn)陣的C軸基本上平行于管子的直徑)。一般最終冷加工工序的壁厚減薄率與直徑收縮率之比大于 1時易得到這種織構(gòu)取向。而在Zr-2.5Nb壓力管的生產(chǎn)中是通過控制擠壓工藝參數(shù)和擠壓坯組織以控制織構(gòu)的。Zr-2.5Nb合金中片狀氫化物呈隨意取向,控制壓力管加工藝,則可使片狀氫化物呈切向分布,獲得所需的織構(gòu)。冷加工材經(jīng)再結(jié)晶退火(約650℃)后織構(gòu)發(fā)生變化,氫化物取向也變得混亂(見擇優(yōu)取向)。 冷加工材的退火必須在真空爐中進(jìn)行,真空度應(yīng)高于10-4托。中間退火溫度約700℃。成品退火根據(jù)性能要求確定。對燃料包殼管的表面要求很嚴(yán)格,一般需酸洗。酸洗液是氫氟 酸和硝酸的水溶液。酸洗后一定要徹底除去制件表面的氟離子,否則會降低材料的耐蝕性能。成品管必須矯直。如果矯直工藝不合適,將會造成力學(xué)性能不均勻、爆破延性低和氫化物取向不利。
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