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熔炼工艺对锆合金铸锭的影响.pdf

第46卷  第1期 有色金属加工 Vol.46  No.1     2017年2月 NONFERROUS METALS PROCESSING February2017 熔炼工艺对锆合金铸锭的影响 肖  颖,严宝辉 (西部新锆核材料科技有限公司,陕西 西安710299) 摘  要:采用A、B、C三种熔炼工艺制备出3个同规格Zr-4合金铸锭,对其表面质量和化学成分进行了比对分析,重点 研究了熔炼工艺对铸锭质量的影响。 结果表明,采用常规Zr-4铸锭生产工艺,选择B熔炼工艺可以制备出表面质量良 好,化学成分均匀,杂质元素低的高质量铸锭。 关键词:Zr-4铸锭;熔炼工艺;均匀性控制;表面质量 + 中图分类号:TG146.4 14         文献标识码:A        文章编号:1671-6795(2017)01-0014-03     锆合金优异的核性能在于其热中子吸收截面只 接及HT-1000 型真空自耗电弧炉的自动化程序熔炼 -28 2 [1] 有0.18×10 m ,是核电站中不可缺少的材料 ,随 等工序,采用 3 种不同的熔炼工艺制备出 3 个 着核电产业的开发,锆工业必然迅速发展。 由于中子 Φ450mm规格Zr-4合金铸锭。 重点分析熔炼工艺对 经济性的原因,极大推动了锆合金的研究与发展;用 铸锭的影响,通过对铸锭成分、表面质量、内部冶金缺 锆合金代替不锈钢作为核反应堆的结构材料,可以节 陷进行研究,发现选择更为恰当的熔炼工艺,可以制 省铀燃料一半左右;锆合金在300℃ ~400℃高温高压 备出表面质量良好,化学成分均匀,杂质元素低的高 水蒸汽中有很好的抗腐蚀性能,在堆内有相当好的抗 质量铸锭。 中子辐照性能;锆合金还具有适中的力学性能、良好 1  试验方法 的加工性能以及和铀燃料良好的相容性。 因而,锆合 金成为一种重要的战略材料,被誉为“原子时代的第 试验采用核级海绵锆为原料,配以相应的中间合 [2] 一金属” 。 金,按照图1的工艺流程生产出3个 Φ450mm ×Lmm 锆合金主要应用于核燃料的包壳材料、压力管、 的Zr-4合金铸锭。 铸锭编号分别为1#、2#、3#,对应 活性区支撑部件和核燃料芯体等。 目前,国内工业化 A、B、C三种熔炼工艺。 熔炼过程分为起弧阶段、熔炼 批量生产的锆及锆合金材料普遍存在批次间质量不 稳定阶段及补缩阶段,起弧电流均为2kA ~4kA,补缩 稳定的问题,其追本溯源与锆铸锭化学成分均匀性、 终止电流为2.5 kA ~3.5kA。 主要区别在于,在熔炼 内部冶金组织存在极大关系,因此制备出高质量的锆 稳定阶段,电流 A 最大,电流 B、C 依次递减 1kA ~ 合金铸锭是提高后续产品质量的必然要求。 本文通 2kA;与熔炼电流对应的分别为a、b、c三种熔炼电压, 过选择优质的核级海绵锆及合适的合金添加剂,对海 其中电压a最大,电压b、c依次递减2~3V。 绵锆进行人工挑料、磁选、布料、电极压制、等离子焊 图1  Zr-4铸锭的制备工艺流程 Fig.1  Processflow chart of Zr-4 i

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