专利摘要

本发明公开一种Zr‑Co‑Nb‑Al高温合金。该合金包括Zr、Co、Nb和Al四种元素，Co元素的质量百分比为35.00~36.00%；Nb元素的质量百分比为3.00~5.00%Al元素的质量百分比为1.00~2.00%；Zr元素的质量百分比为余量。该合金的制备过程包括配料、真空电弧熔炼和热轧三个步骤。该合金室温极限压缩强度、压缩屈服强度和压缩应变分别为≥986MPa、≥553MPa和≥35%；300℃和500℃温度下，其极限压缩强度分别为≥933MPa和≥728MPa，压缩屈服强度分别为≥392MPa和≥351MPa，压缩应变分别为≥43%和≥59%。本发明的Zr‑Co‑Nb‑Al合金具有优异的室温和高温力学性能，且制备工艺简便，在核反应堆堆芯包壳材料等高温高压领域具有广泛应用前景。

权利要求

1.一种Zr-Co-Nb-Al高温合金，其特征在于：该合金包括Zr、Co、Nb和Al四种元素，Co元素的质量百分比为35.00~36.00%；Nb元素的质量百分比为3.00~5.00%； Al元素的质量百分比为1.00~2.00%；Zr元素的质量百分比为余量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种Zr-Co-Nb-Al高温合金，属于合金涉及技术领域。

背景技术

水冷核反应堆的堆芯结构材料（燃料包壳、压力管、支架和孔道管）工作环境较为恶劣：首先是相对较高的工作温度，在有冷却剂的条件下运行温度依然可以达到360℃；其次是高的工作应力，特别是压力管将承受大的应力；再次是氧化和腐蚀等化学作用。因此，堆芯结构材料需要具备以下综合性能：（1）较高的热稳定性，即高温下的抗腐蚀能力；（2）高的热强度；（3）低的热原子中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性；（4）良好的工艺性能。

锆基合金在高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、低的原子热中子吸收截面（锆为0.18靶恩），对核燃料有良好的相容性，是水冷核反应堆的堆芯常用结构材料。

但是，随着核能技术的快速发展，核反应堆对堆芯结构材料提出了更高的安全性和经济性要求，包括长寿命、高燃耗、零破损等指标要求。为适应核能技术对高性能堆芯结构材料的需求，科研工作者开展了大量的研究工作，一方面继续改善传统Zr-4锆合金的综合性能，另一方面开发出了ZIRL0、E635、M5和X5A等性能更好的新型锆合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Zr-Co-Nb-Al高温合金，该合金包括Zr、Co、Nb和Al四种元素，Co元素的质量百分比为35.00~36.00%；Nb元素的质量百分比为3.00~5.00%Al元素的质量百分比为1.00~2.00%；Zr元素的质量百分比为余量。

本发明所述Zr-Co-Nb-Al高温合金按常规方法制备得到，具体包括配料、真空电弧熔炼和热轧三个步骤：（1）按各元素的质量百分比配置合金原料；（2）将配置的合金原料在真空电弧炉中（真空度 ≥ 0.1Pa，温度 ≥ 2000℃）反复熔炼4-5次，获得成分均匀的合金铸锭；（3）将合金铸锭加热至800℃后进行累计压下量为40-60%的热轧，获得合金板材。

本发明所述Zr-Co-Nb-Al高温合金在核反应堆的堆芯结构材料等领域具有广泛应用前景，能够满足堆芯结构材料在其工作环境下的使用要求。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述Zr-Co-Nb-Al高温合金成分简单，原料丰富，用途广泛、制备工艺简单，易于批量生产，成本较为低廉。

（2）本发明所述Zr-Co-Nb-Al高温合金的室温极限压缩强度、压缩屈服强度和压缩应变分别为 ≥ 986MPa、 ≥ 553MPa和 ≥ 35%；300℃和500℃温度下，其极限压缩强度分别为 ≥ 933MPa和 ≥ 728MPa，压缩屈服强度分别为 ≥ 392MPa和 ≥ 351MPa，压缩应变分别为 ≥ 43%和 ≥ 59%。

附图说明

图1为本发明实施例2获得的Zr59Co35.5Nb4Al1.5合金在室温、300℃和500℃压缩的工程应力-应变曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

按Zr、Co、Nb、Al元素质量百分比分别为61.00%、35.00%、3.00%和1.00%的比例配置合金原料100g，在真空度高于0.1Pa的电弧炉中反复熔炼5次，然后在800℃的温度下进行压下量为50%的热轧，获得厚度为3.5 mm的Zr61Co35Nb3Al1合金板材。取样后在不同温度下以5×10-4 s-1应变速率进行压缩力学性能检测，其压缩工程应力-应变曲线和力学性能分别如图1和表1所示。

实施例2

按Zr、Co、Nb、Al元素质量百分比分别为59.00%、35.50%、4.00%和1.50%的比例配置合金原料100g，在真空度高于0.1Pa的电弧炉中反复熔炼5次，然后在800℃的温度下进行压下量为50%的热轧，获得厚度为3.5 mm的Zr59Co35.5Nb4Al1.5合金板材。取样后在不同温度下以5×10-4 s-1应变速率进行压缩力学性能检测，其压缩工程应力-应变曲线和力学性能分别如图1和表1所示。

实施例3

按Zr、Co、Nb、Al元素质量百分比分别为57.00%、36.00%、5.00%和2.00%的比例配置合金原料100g，在真空度高于0.1Pa的电弧炉中反复熔炼5次，然后在800℃的温度下进行压下量为50%的热轧，获得厚度为3.5 mm的Zr57Co36Nb5Al2合金板材。取样后在不同温度下以5×10-4 s-1应变速率进行压缩力学性能检测，其压缩工程应力-应变曲线和力学性能分别如图1和表1所示。

表1 Zr-Co-Nb-Al高温合金的不同温度压缩力学性能检测数据

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一种Zr-Co-Nb-Al高温合金专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。