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加工管棒用的鑄錠以海綿鋯為原料

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，并應嚴格限制Hf、B、Cd、U等20多種雜質元素的含量。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進行兩次熔煉，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該大體上均勻混合。壓制的電極應有適當的致密度。二次熔煉所得的錠子，表里各處的化學成分都應在規定的范圍之內。 熔鑄鋯錫合金時，為了避免低熔點合金元素(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。當代熔鑄技術的進步已能生產超過1t重的均質大錠。 鋯及其合金感應熔煉鑄造技術已開始步入實用化階段。此法的技術困難是克服坩堝材質對鋯的污染，解決辦法有：采用復合涂層坩堝或冷坩堝感應熔煉以及采用凝殼鑄造等工藝措施。例如，脈沖反應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。當用燃油爐和煤氣爐加熱時，加熱應在中性或微氧化性氣氛下進行，避免火焰直射錠表面。大變形量的鍛造在β相(體心立方)進行，精鍛在α相(密集六方)的高溫區進行。鍛造設備選用空氣錘、蒸汽錘、油壓機均可。 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。 一般用錐形模擠壓，以保證擠出件的銅包皮連續與完整。擠前加熱的溫度上限是包套材質與鋯可能產生共晶物質的最低溫度(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低于885℃。進行高溫無包套擠壓時，可用玻璃浴爐或鹽浴爐加熱光錠。 管棒材成品用冷軋、旋轉鍛造、旋壓、拉拔等冷加工方法生產。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，對拉拔坯料要進行表面磷化或氧化處理。為了得到理想的表面質量，管材一般不用拉拔而用冷軋法生產。 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組軋制。歐美各國多用二輥式冷軋管機生產鋯合金管。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，而且擠制的棒坯再經冷旋轉鍛造制得。端塞的直徑與包殼管的外徑相同，棒材成品規格應留有端塞機加工的裕量。 半成品管末次中間退火之后的終軋應以減壁為主，終軋減壁率與減徑率的比值(Q)必須大于1。對于Q>1的管子在織構分析時看到，金屬晶體六方點陣的C軸幾乎平行于管子直徑。 這種成品管子在反應堆內工作吸氫以后，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格前軋管的Q值應≥2～3。

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