锆合金因具有热中子吸收截面小，，，，，在高温高压下具有优异的力学性能和抗侵蚀性能，，，，，并与核燃料UO₂具有相容性，，，，，通常被用作反应堆内包壳质料和堆芯结构质料[1]。。。。。。。。锆合金管材的生产方法一样平常是接纳热挤压要领生产管坯，，，，，然后通过多道次冷轧生产出所需要规格的制品管材。。。。。。。。现在核电、化工等行业用锆合金管材外径通常≤25mm，，，，，而关于大规格、薄壁的锆合金管材生产与研究，，，，，海内外少有研究报道。。。。。。。。大规格薄壁管的生产难度大，，，，，保存外径尺寸控制难，，，，，椭圆度、直线度差等问题[2-3]。。。。。。。。本文研究的锆合金管材外径达φ126mm,壁厚仅有3mm，，，，，外径与壁厚之比值大于30,达42,属于超大规格薄壁管[3]。。。。。。。。

外径大、壁厚薄的管材轧制尺寸控制难度大，，，，，轧制管材端部易开裂。。。。。。。。辊式矫直时，，，，，薄壁管易胀径、压塌、且矫直难题。。。。。。。。故需开展此类产品的工艺手艺研究，，，，，买通要害手艺环节，，，，，旨在研究出超大规格锆合金薄壁无缝管的生产工艺手艺。。。。。。。。

1、试验质料与要领

1.1试验质料和加工工艺

试验质料为三次真空自耗电弧炉熔炼的Zr-4合金铸锭，，，，，直径φ760mm。。。。。。。。铸锭经由多火次自由铸造，，，，，总变形量为83%，，，，，然后经由β淬火、机加获得小280mm挤压锭坯。。。。。。。。其主要合金元素的化学因素见表1。。。。。。。。

本试验锭坯挤压接纳50MN挤压机，，，，，挤压润滑使用铜包套的方法举行。。。。。。。。挤压锭坯接纳电阻炉加热，，，，，加热制度：750℃/(2~2.5)h，，，，，挤压比7.9，，，，，挤压后的管坯为φ155mm。。。。。。。。挤压管坯首道次轧制接纳两辊皮尔格(Pilger)轧机，，，，，轧制变形量45%,相对减壁量与相对减径量的比值((Q值)为2.3。。。。。。。。本试验制品轧制接纳三辊Pilger冷轧管机，，，，，轧前直径φ154mm，，，，，制品轧制变形量41%,值为6.5，，，，，三辊轧机变形历程中管材所处的应力为三向压应力状态，，，，，有利于金属塑性变形，，，，，并且三辊轧制的制品尺寸精度高，，，，，管材内、外外貌质量好，，，，，壁厚匀称，，，，，直线度好。。。。。。。。本试验接纳六辊可逆矫直机对管材举行矫直，，，，，矫直历程中使用纯弯曲、无压下量的工艺，，，，，矫直后管材直线度知足≤1mm/1000mm的要求。。。。。。。。

1.2试验要领

为了举行力学性能、微观组织、氢化物测试，，，，，对制品φ126mm×3mm管材取样，，，，，取样示意图如图1所示。。。。。。。。其中，，，，，AD、RD和TD划分是管材的轴向、径向和切向。。。。。。。。凭证ASTME8/E8M《金属质料拉伸试验要领》在AG-X100kN型电子万能质料拉伸试验机上开展管材轴向室温拉伸试验，，，，，凭证ASTME21《金属质料高温拉伸试验要领》在WDW-50型微控电子万能试验机上开展管材轴向高温(315℃)拉伸试验。。。。。。。。使用LEICA-DM2500M型金相显微镜视察管材横截面（RD-TD)的晶粒组织、氢化物漫衍，，，，，晶粒度评级凭证ASTME112《测定平均晶粒度的试验要领》，，，，，氢化物取向因子（)凭证ASTMB811《核反应堆燃料包壳用锆合金无缝管》测定；；；；；借助S-3400N型扫描电子显微镜（SEM)的EBSD功效剖析管材的织构取向，，，，，并剖析其织构因子。。。。。。。。

2、试验效果与讨论

2.1尺寸精度及外貌质量

相关有数金属加工文献批注关于加工大规格薄壁管（管材外径与壁厚之比≥30)，，，，，外径与壁厚的比值越大，，，，，生产工艺控制越难题。。。。。。。。本试验锆合金管材外径与壁厚之比为42,若是攻关乐成，，，，，必需精准控制每一历程中心产品尺寸、质量，，，，，避免尺寸超差、直线度差或泛起开裂等问题。。。。。。。。

图2(a)为φ155mm挤压管坯，，，，，从中可以看出，，，，，挤压后管坯内外外貌平滑，，，，，无凹坑、裂纹、皱褶等缺陷，，，，，外貌质量优异，，，，，为后续提供了高质量的坯料。。。。。。。。挤压管坯通过内绞、外车外貌处置惩罚后，，，，，管坯外径公差为±0.8mm,壁厚公差为±0.8mm,尺寸精度高，，，，，外外貌无铜皮、润滑剂、氧化皮等挤压缺陷，，，，，内外貌平滑、无接刀痕、无台坎。。。。。。。。

试验管材首道次乳制接纳LG110两辊皮尔格(Pilger)冷轧机，，，，，乳制历程中充分润滑。。。。。。。。φ126mm×3mm管材制品轧制接纳LD150三辊Pilger冷轧管机，，，，，轧制后管材内、外外貌质量好，，，，，壁厚匀称，，，，，直线度好，，，，，管材照片见图2(b)。。。。。。。。本试验基于包管管材优异直线度的要求，，，，，中心退火、制品退火，，，，，均接纳了卧式炉退火，，，，，退火后管材直线度变差，，，，，由原0.8mm/1000mm酿成1.5mm/1000mm。。。。。。。。管材制品矫直接纳六棍可逆矫直机对管材举行，，，，，矫直历程中使用纯弯曲、无压下量的工艺，，，，，矫直后管材直线度知足≤1mm/1000mm的要求，，，，，外外貌无严重矫直纹、压伤、无划伤，，，，，外貌质量知足手艺要求。。。。。。。。

2.2力学性能

管材经530°C/2.5h再结晶退火后，，，，，取样检测其轴向室温顺高温拉伸性能。。。。。。。。选取多批次（≥5批）试验管材，，，，，每批次随机抽取1支φ126mm×3mm制品管材举行力学性能检测。。。。。。。。

表2为差别批次制品管材多个试样拉伸性能。。。。。。。。由表2看出差别批次制品管材室温、315°C高温的抗拉强度、划定塑性延伸强度/R0.2、断后伸长率数据波动小，，，，，质量稳固。。。。。。。。φ126mm×3mm制品管材室温抗拉强度达545MPa,相对标准误差为0.21%;划定塑性延伸强度R_p0.2抵达398MPa，，，，，相对标准误差为0.50%。。。。。。。。质料室温强度知足核反应堆设计抗拉强度≥450MPa、划定塑性延伸强度≥310MPa的要求[5-7]，，，，，并且质料断后伸长率抵达25.5%，，，，，相对标准误差为1.96%，，，，，批注质料塑韧性较好。。。。。。。。φ126mm×3mm制品管材315°C高温抗拉强度

达266MPa,相对标准误差为0.43%;划定塑性延伸强度抵达163MPa，，，，，相对标准误差为1.06%,质料高温力学性能知足Zr-4合金核反应堆服役设计抗拉强度≥214MPa、划定塑性延伸强度≥120MPa的要求，，，，，质料高温断后伸长率抵达34.3%,相对标准误差为2.22%,批注该质料的高温塑韧性也知足服役要求。。。。。。。。

2.3显微组织与氢化物

图3为小126mm×3mm制品管材横向金相组织。。。。。。。。浚浚浚？梢钥闯，，，，，制品管材组织已再结晶，，，，，晶粒都是六边形等轴晶，，，，，晶粒细小、匀称一致，，，，，凭证ASTME112检测该试验管材晶粒度为11.0级，，，，，等轴晶粒平均直径为7.9μm。。。。。。。。本试验管材金相组织抵达了预期研制目的，，，，，说明该管坯制备工艺合理，，，，，制品退火温度、制乒槔次变形量设计合理。。。。。。。。

管材轧制包括了重大的变形历程，，，，，通过皮尔格周期性变形后，，，，，锆晶体基面倾向于与主要形变偏向平行，，，，，轧制变形时通过控制Q值可以镌汰织构的疏散度。。。。。。。。当接纳以减径为主的管材加工工艺时（Q<1）主要形成[0002]基轴取向切向的织构[8-9]；；；；；当接纳以减壁为主(Q>1)的加工工艺时，，，，，主要形成[0002]基轴取向径向的织构。。。。。。。。本试验接纳以减壁为主的轧管工艺，，，，，首道次轧制Q值为2.3，，，，，制乒槔次轧制Q值达6.5,这样可以使绝大大都晶粒的基极取向为管材径向，，，，，这样在使用历程中形成的氢化物多呈周向漫衍,可以阻止氢脆的爆发。。。。。。。。

图4为φ126mm×3mm制品管材的织构。。。。。。。。接纳EBSD划分丈量制品管材径向RD、切向TD、轴向AD三个偏向的织构因子。。。。。。。。由极图、反极图、折线图可以看出，，，，，制品管材大大都晶粒的取向以径向取向为主，，，，，径向织构因子最大达0.55,这样有利于管材氢化物沿管材周向漫衍。。。。。。。。锆合金在核电站核岛服役历程中，，，，，冷却水中的氧会与锆质料反应，，，，，由此爆发的氢以及由于水化学控制所保存的氢都会在某种水平上被锆合金吸收[10]。。。。。。。。锆合金吸氢后，，，，，恒久在应力作用下可能造成延迟氢脆，，，，，是影响反应堆清静的主要因素之一。。。。。。。。锆合金管中，，，，，切向取向的氢化物与径向基极的织构相对应。。。。。。。。当锆合金管材的[0002]基轴主要取向径向时，，，，，氢化物主要平行于包壳管外貌漫衍。。。。。。。。这种漫衍可避免包壳在使用历程中爆发氢脆。。。。。。。。

由图5(a)看出φ126mm×3mm制品管材氢化物险些呈水平状漫衍。。。。。。。。由图5(b)得知，，，，，其大于即是40°偏向的氢化物取向因子(40°?90°之内的氢化物条数占氢化物总数的比例[11]均小于0.2，，，，，远远小于再结晶退火≤0.5设计要求，，，，，且统一管材横截面内层、中心层、外层差别位置氢化物取向因子差别较小，，，，，取向因子巨细相当。。。。。。。。本试验管材织构因子、氢化物取向抵达了预期的研制目的，，，，，再次验证说明该管坯制备工艺合理，，，，，淬火工艺、挤压工艺、真空退火温度、道次变形量、相对减壁量与相对减径量的比值(Q值)设计合理。。。。。。。。

3、结论

(1)接纳挤压、淬火、两道次轧制、纯弯曲矫直、卧式真空退火工艺生产的φ126mm×3mmZr-4合金管材，，，，，尺寸精度高，，，，，外貌质量、室温顺高温力学性能知足核反应堆设计要求。。。。。。。。

(2)制品管材的显微组织为等轴再结晶组织，，，，，并且细小、匀称一致，，，，，晶粒度为11.0级。。。。。。。。

(3)制品管材的[0002]基轴取向主要呈径向漫衍，，，，，这样可使氢化物取向主要沿包壳管周向漫衍，，，，，可避免包壳管在使用历程中爆发氢脆。。。。。。。。

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