RU2302476C2 - Method of production of zirconium-based alloys - Google Patents
Method of production of zirconium-based alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302476C2 RU2302476C2 RU2005122824/02A RU2005122824A RU2302476C2 RU 2302476 C2 RU2302476 C2 RU 2302476C2 RU 2005122824/02 A RU2005122824/02 A RU 2005122824/02A RU 2005122824 A RU2005122824 A RU 2005122824A RU 2302476 C2 RU2302476 C2 RU 2302476C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- ingot
- briquettes
- remelting
- iodide
- Prior art date
Links
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) iodide Chemical compound [Zr+4].[I-].[I-].[I-].[I-] XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 3
- CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N (2r)-2-[(4-fluorophenoxy)methyl]oxirane Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1OC[C@@H]1OC1 CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N 0.000 claims description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе циркония, и может быть использовано для получения однородных по химическому составу слитков сплавов на основе циркония путем вакуумного дугового переплава (ВДП).The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to methods for producing zirconium-based alloys, and can be used to obtain zirconium-based alloys that are homogeneous in chemical composition by vacuum arc remelting (VDP).
Известен способ получения сплавов на основе циркония, который включает прессование из смеси порошка циркония, легирующих элементов и кусочков йодидного циркония полых брикетов, в отверстия которых вставляют штанги оборотного металла, спекание в вакуумной печи собранных таким образом заготовок. Из полученных заготовок, йодидных прутков и циркониевой проволоки формируют расходуемый электрод и выплавляют слиток многократным вакуумным - дуговым переплавом (Шиков А.К., Никулин А.Д., Никулина А.В., Аржакова В.М., Безумов В.Н., Рождественский В.В., Лосицкий А.Ф., Штуца М.Г., Кузьменко Н.В. Перспектива развития и современное состояние производства циркония, его сплавов и изделий из них / Физика и химия обработки материалов, №1, 2003).A known method of producing alloys based on zirconium, which includes pressing from a mixture of zirconium powder, alloying elements and pieces of iodide zirconium hollow briquettes, into the holes of which are inserted rods of reverse metal, sintering the prefabricated in this way vacuum blanks. From the obtained blanks, iodide rods and zirconium wire, a consumable electrode is formed and the ingot is melted by multiple vacuum - arc remelting (Shikov A.K., Nikulin A.D., Nikulina A.V., Arzhakova V.M., Bezumov V.N. , Rozhdestvensky VV, Lositsky AF, Shtutsa MG, Kuzmenko NV The development perspective and current state of production of zirconium, its alloys and products from them / Physics and Chemistry of Materials Processing, No. 1, 2003) .
Недостатком данного способа является значительная неоднородность по химическому составу в литниковой части слитка второго переплава, связанная с опережающим плавлением порошковой основы сплава и, как следствие, обогащением донной части слитка первого переплава по содержанию легирующих компонентов.The disadvantage of this method is the significant heterogeneity in the chemical composition in the gating part of the ingot of the second remelting associated with the advanced melting of the powder base of the alloy and, as a consequence, the enrichment of the bottom of the ingot of the first remelting in terms of the content of alloying components.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества получаемых сплавов за счет повышения химической однородности слитка.The problem to which the invention is directed is to improve the quality of the resulting alloys by increasing the chemical uniformity of the ingot.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения сплавов на основе циркония, включающем прессование брикетов из смеси цирконийсодержащего материала и легирующих элементов, изготовление из брикетов заготовки, формирование расходуемого электрода из заготовки, йодидных прутков и циркониевой проволоки и выплавки слитка многократным вакуумно-дуговым переплавом, при изготовлении заготовки ту ее часть, которая соответствует донной части слитка первого переплава и/или литниковой части слитка конечного переплава, составляют из обедненных брикетов, в которые каждый из легирующих элементов вводят в количестве:The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing zirconium-based alloys, comprising pressing briquettes from a mixture of zirconium-containing material and alloying elements, making a workpiece from briquettes, forming a consumable electrode from the workpiece, iodide rods and zirconium wire and smelting the ingot with multiple vacuum-arc , in the manufacture of the billet, the part that corresponds to the bottom of the ingot of the first remelting and / or the gating part of the ingot of the final remelting are made up of depleted briquettes into which each of the alloying elements is introduced in an amount of:
C=K1×Cp,C = K 1 × C p ,
где K1 - коэффициент, учитывающий склонность легирующего элемента к ликвации, K1=0,5-1,0;where K 1 - coefficient taking into account the tendency of the alloying element to segregation, K 1 = 0.5-1.0;
Ср - расчетное содержание легирующего элемента в сплаве, причем суммарная масса обедненных брикетов составляет:With p - the estimated content of the alloying element in the alloy, and the total mass of depleted briquettes is:
M=К2×D,M = K 2 × D,
где K2 - коэффициент, учитывающий массу жидкого металла в начальный момент плавки в зависимости от длины наплавленного слитка,where K 2 - coefficient taking into account the mass of liquid metal at the initial moment of melting, depending on the length of the deposited ingot,
К2=0,04÷0,12 кг/мм;K 2 = 0.04 ÷ 0.12 kg / mm;
D - диаметр слитка конечного переплава, мм.D is the diameter of the ingot of the final remelting, mm
В частном варианте выполнения способа смесь цирконийсодержащего материала и легирующих элементов готовят их порционным взвешиванием, а затем - усреднением.In a particular embodiment of the method, a mixture of zirconium-containing material and alloying elements is prepared by portion weighing, and then by averaging.
В качестве цирконийсодержащего материала может быть использован порошок металлического циркония и/или измельченную циркониевая губка, кусочки йодидного циркония и оборотный цирконий в виде стружки.As the zirconium-containing material, metal zirconium powder and / or ground zirconium sponge, pieces of iodide zirconium and reverse zirconium in the form of chips can be used.
В качестве цирконийсодержащего материала может быть использован порошок металлического циркония и/или циркониевая губка, кусочки йодидного циркония, причем брикеты прессуют с центральными отверстиями, в которые при изготовлении заготовки вставляют штангу оборотного циркония.As the zirconium-containing material, metal zirconium powder and / or a zirconium sponge, pieces of zirconium iodide can be used, and the briquettes are pressed with central holes into which a reverse zirconium rod is inserted into the workpiece.
В частном варианте выполнения способа при изготовлении заготовки брикеты соединяют спеканием.In a particular embodiment of the method, briquettes are connected by sintering in the manufacture of a preform.
В частном варианте выполнения способа при изготовлении заготовки брикеты соединяют электронно-лучевой или плазменно-дуговой сваркой.In a particular embodiment of the method, in the manufacture of a preform, the briquettes are connected by electron beam or plasma-arc welding.
Примером осуществления предлагаемого способа является получение двукратным вакуумным дуговым переплавов слитков применяемых в атомной промышленности сплавов Zr-Nb - (0.9-1.2 мас.%) - Fe (0,30-0,47 мас.%) - Sn (1,10-1,42 мас.%) - О (0,05-0,12 мас.%). Для формирования расходуемого электрода первого переплава навески для брикетов, соответствующих донной части слитка первого переплава и литниковой части слитка второго переплава, содержали меньшее количество легирующих элементов, их содержание определяли из соотношения:An example of the implementation of the proposed method is to obtain double vacuum vacuum remelting of ingots used in the nuclear industry alloys Zr-Nb - (0.9-1.2 wt.%) - Fe (0.30-0.47 wt.%) - Sn (1.10-1 , 42 wt.%) - O (0.05-0.12 wt.%). To form a consumable electrode of the first remelting, the samples for briquettes corresponding to the bottom of the ingot of the first remelting and the sprue of the ingot of the second remelting contained a smaller amount of alloying elements, their content was determined from the ratio:
С=К1×Ср,C = K 1 × C p ,
где K1 - коэффициент, учитывающий склонность легирующего элемента к ликвации, K1=0,5-1,0, определяли экспериментально для каждого элемента;where K 1 - coefficient taking into account the tendency of the alloying element to segregation, K 1 = 0.5-1.0, was determined experimentally for each element;
Ср - расчетное содержание легирующего компонента в сплаве,With p - the estimated content of the alloying component in the alloy,
В результате, для обедненных брикетов, формирующих донную часть слитка первого переплава и литниковую часть слитка второго переплава расчетное содержание легирующих элементов составило:As a result, for depleted briquettes forming the bottom of the ingot of the first remelting and the sprue of the ingot of the second remelting, the calculated content of the alloying elements was:
CNb-0,97×CpNb; CSn-0,95×CpSn; CFe-0,94×CpFe; CO-1,0×CpO C Nb -0.97 × C pNb ; C Sn -0.95 × C pSn ; C Fe -0.94 × C pFe ; C O -1.0 × C pO
Суммарная масса обедненных брикетов определялась из соотношения:The total mass of lean briquettes was determined from the ratio:
M=K2×D,M = K 2 × D,
где К2 - коэффициент, учитывающий массу жидкого металла в начальный момент плавки в зависимости от длины наплавленного слитка, К2=0,04÷0,12 кг/мм;where K 2 - coefficient taking into account the mass of liquid metal at the initial moment of melting, depending on the length of the deposited ingot, K 2 = 0.04 ÷ 0.12 kg / mm;
D - диаметр слитка конечного переплава, мм.D is the diameter of the ingot of the final remelting, mm
В приводимом примере для слитка конечного переплава диаметром равным 450 мм и длиной наплавленного слитка 55 мм суммарная масса обедненных брикетов была 41,25 кг.In the given example, for a final remelting ingot with a diameter equal to 450 mm and a deposited ingot length of 55 mm, the total mass of lean briquettes was 41.25 kg.
В отверстия брикетов вставляли штанги оборотного металла, проводили спекание в вакуумной печи, формировали расходуемый электрод из полученной заготовки, йодидных прутков и циркониевой проволоки и выплавляли слиток двукратным вакуумно-дуговым переплавом.The working metal rods were inserted into the briquette holes, sintered in a vacuum furnace, a consumable electrode was formed from the obtained billet, iodide rods and zirconium wire and the ingot was melted by a double vacuum-arc remelting.
От литниковой, средней и донной части полученного слитка отбирали пробы для определения химического состава, результаты которого приведены в таблице 1.Samples were taken from the sprue, middle and bottom parts of the obtained ingot to determine the chemical composition, the results of which are shown in table 1.
Для получения сравнительных данных аналогично исследовали слиток сплава того же состава, полученный по наиболее близкому способу.To obtain comparative data, the ingot of an alloy of the same composition obtained by the closest method was similarly studied.
Сравнение химического состава слитков по предлагаемому и наиболее близкому способам (таблица 1) свидетельствуют о решении поставленной задачи повышения качества сплавов за счет повышения химической однородности слитка.Comparison of the chemical composition of the ingots by the proposed and closest methods (table 1) indicate the solution of the problem of improving the quality of alloys by increasing the chemical uniformity of the ingot.
Предложенный способ может быть использован в промышленном производстве слитков из сплавов на основе циркония, применяемых в качестве конструкционных материалов ядерных реакторов.The proposed method can be used in the industrial production of ingots from zirconium-based alloys used as structural materials of nuclear reactors.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122824/02A RU2302476C2 (en) | 2005-07-18 | 2005-07-18 | Method of production of zirconium-based alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122824/02A RU2302476C2 (en) | 2005-07-18 | 2005-07-18 | Method of production of zirconium-based alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2302476C2 true RU2302476C2 (en) | 2007-07-10 |
Family
ID=38316786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005122824/02A RU2302476C2 (en) | 2005-07-18 | 2005-07-18 | Method of production of zirconium-based alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2302476C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2365643C2 (en) * | 2007-10-31 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method of production of ingots of zirconium-columbium alloy microalloyed with iron and oxygen |
| CN113881855A (en) * | 2021-10-28 | 2022-01-04 | 西部新锆核材料科技有限公司 | Preparation method of zirconium alloy ingot containing nuclear grade zirconium alloy return material |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191838C1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Method for making ingots of refractory metals and alloys |
| RU2227171C1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Zirconium niobium oxygen-containing alloy and method of production of such alloy |
-
2005
- 2005-07-18 RU RU2005122824/02A patent/RU2302476C2/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191838C1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Method for making ingots of refractory metals and alloys |
| RU2227171C1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Zirconium niobium oxygen-containing alloy and method of production of such alloy |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2365643C2 (en) * | 2007-10-31 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method of production of ingots of zirconium-columbium alloy microalloyed with iron and oxygen |
| CN113881855A (en) * | 2021-10-28 | 2022-01-04 | 西部新锆核材料科技有限公司 | Preparation method of zirconium alloy ingot containing nuclear grade zirconium alloy return material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106119606A (en) | A kind of WSTi45561 superhigh intensity titanium alloy and preparation method thereof | |
| CN105861877A (en) | WSTi64311SC heat-resistant titanium alloy and preparation method thereof | |
| KR101342091B1 (en) | Preparation of ultra-high purity cylindrical ingot of refractory metals by electron beam drip melting | |
| CN106756081A (en) | The preparation method of big specification Ti Al Nb series alloy fines crystalline substance ingot casting | |
| CN106636744A (en) | WSTi64E high-damage-tolerance super-large-size titanium alloy cast ingot and preparation method thereof | |
| RU2302476C2 (en) | Method of production of zirconium-based alloys | |
| RU2700892C2 (en) | Method for production of ingots out of zirconium alloys based on magnesium-thermal sponge | |
| US4164420A (en) | Master alloy for the preparation of zirconium alloys | |
| JP2006281291A (en) | Method for producing long ingots of active refractory metal alloys | |
| CN104498770B (en) | A kind of WSTi2815SC Burn-Resistant Titanium Alloys and preparation method thereof | |
| JP2011173172A (en) | Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| CN107304464B (en) | A kind of ternary alloy three-partalloy, preparation method and use improving titanium alloy component uniformity | |
| CN113881871B (en) | Ti-W-Nb intermediate alloy and preparation method thereof | |
| RU2365643C2 (en) | Method of production of ingots of zirconium-columbium alloy microalloyed with iron and oxygen | |
| JPH03285028A (en) | Manufacturing method for titanium and titanium alloy ingots | |
| CN113481393A (en) | Vanadium-chromium-titanium alloy and preparation method thereof | |
| CN114672676A (en) | Preparation method of R60705 zirconium alloy ingot | |
| CN114000010A (en) | High-quality titanium alloy ingot and production method thereof | |
| CN114507788A (en) | Vacuum consumable melting method of TC10 titanium alloy ingot | |
| CN113005329A (en) | High-strength and high-toughness alpha + beta type titanium alloy in WSTi53311 and ingot casting preparation method thereof | |
| RU2800271C1 (en) | Method for manufacturing ingots of zirconium alloys | |
| CN118600261B (en) | A vacuum consumable arc melting method for NbZrTiAl series refractory high entropy alloy ingot | |
| RU2796507C1 (en) | Method for obtaining zirconium-niobium alloy | |
| RU2317343C2 (en) | Method of production of ingots |