[go: up one dir, main page]

RU2302476C2 - Method of production of zirconium-based alloys - Google Patents

Method of production of zirconium-based alloys Download PDF

Info

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
Application number
RU2005122824/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владиславович Андреев (RU)
Андрей Владиславович Андреев
Сергей Геннадьевич Ахтонов (RU)
Сергей Геннадьевич Ахтонов
Вадим Витальевич Антипов (RU)
Вадим Витальевич Антипов
Олег Юрьевич Бессонов (RU)
Олег Юрьевич Бессонов
Александр Гусманович Зиганшин (RU)
Александр Гусманович Зиганшин
Ольга Степановна Тарасевич (RU)
Ольга Степановна Тарасевич
Геннадий Сергеевич Черемных (RU)
Геннадий Сергеевич Черемных
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) filed Critical Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ)
Priority to RU2005122824/02A priority Critical patent/RU2302476C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2302476C2 publication Critical patent/RU2302476C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy; industrial production of high-quality zirconium-based alloys used in atomic industry.
SUBSTANCE: proposed method includes screening the briquettes made from mixture of zirconium-based material and alloying elements; making the billets from briquettes, molding the consumable electrodes from billets, iodide bars and zirconium wire and melting the ingot by repeated vacuum arc remelting; part of billet corresponding to bottom part of ingot of first remelting process and/or gating part of ingot of final remelting process is formed from depleted briquettes into which alloying elements are introduced in the following amount: C=K1xCr, where K1 is coefficient taking into account the tendency of alloying element to liquation K1=0.5-1.0, Cr is rated content of alloying element in alloy; total mass of depleted briquettes M=K1xD, where K2 is coefficient taking into account the mass of molten metal at the initial moment of melt depending on length of ingot K2=0.04-0.12 kg/mm, D is diameter of final melt ingot, mm.
EFFECT: improved quality of alloys due to enhanced chemical homogeneity of ingot.
6 cl, 1 tbl, 1 ex

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.

Таблица 1Table 1 Способ получения сплаваThe method of producing alloy Часть слитка для исследования составаPart of the ingot for the study of the composition Содержание легирующих элементов, %The content of alloying elements,% NbNb SnSn FeFe OO ПредлагаемыйProposed ЛитниковаяLitnikovaya 1,01,0 1,261.26 0,350.35 0,080.08 СредняяAverage 1,01,0 1,221.22 0,330.33 0,080.08 ДоннаяDonna 1,01,0 1,221.22 0,340.34 0,080.08 По наиболее близкому аналогуBy the closest analogue ЛитниковаяLitnikovaya 1,21,2 1,41.4 0,420.42 0,080.08 СредняяAverage 1,031,03 1,221.22 0,350.35 0,080.08 ДоннаяDonna 1,031,03 1,241.24 0,340.34 0,080.08

Claims (6)

1. Способ получения сплавов на основе циркония, включающий прессование брикетов из смеси цирконийсодержащего материала и легирующих элементов, изготовление из брикетов заготовки, формирование из упомянутой заготовки, иодидных прутков и циркониевой проволоки расходуемого электрода и выплавку слитка многократным вакуумно-дуговым переплавом, отличающийся тем, что 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 количестве1. A method of producing zirconium-based alloys, comprising pressing briquettes from a mixture of zirconium-containing material and alloying elements, making billets from briquettes, forming a consumable electrode from iodide rods, iodide rods and zirconium wire and smelting the ingot by multiple vacuum-arc remelting, characterized in that in the manufacture of a workpiece, that part thereof that corresponds to the bottom of the ingot of the first remelting and / or the gating part of the ingot of the final remelting is depleted x briquettes into which each of the alloying elements is introduced in an amount 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 segregate K 1 = 0.5-1.0; Сp - расчетное содержание легирующего элемента в сплаве, причем суммарная масса обедненных брикетов составляетWith p - the estimated content of the alloying element in the alloy, and the total mass of depleted briquettes is 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 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь цирконийсодержащего материала и легирующих элементов готовят их порционным взвешиванием, а затем - усреднением.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of zirconium-containing material and alloying elements is prepared by portion weighing, and then by averaging. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего материала используют порошок металлического циркония и/или измельченную циркониевую губку, кусочки иодидного циркония и оборотный металл в виде стружки.3. The method according to claim 1, characterized in that the metal zirconium powder and / or ground zirconium sponge, pieces of zirconium iodide and recycled metal in the form of chips are used as zirconium-containing material. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего материала используют порошок металлического циркония и/или измельченную циркониевую губку, кусочки иодидного циркония, причем брикеты прессуют с центральными отверстиями, в которые вставляют штангу оборотного циркония.4. The method according to claim 1, characterized in that the metal zirconium powder and / or ground zirconium sponge, pieces of iodide zirconium are used as the zirconium-containing material, the briquettes being pressed with central holes into which the reverse zirconium rod is inserted. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении заготовки брикеты соединяют спеканием.5. The method according to claim 1, characterized in that in the manufacture of the preform, the briquettes are connected by sintering. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении заготовки брикеты соединяют электронно-лучевой или плазменно-дуговой сваркой.6. The method according to claim 1, characterized in that in the manufacture of the preform, the briquettes are connected by electron beam or plasma arc welding.
RU2005122824/02A 2005-07-18 2005-07-18 Method of production of zirconium-based alloys RU2302476C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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