一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法技术

本发明专利技术公开了一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，目的在于解决目前国内的碳化硼/铝复合材料主要针对乏燃料运输容器吊篮而开发，而乏燃料贮存格架用碳化硼/铝复合材料处于起步阶段，无法自主生产、制作的问题。本发明专利技术提供一种用于碳化硼/铝复合材料的变温去应力退火技术，通过预处理、加热处理、热轧各步骤之间的相互配合，可实现大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的制备。采用本发明专利技术制备的B4C/铝合金复合材料板材具有表面质量好、力学性能优异的优点，且产品的相对密度大于85%，适于用作核反应堆乏燃料贮存格架和运输容器中的中子吸收材料，以控制乏燃料的临界安全，对于相关产业的国产化应用具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法
本专利技术涉及复合屏蔽材料制备领域，具体为一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，该方法制备的B4C/铝合金复合材料能够用于核反应堆、乏燃料组件贮存、放射性物质贮运等核辐射场所，具有较好的应用前景。
技术介绍
碳化硼/铝复合材料作为贮存格架的中子吸收材料，可用于乏燃料贮存水池的使用环境中，并包覆不锈钢材料。其在硼酸水池中的各项性能稳定，且具有优异的中子吸收性能。目前，该材料已应用于三代核电AP-1000核电技术乏燃料贮存格架中。B4C颗粒增强铝基复合材料中，要求B4C含量较高（如B4C的质量百分比大于20%，才能满足中子吸收性能的要求），而此时碳化硼/铝复合材料的塑性极差（仅为1%左右），导致其后续板材轧制较为困难。目前，我国的核电站格架用B4C颗粒增强铝基复合材料中子吸收板材仍然全部采用进口（美国HTC公司、加拿大Ceradyne公司）。而我国国内对碳化硼/铝复合材料虽有所研究，但多是针对乏燃料运输容器吊篮而开发的，乏燃料贮存格架用碳化硼/铝复合材料仍处于起步阶段，还未自主生产制造应用。这在一定程度上，限制了我国产业的发展。为此，本专利技术提供一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对目前国内的碳化硼/铝复合材料主要针对乏燃料运输容器吊篮而开发，而乏燃料贮存格架用碳化硼/铝复合材料处于起步阶段，无法自主生产、制作的问题，提供一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法。本专利技术提供一种用于碳化硼/铝复合材料的变温去应力退火技术，通过控制轧制工艺（轧制温度、道次变形量、总变形量等），可实现大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的制备。采用本专利技术制备的B4C/铝合金复合材料板材具有表面质量好、力学性能优异的优点，且产品的相对密度大于85%，适于用作核反应堆乏燃料贮存格架和运输容器中的中子吸收材料，以控制乏燃料的临界安全。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，包括如下步骤：（1）预处理：取B4C/铝合金复合材料致密坯料，将坯料表面加工平直；（2）加热处理：取步骤1加工平直后的坯料加热至350℃~580℃，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至坯料受热均匀；（3）热轧：将步骤2受热均匀后的坯料依次进行热轧、热轧后退火处理，重复热轧、退火处理过程，直到达到所需尺寸，即得产品；所述步骤3中，轧制温度为350℃~580℃，道次变形量为3%~30%；热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升0℃~150℃，保温10~100min。所述步骤1中，B4C/铝合金复合材料致密坯料中，B4C的质量百分比为10%~50%。所述步骤1中，铝合金为1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列铝合金中的一种或多种。所述步骤3中，总变形量为50%~95%。所述步骤1中，采用机械加工方式将坯料表面加工平直。所述机械加工方式为刨、铣中的一种或多种。所述步骤2中，采用箱式电阻炉进行加热。所述步骤2中，将坯料的厚度记为d，d≤10mm时，保温时间为5min~30min；10mm＜d≤20mm时，保温时间为10~40min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为15~60min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为20~80min；35mm＜d≤60mm时，保温时间为30~120min。所述步骤3中，产品的长度为500mm~1500mm，宽度为100mm~600mm，厚度为1mm~10mm。热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升20℃~60℃，保温20~50min。针对前述问题，本专利技术提供一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法。本专利技术中，首先采用刨、铣等机械加工方式将坯料表面加工平直，加工平面度达到十二级以上。然后，对加工平直后的坯料进行加热处理，加热至350℃~580℃，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至坯料受热均匀。该步骤中，保温时间为10min~120min，根据样品厚度可以进行调整；将坯料的厚度记为d，d≤10mm时，保温时间为5min~30min；10mm＜d≤20mm时，保温时间为10~40min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为15~60min；20mm＜d≤35mm时，保温时间为20~80min；35mm＜d≤60mm时，保温时间为30~120min，至坯料受热均匀。本专利技术采用短时加热保温，能在保证样品充分受热的同时，尽量减少界面反应。坯料经受热均匀后，依次进行热轧、热轧后退火处理，重复热轧、退火处理过程若干次，直到达到所需尺寸，即得产品。该过程中，热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升0℃~150℃，保温10~100min。本专利技术中，铝合金可以为1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列铝合金中的一种或多种，B4C的质量百分比为10%~50%。如
技术介绍
所述，当B4C含量较高时，后续板材轧制较为困难，而本专利技术通过各步骤之间的相互配合，有效解决了这一问题。综上，本专利技术提供一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，该方法以B4C/铝合金复合材料致密板为坯料，首先将坯料在空气炉中短时加热保温，以控制界面反应，再采用小变形量多道次轧制，每道次轧制后进行变温去应力退火，以实现减少上道次板坯轧制应力，提高复合材料板坯塑性，获得大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的目的。本专利技术采用变温去应力退火轧制技术制备B4C/铝合金复合材料板材，该板材具有表面质量好、力学性能优异的优点，同时，B4C分布均匀且与Al界面结合紧密，产品的相对密度大于85%，可用作核反应堆乏燃料贮存格架和运输容器中的中子吸收材料，对于相关产业的国产化应用具有重要的意义。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。实施例1准备B4C/铝合金复合材料坯料，样品厚度为40mm，致密度为95%，B4C含量为20wt%（即该坯料中，B4C的质量百分比为20%），铝合金为1060合金。将坯料铣至平面度优于十二级后，放于箱式电阻炉中加热保温，加热温度为580℃，加热时间为60min，保温时间为120min。将保温后的坯料进行热轧，热轧温度为580℃，道次变形量为30%，总变形量为95%。每道次之间，进行去应力退火后再进行热轧，退火温度为580℃，保温时间60min。经测定，本实施例热轧后的样品表面无明显裂纹，致密度提高至99.4%，B4C颗粒仍分布均匀，无聚集、破碎现象，板材的力学性能较好，抗拉强度为185~227MPa。实施例2准备B4C/铝合金复合材料坯料，样品厚度为30mm，致密度为85%，B4C含量为10wt%，铝合金为7075合金。将坯料铣至平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理：取B4C/铝合金复合材料致密坯料，将坯料表面加工平直；（2）加热处理：取步骤1加工平直后的坯料加热至350℃~580℃，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至坯料受热均匀；（3）热轧：将步骤2受热均匀后的坯料依次进行热轧、热轧后退火处理，重复热轧、退火处理过程，直到达到所需尺寸，即得产品；所述步骤3中，轧制温度为350℃~580℃，道次变形量为3%~30%；热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升0℃~150℃，保温10~100min。

【技术特征摘要】
1.一种乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理：取乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料致密坯料，将坯料表面加工平直；（2）加热处理：取步骤（1）加工平直后的坯料加热至350℃~580℃，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至坯料受热均匀；（3）热轧：将步骤（2）受热均匀后的坯料依次进行热轧、热轧后退火处理，重复热轧、退火处理过程，直到达到所需尺寸，即得产品；所述步骤（3）中，轧制温度为350℃~580℃，道次变形量为3%~30%；所述步骤（1）中，B4C/铝合金复合材料致密坯料中，B4C的质量百分比为10%~50%；热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升0℃~150℃，保温10~100min。2.根据权利要求1所述乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，铝合金为1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列铝合金中的一种或多种。3.根据权利要求1所述乏燃料贮存用大尺寸B4C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，总变形量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞晓轩，王伟，鲜亚疆，刘鹏闯，张鹏程，李强，杨晓峰，雷洪波，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51