C/铝合金复合材料板材的热轧制备方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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宄，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。
[0005]为此，本发明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。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于: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。本发明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(乳制温度、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。采用本发明制备的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。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
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I加工平直后的坯料加热至350°C -580 °C,加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至还料受热均勾；
(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，乳制温度为350°C ~580°C，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°C ~150°C，保温10~100min。
[0008]所述步骤I中，B4C/铝合金复合材料致密坯料中，B4C的质量百分比为10%~50%。
[0009]所述步骤I中，铝合金为1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列铝合金中的一种或多种。
[0010]所述步骤3中，总变形量为50%~95%。
[0011]所述步骤I中，采用机械加工方式将坯料表面加工平直。
[0012]所述机械加工方式为刨、铣中的一种或多种。
[0013]所述步骤2中，采用箱式电阻炉进行加热。
[0014]所述步骤2中，将还料的厚度记为d，d < 1mm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彡35mm时，保温时间为20~80min ；35mm < d彡60mm时，保温时间为30~120min。
[0015]所述步骤3中，产品的长度为500mm~1500mm，宽度为100mm~600mm，厚度为Imm?1mm0
[0016]热轧后进行退火处理，退火温度较热轧温度提升20°C ~60°C，保温20~50min。
[0017]针对前述问题，本发明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。本发明中，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°C~580°C，加热时间为10min~60min，再保温10min~120min，至还料受热均勾。该步骤中，保温时间为10min~120min，根据样品厚度可以进行调整；将还料的厚度记为d，d彡1mm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。本发明采用短时加热保温，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°C ~150°C，保温10~100min。
[0018]本发明中，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【背景技术】所述，当B4C含量较高时，后续板材轧制较为困难，而本发明通过各步骤之间的相互配合，有效解决了这一问题。
[0019]综上，本发明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。本发明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】
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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°C，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°C，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°C，保温时间60min。
[0023]经测定，本实施例热轧后的样品表面无明显