本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种锆合金。
背景技术：
锆合金在高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，此外，它还具有良好的焊接性能和塑性，因此，锆合金广泛用作燃料棒的包壳材料和核反应堆芯的结构元件。
随着核动力反应堆技术朝着提高燃料燃耗和降低燃料循环成本、提高反应堆效率、提高安全可靠性的方向发展，对关键核心部件燃料元件包壳材料锆合金的抗腐蚀性能、吸氢性能、力学性能及辐照尺寸稳定性等性能提出了更高的要求。燃料元件在服役条件(辐照、高温、高压及复杂的应力)下，要发生蠕变和疲劳。蠕变性能是锆合金在水冷动力堆中工作时要考虑的重要问题之一。目前，最成熟、应用最广泛的是zr-2、zr-4合金，但随着核燃料组件向长寿期、高燃耗方向的发展，要求作为反应堆结构材料的锆合金必须具有更好的耐蚀、抗蠕变、抗辐射生长等综合性能，在这一点上zr-2、zr-4合金已经不能满足要求。
技术实现要素：
本发明提供一种锆合金，所述锆合金具有良好的耐腐蚀性能及力学性能。
为解决上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：nb1.1～2.1％、sn0.2～1.5％、cr0.02～0.1％、ni0.01～0.1％、ce0.02～0.1％，余量为zr。
进一步地，所述锆合金包括以下以重量百分数计的组分：nb1.3～2.0％、sn0.4～1.2％、cr0.02～0.1％、ni0.03～0.07％、ce0.02～0.1％，余量为zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为500～620℃，保温时间为0.5～1.5h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，即得所述锆合金材料。
进一步地，所述步骤(2)中所述热压处理过程为：将铸态锆合金在温度为600～750℃预热0.5～1h，然后用230～280kn油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮。
进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1000～1100℃均匀后处理20～45min后，空冷；
进一步地，所述步骤(5)中所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在500～600℃退火2～4h，空冷。
本发明的有益效果：本发明中所述锆合金添加了nb，nb是对锆合金腐蚀和机械性能同时有好作用的合金元素，nb的优点是热中子吸收截面小，能消除氮、碳、铝、钛等杂质对合金耐蚀性能的有害作用，减少锆合金的吸氢量，并且nb也能有效地强化锆合金；n是锆合金中的有害杂质元素，原因为n3-能置换氧化物晶格中的氧离子，产生附加的空位，因此增加了锆的腐蚀速度，但是本发明中所述锆合金中加入了sn后，n3-及氧离子空位力图提留在sn3+离子附近，三者组合后可动性差，故使空位迁移率降低，所以sn能抵消n的有害作用，提高耐腐蚀性；本发明中所述锆合金还添加了cr及ni，cr能有效地改善高合金的抗蠕变性能，ni能有效地改善高合金的高温蒸汽腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
一种锆合金，所述锆合金包括以下以重量百分数计的组分：nb1.7％、sn1.0％、cr0.07％、ni0.06％、ce0.1％，余量为zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理，所述热压过程为：将铸态锆合金在温度为660℃预热0.5h，然后用230～280kn油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理，所述均匀化处理过程为：所述步骤(2)中所述热压处理过程为：进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1050℃均匀后处理35min后，空冷；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为600℃，保温时间为1.1h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在540℃退火4h，空冷；即得所述锆合金材料。
实施例2
一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：nb1.4％、sn0.7％、cr0.05％、ni0.06％、ce0.02％，余量为zr。
上述所述锆合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理，所述热压过程为：将铸态锆合金在温度为660℃预热0.5h，然后用230～280kn油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理，所述均匀化处理过程为：所述步骤(2)中所述热压处理过程为：进一步地，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1050℃均匀后处理35min后，空冷；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为600℃，保温时间为1.1h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在540℃退火4h，空冷；即得所述锆合金材料。
技术特征：1.一种锆合金，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：nb1.1～2.1％、sn0.2～1.5％、cr0.02～0.1％、ni0.01～0.1％、ce0.02～0.1％，余量为zr。
2.根据权利要求1所述的锆合金，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：nb1.3～2.0％、sn0.4～1.2％、cr0.02～0.1％、ni0.03～0.07％、ce0.02～0.1％，余量为zr。
3.权利要求1或权利要求2所述锆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述锆合金的组分进行原料配比，然后在真空或惰性气氛环境下进行熔炼，再浇注到模具中空冷得到铸态锆合金；
(2)将步骤(1)制得的铸态锆合金进行热压处理；
(3)然后将完成步骤(2)热压处理的锆合金进行均匀化处理；
(4)将完成步骤(3)均匀化处理的锆合金进行两次冷轧处理，其中每次冷轧压下量为30～40％，且两次冷轧处理之间对锆合金进行退火处理，且退火温度为500～620℃，保温时间为0.5～1.5h；
(5)对完成步骤(4)的锆合金进行最终热处理，即得所述锆合金材料。
4.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述热压处理过程为：将铸态锆合金在温度为600～750℃预热0.5～1h，然后用230～280kn油压机热压两次制成锆合金坯材，然后去除锆合金坯材表面的氧化皮。
5.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)均匀化处理过程为：将完成步骤(2)处理的锆合金坯材在真空或惰性气氛中经1000～1100℃均匀后处理20～45min后，空冷。
6.根据权利要求3所述锆合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述最终热处理过程为：将完成步骤(4)处理的锆合金在真空或惰性环境在500～600℃退火2～4h，空冷。
技术总结本发明提供一种锆合金，包括以下以重量百分数计的组分：Nb 1.1～2.1％、Sn 0.2～1.5％、Cr 0.02～0.1％、Ni 0.01～0.1％、Ce 0.02～0.1％，余量为Zr。本发明中所述锆合金添加了Nb，Nb是对锆合金腐蚀和机械性能同时有好作用的合金元素；N是锆合金中的有害杂质元素，原因为N3‑能置换氧化物晶格中的氧离子，产生附加的空位，因此增加了锆的腐蚀速度，但是本发明中所述锆合金中加入了Sn后，N3‑及氧离子空位力图提留在Sn3+离子附近，三者组合后可动性差，故使空位迁移率降低，所以Sn能抵消N的有害作用，提高耐腐蚀性；本发明中所述锆合金还添加了Cr及Ni，Cr能有效地改善高合金的抗蠕变性能，Ni能有效地改善高合金的高温蒸汽腐蚀性能。技术研发人员：孙海波受保护的技术使用者：佛山科学技术学院技术研发日：2019.12.18技术公布日：2020.04.07