[發(fā)明專利]一種提高核電690合金應(yīng)力腐蝕抗性和耐磨性的激光處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410361414.7
• 申請日: 2014-07-27
• 公開（公告）號: CN104164539A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊膠溪;李子陽;文強(qiáng);肖志勇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C23C8/26;C23F17/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高核電690合金應(yīng)力腐蝕抗性和耐磨性的激光處理方法,屬于激光材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相對于傳統(tǒng)的火電、水電等能源系統(tǒng)，核電作為一種安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的新型能源，對人類的能源供給起著不可代替的作用。壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管的面積占一回路承壓邊界面積的80％左右，傳熱管壁厚一般為1mm～1.2mm，是整個(gè)一回路壓力邊界中最薄弱的部分，國外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，大約30％～40％的壓水堆因?yàn)檎羝l(fā)生器傳熱管損傷而影響正常運(yùn)行、降低功率運(yùn)行或被迫停堆。傳熱管的破損是由各類腐蝕造成的，包括點(diǎn)蝕(Pitting)、晶間腐蝕(IGA)和晶間應(yīng)力腐蝕(IGSCC)，其中，60％的問題屬應(yīng)力腐蝕問題。同時(shí)壓水堆核電站正常工作時(shí)，由于流致振動(dòng)導(dǎo)致的傳熱管與襯板發(fā)生微動(dòng)磨損，也增加了傳熱管腐蝕開裂的傾向。

Inconel690合金是高Cr鎳基合金，主要用于腐蝕性水介質(zhì)和高溫空氣介質(zhì)環(huán)境，而且具有高強(qiáng)度、好的冶煉穩(wěn)定性和良好的制造特性，廣泛使用在核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管上。但到目前為止，最早的采用690TT作為傳熱管材的蒸汽發(fā)生器運(yùn)行也只有不到30年的歷史，并且在國外也已經(jīng)有少量這種材質(zhì)的傳熱管出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂問題以及微動(dòng)磨損問題。因此解決蒸汽發(fā)生器破管事故是關(guān)系到核電站的安全性及使核電站具有競爭性和生命力的關(guān)鍵問題。

在對已有專利的檢索中，發(fā)現(xiàn)了名為“一種提高Inconel690合金傳熱管抗應(yīng)力腐蝕能力的方法”的發(fā)明專利(專利號101974773A，以下稱“對比專利”)，該發(fā)明采用電鍍鉻加激光輻照的方法進(jìn)行表面改性。但該專利采用的電鍍鉻工藝，其鍍鉻層容易脫落，且電鍍過程中容易對環(huán)境造成污染，而且電鍍鉻與激光加工的分離也增加了運(yùn)輸成本，不利于現(xiàn)場處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決傳熱管應(yīng)力腐蝕開裂以及微動(dòng)磨損問題，提供一種提高核電690合金傳熱管應(yīng)力腐蝕抗性和耐磨性的方法，它可使傳熱管抵抗應(yīng)力腐蝕的能力和耐磨性能得到大幅提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高核電690合金應(yīng)力腐蝕抗性和耐磨性的激光處理方法,其特征在于采用波長為800-1070nm連續(xù)激光熱源熔凝處理690合金傳熱管外圓表面的同時(shí)輔助氮?dú)膺M(jìn)行滲氮處理，，激光功率300-1000W，激光掃描線速度為200-800mm/min，光斑直徑0.5-3mm，搭接率20-60％，激光熔凝690合金管外圓表面的同時(shí)輔助氮?dú)膺M(jìn)行滲氮處理，氮?dú)饬髁繛?0-30L/min，氮?dú)鈬娮斓絺鳠峁鼙砻娴木嚯x為5-12mm，噴嘴出口氮?dú)鈮簭?qiáng)為0.5-1MPa,690傳熱管內(nèi)孔輔助流量為20-30L/min的氬氣進(jìn)行保護(hù)內(nèi)孔表面和冷卻管壁。

獲得厚度為20-100μm致密滲氮層,硬度提高到HV200-400。

該工藝包括具體如下步驟：

1.Inconel690合金傳熱管表面預(yù)先采用酒精清洗，除去表面雜質(zhì)。

2.將傳熱管固定在機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)對690合金傳熱管表面進(jìn)行激光熔凝，并用噴嘴向熔凝區(qū)通高純氮?dú)膺M(jìn)行滲氮處理。

3.滲氮處理同時(shí)傳熱管內(nèi)配以純氬氣進(jìn)行保護(hù)，防止熱影響區(qū)合金發(fā)生氧化。

激光熔凝滲氮(Laser?Melting?and?Nitriding，LMN)參數(shù)如下：

激光器為半導(dǎo)體或光纖激光器,激光波長800-1070nm

激光功率300-1000W

激光掃描速度200-800mm/min

光斑直徑0.5-3mm

搭接率20-60％

噴嘴處氮?dú)鈮簭?qiáng)0.5-1MPa

氮?dú)饬髁繛?0-30L/min

氬氣流量為20-30L/min

氮?dú)鈬娮斓絺鳠峁鼙砻娴木嚯x為5-12mm

本發(fā)明的有益效果是：用本發(fā)明方法可對較細(xì)長的壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行表面處理，且得到的激光滲氮層結(jié)構(gòu)致密、組織均勻，其應(yīng)力腐蝕抗性和耐磨性顯著提高，而采用短波長激光滲氮，光可以更有效的被基體吸收，提高滲氮效率。

附圖說明

圖1是激光熔凝滲氮示意圖

1、690傳熱管外表面；2、機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)；3、激光系統(tǒng)；4、滲氮噴嘴；5、氬氣噴嘴(與傳熱管內(nèi)壁密封接合)；6、氮化層；7、傳熱管內(nèi)壁；8、熔凝區(qū)；9、熱影響區(qū)

圖2不同載荷下的磨痕深度圖

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：