[發(fā)明專利]一種耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN105112727B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉祥熙;崔傳勇;蔣力;李志軍;艾華;孫曉峰;周興泰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所;中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22F1/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 鄧琪,宋麗榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于熔鹽反應(yīng)堆壓力容器以及熱交換器等零部件的材料，更具體地涉及一種耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國能源需求的激增，面臨的能源缺口問題將會越來越嚴(yán)重，干凈、安全、高效率的先進(jìn)核能是解決我國能源問題的最好方法，大力發(fā)展核能也是未來我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化的重要方向。本世紀(jì)世界各國都在大力發(fā)展第四代核反應(yīng)堆。其中，熔鹽反應(yīng)堆是第四代反應(yīng)堆中唯一的液體燃料反應(yīng)堆，在固有安全性、經(jīng)濟(jì)性、核資源可持續(xù)發(fā)展以及防止核擴(kuò)散等方面具有其他反應(yīng)堆無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國的青睞。而作為制備熔鹽反應(yīng)堆壓力容器和熱交換器的結(jié)構(gòu)材料，要求長期在高溫、高壓、高輻射、高腐蝕等極端條件下穩(wěn)定工作，是制約熔鹽反應(yīng)堆發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

當(dāng)以氟化熔鹽作為反應(yīng)堆的冷卻劑時(shí)，堆出口溫度達(dá)到700℃，極大地提高反應(yīng)堆的工作效率。在20世紀(jì)60年代，為滿足釷基熔鹽反應(yīng)堆需求，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了Hastelloy N合金。該合金具有強(qiáng)度高、塑韌性好以及可加工性能好，對于中子輻射具有較好的忍受能力，其高溫強(qiáng)度優(yōu)于鐵基合金，并且在熔融的氟化物中耐腐蝕能力強(qiáng)，被成功應(yīng)用于反應(yīng)堆容器、回路管道、熔鹽泵、換熱器等部位。但是Hastelloy N合金的最高許用溫度為704℃，而近年來，隨著能源需求的多樣化，人們希望實(shí)現(xiàn)高溫制氫等高效率能源轉(zhuǎn)換，這需要熔鹽堆運(yùn)行在800℃以上。Hastelloy N合金已經(jīng)不能滿足要求，急需研發(fā)熔鹽反應(yīng)堆用承溫能力更高的結(jié)構(gòu)材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的無法承受高于704℃的熔鹽腐蝕的問題，本發(fā)明旨在提供一種耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金及其制備方法。

本發(fā)明提供一種耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金，其特征在于，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)成分為：5.0-8.0％的Cr，15.0-28.0％的W，0.5-0.55％的Fe，0.5-0.8％的Mn，0.1-0.3％的Si，0.05-0.06％的C，0-1.0％的Mo，0-0.2％的Ti，以及余量的Ni。本發(fā)明提供的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和組織穩(wěn)定性，同時(shí)耐高溫熔鹽腐蝕，耐氧化以及抗輻照損傷，滿足熔鹽反應(yīng)堆對結(jié)構(gòu)材料的使用要求。

該耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的化學(xué)成分較佳為：6.0-7.0％的Cr，26.0-28.0％的W，0.5-0.55％的Fe，0.5-0.8％的Mn，0.1-0.3％的Si，0.05-0.06％的C，0-1.0％的Mo，0-0.2％的Ti，以及余量的Ni。

該耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的化學(xué)成分優(yōu)選為：6.0％的Cr，26％的W，0.5％的Fe，0.8％的Mn，0.1％的Si，0.05％的C，1.0％的Mo，0.2％的Ti，以及余量的Ni。

該耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金不含Al。

該耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金不含Co。

該耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金不含Cu。

本發(fā)明還提供一種上述耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的制備方法，包括步驟：S1，采用真空感應(yīng)爐澆鑄母合金；S2，均勻化處理；以及S3，熱加工。

步驟S2的處理溫度在1200℃-1300℃之間。

步驟S2的處理時(shí)間在15小時(shí)-25小時(shí)之間。

步驟S3的加工溫度在900℃-1200℃之間。

步驟S3的熱加工是鍛造、熱軋制或熱擠壓。

本發(fā)明通過各合金元素的特定的合理配比確保了合金獲得良好綜合性能。與現(xiàn)有合金相比，本發(fā)明的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金具有的優(yōu)勢包括：優(yōu)良的可加工性能；較高的高溫力學(xué)性能和組織穩(wěn)定性，其拉伸強(qiáng)度和持久壽命要明顯優(yōu)于Hastelloy N合金；具有優(yōu)異的抗熔鹽腐蝕性能，適用于熔鹽核反應(yīng)堆的高溫結(jié)構(gòu)材料，在800-850℃工作溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。

附圖說明

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的鑄態(tài)低倍組織的形貌示意圖；

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的鑄態(tài)高倍組織的形貌示意圖；

圖1c是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金的鍛態(tài)低倍組織的形貌示意圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金經(jīng)800℃/400h熔鹽腐蝕后的截面形貌示意圖；

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的耐熔鹽腐蝕鎳基變形高溫合金經(jīng)800℃/400h熔鹽腐蝕后的截面Cr元素分布圖；