[發明專利]一種核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理工藝

在審

• 申請號: 201711269026.6
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108193033A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 賈丹;楊英;孫文儒;張偉紅;劉芳;祁峰;翟劍晗;李銳
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C22C38/22;C22C38/06;C22C38/02;G21C3/07
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 崔曉蕾

本發明具體提供了本發明一種核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理方法，其特征在于，工藝流程是：(1)將試樣置入1230℃溫度環境下，保溫20小時，空冷，消除有害相和成分偏析。(2)固溶處理：將試樣置于800℃保溫3小時，空冷。消除核燃料包殼材料FeCrAl合金在開坯鍛造、熱軋、冷軋過程中的加工硬化，制備組織均勻性高，晶粒尺寸小于90μm的FeCrAl合金包殼材料。

技術領域

本發明涉及一種核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理工藝方法。

背景技術

傳統核燃料包殼鋯合金遇水會迅速生成大量氫氣，氫氣導致爆炸是福島核事故的直接原因。福島核事故后，為進一步提高核燃料包殼的事故容錯(ATF)能力，研究開發替代鋯合金的具有一定事故容錯能力的新型核燃料包殼材料，成為國際上核燃料領域的發展的新方向。FeCrAl合金是一種極具應用潛力的材料，有可能成為核反應堆的包殼材料。

發明內容

本發明的目的提供一種核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理工藝，充分消除枝晶間的成分偏析，改善析出相及晶粒尺寸，從而提高FeCrAl合金包殼機械性能以及耐高能中子劑量的輻照損傷。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：針對核燃料包殼材料FeCrAl合金的組織結構特點，制定均勻化和固溶處理工藝，可按如下步驟操作：

(1)均勻化處理工藝：將試樣置于1000～1300℃溫度環境下，保溫2～30小時，空冷；優選1100～1250℃下保溫6～15小時，空冷。

(2)固溶處理工藝：將試樣置于500～1100℃溫度環境下，保溫0.5～6小時，空冷。優選800～1000℃保溫2～5小時，空冷。

本發明提供的一種核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理方法，其特征在于，所述FeCrAl合金的成分為質量百分比Cr 6％～16％；Al 3％～8％；Y0.001％～1％；Mo 0.1％～6％；Si 0.001％～0.5％；C 0.001％～0.5％；N≤500ppm；O≤1000ppm；P≤500ppm；S≤500ppm；余量為Fe。

采用本發明所述熱處理工藝，可以消除枝晶間的成分偏析，獲得組織均勻且晶粒尺寸小于90μm的組織。

本發明所述核燃料包殼材料FeCrAl合金的熱處理工藝，可以大幅度提高合金的室溫和高溫條件下的屈服強度，并保持較高的塑性，同時滿足合金長期時效穩定性能的要求。

本發明的具有以下優點：

1.使用性能更優。經本發明處理的核燃料包殼材料FeCrAl合金，徹底消除成分偏析，其強度與塑性指標與鑄態合金相比，不僅強度大幅度提高，塑性也大幅度提高，改善了核燃料包殼材料FeCrAl合金的加工性能。

2.簡單易行、周期短。本發明方法確保了核燃料包殼材料FeCrAl合金制備過程中開坯鍛造、熱軋、冷軋等加工工序的順利進行。

附圖說明

圖1對比例1未經熱處理FeCrAl合金組織圖；

圖2對比例2經熱處理后FeCrAl合金組織圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例詳述本發明。

對比例1

經鑄錠冶煉后，進行開坯鍛造、熱軋、冷軋等加工工序制備的FeCrAl合金。

所得未經熱處理FeCrAl合金組織圖見圖1。

實施例1

高溫均勻化處理：將試樣置入1230℃溫度環境下，保溫20小時，空冷，消除有害相和成分偏析。