[發明專利]核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管及制備方法

有效

• 申請號: 201810515258.3
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN109972048B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 韓維新;楊英;曲順德;翟劍晗;韓建;李銳;韓君平;李依依
• 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: C22C38/26
• 分類號: C22C38/26;C22C38/24;C22C38/02;C22C38/04;B21C37/06;C22C38/06;C21D1/25;C21D1/30;C21D8/10;C21D9/08
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管，其特征在于：在外層FeCrAl合金管與內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管中間采用Fe基過渡層，外層FeCrAl合金管、內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管分別與過渡層形成冶金結合層；冶金結合層采用熱變形加工而成，將由FeCrAl合金外層管、中間過渡層管、內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管坯料，經排氣封裝后的進行加熱保溫，采用熱變形加工在高溫熱擴散作用和大壓力變形作用下實現復合管的冶金復合，熱變形方法包括熱旋鍛、熱精鍛、熱旋壓、熱軋或熱等靜壓；

其中，FeCrAl合金的化學成分包含：Cr 12.0～20.0wt%，Al 4.0～7.0wt%，C 0～0.1wt%，Nb 0.1～1.0wt%，V 0～0.5wt%，Si 0.1～1.5wt%，Mn 0～1.5wt%， Fe余；鐵素體/馬氏體耐熱鋼為T91、P91或其改進型或CLAM低活化馬氏體鋼；Fe基過渡層為鐵合金，其化學成分為：C 0.01wt%，Nb 0.3wt%， Si 0.1wt%，Mn0.2wt%，Fe余；或者，Fe基過渡層為鐵合金，其化學成分為：C 0.005wt%，V 0.3wt%， Si 0.15wt%，Mn0.2wt%，Fe余。

2.如權利要求1所述的核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管，其特征在于，冶金結合層含有元素包括：Fe、Cr、Mn、Al、Mo、Nb、Ti、V、Si、C、N和稀土元素中的一種或兩種以上。

3.如權利要求1所述的核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管，其特征在于，內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管的厚度為0.1mm～0.4mm，外層FeCrAl合金管的厚度為0.05～0.3mm，冶金結合層厚度為大于0～0.1mm，過渡層厚度低于外層厚度的50%。

4.一種權利要求1至3之一所述的核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管的制備方法，其特征在于，（1）復合管結構如下：內層為鐵素體/馬氏體耐熱鋼材料，外層為FeCrAl合金材料，二者之間為鐵基材料輔助過渡層；（2）包殼用金屬無縫復合管的制備步驟：無縫復合管坯料的表面拋光→無縫復合管坯料的除氣裝配封裝→熱變形加工冶金復合→退火熱處理→冷軋冷拔及中間退火→最終熱處理→矯直→清洗→成品檢驗；該方法由外層、中間過渡層及內層管組裝后，經排氣后裝配封裝成無縫復合管坯料并焊接端頭密封，經加熱后，采用熱變形加工的方法形成冶金復合的無縫復合管，最終通過冷變形或熱變形加工成所需規格的成品管。

5.如權利要求4所述的核反應堆核燃料包殼用FeCrAl合金與鐵素體/馬氏體耐熱鋼復合管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（a）無縫復合管坯料的準備

將外層FeCrAl合金加工成管坯；

將內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼加工成管坯或棒料；

將中間過渡層鐵基材料加工成管坯；

（b）無縫復合管坯料的表面拋光

將外層管、中間過渡層管、內層管的內外表面或內層棒表面分別進行機械拋光處理或化學拋光處理，達到表面粗糙度至Ra0.1μm，各層管之間間隙-0.1mm～2mm；

（c）無縫復合管坯料的裝配封裝

將FeCrAl合金外層管、中間過渡層管、內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管或棒經裝配后，排除管坯中間的氣體，排氣后立即焊接端頭進行密封；

（d）熱變形加工冶金復合

將由FeCrAl合金外層管、中間過渡層管、內層鐵素體/馬氏體耐熱鋼管坯料，經排氣封裝后的進行加熱保溫，采用熱變形加工在高溫熱擴散作用和大壓力變形作用下實現復合管的冶金復合，熱變形方法包括熱旋鍛、熱精鍛、熱旋壓、熱軋或熱等靜壓；

（e）退火熱處理

將冶金復合后的管坯，進行分段保溫加熱，并控制冷卻速率，去除內應力，控制組織形態，提高可加工性能；加熱溫度700～1000℃保溫30～60分鐘，爐冷到300～600℃后保溫30～90分鐘，空冷。