[發明專利]一種鎳基高溫合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202011214909.9
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112322939A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 蔣力;李志軍;雷特;黎超文;梁建平;玉昆;陳雙建
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;G21F1/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種鎳基高溫合金，按重量百分比，該合金成分為：C≤0.18%，Cr 6.0?8.0%，Mo 0?14%，W 2?22%，Nb≤3%，Mn 0?2%，Si0.5%，Ni余量；其中，Mo+W≤22%。本發明還公開了該合金的制備方法。相比現有技術，本發明所提出的鎳基高溫合金同時含W、Mo和Nb，并通過組分優化，使得該合金的組織結構含有大量的細小MC碳化物，從而保證其良好的抗氦脆能力，同時具有顯著改善的高溫強度和塑性，可以滿足有較高使用溫度和性能要求的輻照環境使用，適用于熔鹽反應堆的高溫結構材料。

技術領域

本發明涉及一種鎳基高溫合金，尤其涉及一種可用于高溫輻照環境的鎳基高溫合金及其制備方法。

背景技術

在第四代核反應堆熔鹽堆中，常用的Hastelloy N合金存在嚴重的氦脆問題，合金中的雜質硼以及基體鎳原子通過嬗變反應形成氦氣泡，聚集在晶界上嚴重惡化合金輻照后的力學性能。研究人員通過添加Nb在合金組織中引入細小MC碳化物吸附氦氣泡，可以顯著改善上述氦脆問題，然而該系列合金存在高溫力學性能較差的問題。

發明內容

本發明所要解決技術問題在于克服現有技術不足，提供一種鎳基高溫合金，其具有良好的抗氦脆性能，并且具有優異的高溫強度和塑性，可以滿足有較高使用溫度和性能要求的輻照環境使用，適用于熔鹽反應堆的高溫結構材料。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種鎳基高溫合金，按重量百分比，該合金成分為：C≤0.18％，Cr 6.0-8.0％，Mo0-14％，W 2-22％，Nb≤3％，Mn 0-2％，Si0.5％，Ni余量；其中，Mo+W≤22％。

進一步優選地，Mo的重量百分比大于0，且14％≤Mo+W≤22％。

優選地，該合金用于高溫輻照環境；

進一步優選地，所述高溫輻照環境為熔鹽反應堆。

如上任一技術方案所述鎳基高溫合金的制備方法，在1200℃-1300℃溫度區間對母合金進行10小時-30小時的均勻化處理，再在900℃-1200℃溫度區間內熱加工，最后進行固溶熱處理。

優選地，所述母合金使用真空感應爐澆鑄而成。

相比現有技術，本發明技術方案具有以下有益效果：

本發明針對含Nb合金高溫性能較差的問題，添加一定含量的W，在保證其抗氦脆性能的前提下顯著改善了其高溫力學性能。

本發明合金具有良好高溫力學性能、抗氦脆性能，同時其成分設計還能保證抗熔鹽腐蝕性能和抗碲脆性能，適用于于熔鹽核反應堆的高溫結構材料，在高達750C°工作溫度下表現出優異的綜合性能。

附圖說明

圖1為標準合金以及實施例1～4合金在750C°下的高溫拉伸力學性能；

圖2為標準合金以及實施例1～4合金在750C°下時效處理100小時后的顯微維氏硬度；

圖3為標準合金以及實施例1～4合金中的MC碳化物形態，其中(a)～(e)依次為標準合金、實施例1、實施例2、實施例3、實施例4。

具體實施方式

針對含Nb合金高溫力學性能差的問題，本發明的解決思路是設計一種同時含W、Mo和Nb的鎳基高溫合金，并通過組分優化，使得該合金的組織結構含有大量的細小MC碳化物，從而保證其良好的抗氦脆能力，同時具有顯著改善的高溫強度和塑性。

具體而言，本發明所提出的鎳基高溫合金，按重量百分比，該合金成分為：C≤0.18％，Cr 6.0-8.0％，Mo 0-14％，W 2-22％，Nb≤3％，Mn 0-2％，Si0.5％，Ni余量；其中，Mo+W≤22％。