[發明專利]一種高強韌Fe基合金屏蔽材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110450147.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113235012B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 李軍;劉穎;陳康為;金娜;萬俊杉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G21F1/08
• 分類號: G21F1/08;C22C38/04;C22C38/58;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/54;C22C33/06
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發明公開了一種高強韌Fe基合金屏蔽材料及其制備方法，涉及核輻射屏蔽材料領域，Fe基合金的組分重量百分比為：Cr 0.5～4.5％，N i 0.6～5.0％，Mn 0.5～4.8％，V 0.5～4.4％，W 5.1～30.6％，B 0.3～1.8，余量為Fe。按照本發明所述合金的組分及組分配比稱取原料，在氬氣保護條件下熔煉、澆注得到合金鑄件，再對合金鑄件進行鍛造，隨后冷卻即可。本發明的Fe基合金能在不降低中子和γ射線綜合屏蔽性能的前提下，大幅度提高合金的強韌性。

技術領域

本發明涉及核輻射屏蔽材料技術領域，具體涉及一種高強韌Fe基合金屏蔽材料及其制備方法。

背景技術

核能作為一種極其重要的清潔能源，在軍事、工業、醫學等領域都具有廣泛的應用。然而，核反應堆在運行過程中會產生大量的輻射，如γ射線、中子等，它們一方面會對人身健康產生極大危害，另一方面也會大幅縮短設備穩定運行的使用壽命。通常將核輻射屏蔽材料加工制備成屏蔽裝置以減小核輻射對于人體的危害，保證設備能夠長期穩定運行。常見的核輻射屏蔽材料主要有Pb基屏蔽材料、含B不銹鋼系屏蔽材料、含B₄C的屏蔽材料以及Pb+B/PE系屏蔽材料等。這些核輻射屏蔽材料大多數僅能對單一輻射種類(γ射線或中子)進行屏蔽，不能實現中子和γ射線的綜合屏蔽。Pb+B/PE系屏蔽材料是目前少有的能夠同時屏蔽中子和γ射線的材料，但其強度極低。

隨著核工業領域的逐步發展，該領域對于核輻射屏蔽材料性能的要求也逐漸提高，不僅需要具備高的中子和γ射線屏蔽性能，還需要具備良好的力學性能。例如，隨著核電站的不斷發展，乏燃料產生量與日俱增。乏燃料的存貯和轉運是通過特制的乏燃料儲運車來實現。對于體積和重量受限的儲運車來說，兼具良好的屏蔽性能(乏燃料具有一定的放射性，需要屏蔽γ射線和中子射線)和力學性能(較高的強度和韌性，既方便機械加工，制成容器后又具有較高的強度，能承受沖擊載荷等)的屏蔽材料是構建乏燃料轉運容器屏蔽系統的理想選擇，有利于實現儲運車屏蔽系統的小型化和輕量化，簡化其結構，從而有效提高乏燃料存貯和轉運的安全性和效率。

含有W、B元素的Fe基屏蔽合金作為一類新型核輻射屏蔽用材料，W、B元素以FeWB相形式存在。材料中的W元素屬于重元素，能有效屏蔽γ射線；B元素則具有高的熱中子吸收截面(¹⁰B的熱中子吸收截面為3837barn)，能有效屏蔽中子。因此，這類Fe基屏蔽合金具備高的中子和γ射線綜合屏蔽性能。然而，目前這類Fe基屏蔽合金的抗拉強度為400～700MPa，沖擊韌性也僅有1～20J/cm²，依然不能滿足這類材料在乏燃料貯存容器等核輻射屏蔽領域的應用要求。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種高強韌Fe基合金屏蔽材料及其制備方法，本發明提供的Fe基合金在保證不降低中子和γ射線綜合屏蔽性能的前提下，大幅度提高Fe基合金的強韌性，解決了上述背景技術中提到的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高強韌Fe基合金屏蔽材料，所述Fe基合金的組分重量百分比為：Cr 0.5～4.5％，Ni 0.6～5.0％，Mn 0.5～4.8％，V 0.5～4.4％，W 5.1～30.6％，B 0.3～1.8，余量為Fe。

優選的，所述的Fe基合金的組分重量百分比為：Cr 1.1～2.1％，Ni 0.9～1.6％，Mn 1.1～2.0％，V 1.0～2.1％，W 18.7～25.5％，B 0.5～1.1％，余量為Fe。

一種高強韌Fe基合金屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟：在氬氣保護條件下，將合金原料經熔煉、鍛造、冷卻后得到Fe基合金。

優選的，所述步驟具體包括：在氬氣保護條件下，將合金原料經熔煉、澆注后冷卻，得到合金鑄件；再將合金鑄件經過鍛造，隨后冷卻，得到Fe基合金。

優選的，所述合金鑄件的制備包括以下步驟：