CN107177780A - 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法 - Google Patents

一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107177780A
CN107177780A CN201710390479.8A CN201710390479A CN107177780A CN 107177780 A CN107177780 A CN 107177780A CN 201710390479 A CN201710390479 A CN 201710390479A CN 107177780 A CN107177780 A CN 107177780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
based alloys
equal
nuclear fuel
fuel assembly
cladding materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710390479.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107177780B (zh
Inventor
张忠伦
王辉
张瑞谦
蒋明忠
刘超红
解怀英
王晓敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nuclear Power Institute of China
Original Assignee
Nuclear Power Institute of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuclear Power Institute of China filed Critical Nuclear Power Institute of China
Priority to CN201710390479.8A priority Critical patent/CN107177780B/zh
Publication of CN107177780A publication Critical patent/CN107177780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107177780B publication Critical patent/CN107177780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0236—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/004—Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

本发明公开了一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法，所述合金由以下组分组成：Cr，Al，Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce，C，N，O，Fe，杂质，其中，Cr、Al及Si合金元素的总重量百分比含量为16.1％～20.5％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为3.1％～6.2％。本发明所述合金通过合理控制各个组分之间的比例，在此范围内的合金元素之间的相互作用，不仅能够确保FeCrAl基合金的抗高温氧化性能，能够避免Cr、Al含量过高导致的合金硬化及脆化倾向，同时兼具较高的高温强度和韧性。

Description

一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁基合金结构材料及特种合金材料技术领域，具体涉及一种核燃料组件包壳 材料FeCrAl基合金及其制备方法。
背景技术
燃料元件是核动力反应堆堆芯的核心部件，其性能直接关系到核反应堆运行的安全性与 经济性。锆合金是目前商用核电轻水堆燃料元件唯一采用包壳材料。但在突发情况下(如日 本福岛核事故、压水堆失水事故等)，锆合金包壳与高温冷却剂水剧烈反应，放出大量热和爆 炸气体氢气，导致包壳材料力学性能恶化，产生反应堆氢爆与大量放射性产物外泄等核灾难 性后果。为了满足抗高温水蒸气氧化能力，世界核电大国对很多候选耐事故包壳材料进行了 大量的高温氧化性能研究，最具有代表的包括Zr-2、Zr-4、SiC、304SS、310SS、FeCrAl基 合金等材料。研究结果表明：FeCrAl基合金具有良好的抗辐照性能、和良好的抗高温氧化能 力。
目前大多商用FeCrAl基合金材料大多具有较高的Cr、Al含量(Cr：15～30％,A：6～15％)， 因此其抗高温氧化性能较为显著。但商用FeCrAl基合金材料中因含有较高的Cr、Al含量使 其在反应堆运行工况热时效和辐照条件下硬化和脆化程度严重，给反应堆运行带来重大安全 隐患，较高Cr、Al含量的FeCrAl基合金室温力学塑性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的、具有良好综合性能的核燃料组件包壳材料FeCrAl 基合金，本发明通过对现有FeCrAl基合金的组分进行调整改进，使得FeCrAl基合金不仅具 有良好的抗高温氧化性能，同时兼具高的力学强度和较高的塑韧性。
此外，本发明还提供上述FeCrAl基合金的制备方法。通过本发明所述方法制备的FeCrAl 基合金还具有较高的高温强度和组织热稳定性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，由以下组分组成：
Cr，Al，Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce，C，N，O，Fe，杂质，其中，Cr、Al及Si合 金元素的总重量百分比含量为16.1％～20.5％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含 量为3.1％～6.2％。
为了防止FeCrAl基合金硬化及脆化倾向的加剧，造成合金在反应堆运行及加工制备过程 中断裂，应该在保证FeCrAl基合金具有较高抗高温蒸汽氧化能力基础上严格控制并降低Cr 和Al的含量。此外，含有适当Cr、Al含量的FeCrAl基合金作为反应堆耐事故燃料包壳材料 使用除了满足上述性能要求外，还应该具备如下性能：一是：室温下合金具有较高强度和塑 性，为薄壁包壳管材加工提供基础；二是：在高温下(不低于800℃)合金具有较高强度； 三是：合金高温组织比较稳定，尽可能提高合金的再结晶温度，使得合金在800℃以上具有 较强的组织热稳定性并延迟合金晶粒尺寸长大，只有稳定的组织和细化的晶粒才能带来合金 足够的优异性能。
本发明所述杂质含量符合目前商用工业纯铁及铁素体不锈钢的标准。
本发明所述FeCrAl基合金配方是对现有FeCrAl基合金的改进，在现有组分的基础上增 加了Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce，同时对Cr，Al的含量进行控制，降低Cr，Al的含量， 以避免合金硬化及脆化倾向。
申请人通过长期研究试验发现：在现有合金的基础上只是降低Cr，Al的含量，虽然能够 避免合金硬化及脆化倾向，但是合金的抗高温蒸汽氧化能力降低，且高温强度和韧性均不好。 通过添加Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce组分后，即使Cr，Al的含量降低了，也能保持很好的抗高温蒸汽氧化能力，还能避免避免合金硬化及脆化倾向，并且同时具有较好的高温强度 和韧性，通常，在合金中加入某种组分后，强度虽然会有所提高，但是相应的韧性有下降， 本申请通过同时加入Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce，能够同时兼具高温强度和室温韧性。
所述Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce的具体加入量与FeCrAl基合金的具体组成相关，本 申请通过将Cr、Al及Si合金元素的总重量百分比含量≥16.1％且≤20.2％，不仅能够持较好的抗高温氧化性能，还能具有抗腐蚀性能，通过将Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分 比含量≥3.1％且≤6.2％，以便能够在制备FeCrAl基合金时析出大量弥散的Laves第二相粒子， 提高合金室温力学性能及高温强度。
本发明所述合金通过合理控制各个组分之间的比例，在此范围内的合金元素之间的相互 作用，不仅能够确保FeCrAl基合金的抗高温氧化性能，能够避免Cr、Al含量过高导致的合 金硬化及脆化倾向，同时兼具较高的高温强度和室温韧性。可在核动力反应堆中用作燃料元 件包壳、格架等堆芯结构体的材料。
进一步地，Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为3～4。
在该比例下，FeCrAl基具有较好力学、高温氧化等综合性能，为后续材料加工制备奠定 实现性基础。
进一步地，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～14.5％，Al：3.5～5.5％，Mo：2～3％，Nb：1～2.5％，Si：0.1～0.2％，Zr：0.1～0.5％，V：0.05～0.2％，Ga：0～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
进一步地，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～13％，Al：4.5～5.5％，Mo：2～3％，Nb：1～2.5％，Si：0.1～0.5％，Zr：0.2～ 0.5％，V：0.1～0.2％，Ga：0.02～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％， O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
进一步地，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～14.5％，Al：3.5～5.5％，Mo：2.5～3％，Nb：2.0～2.5％，Si：0.2～0.4％，Zr： 0.4～0.5％，V：0.1～0.2％，Ga：0.02～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％， O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
进一步地，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：13％，Al：5.0％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.2％，Ga：0.05％，Ce：0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将FeCrAl基合金的配方按比例混合，熔炼制备铸锭；
2)、上述铸锭进行高温均匀化退火温度，退火温度大于等于1125℃，保温时间大于等于 3.5h；
3)、去除均匀化退火后铸锭的表面氧化皮，将表面清洁处理后进行高温锻造，始锻温度： 大于等于1060℃，终锻温度：大于等于825℃，锻造比大于等于1.8；
4)、去除锻造后板材的表面氧化皮，将表面清洁处理后的板材进行热处理，热处理过程 为：770～800℃下处理1～2h；热处理后进行板材的热轧，热轧温度小于等于845℃，材料变 形量大于等于50％；
5)、将热轧后的板材进行热时效处理，具体时效温度为：700℃～800℃，时效时间为： 20h～100h；
6)、将热时效处理后的热轧板材进行冷轧，冷轧过程中的中间退火温度及最后退火温度 小于等于740℃，冷轧变形量大于等于40％。
在本发明所述制备方法中，满足以下两个条件，一是：合金热轧温度不高于845℃，变 形量不低于50％，且热轧后材料需要在700℃～800℃时效20h～100h后方可冷轧；二是：合 金冷轧过程中的中间退火温度及最终退火温度不高于740℃且变形量不低于40％。
本发明所述FeCrAl基合金中的合金元素之间的相互作用，结合低温轧制、长时间时效及 热处理等加工工艺，产生了非常好的效果：本发明合金经低温轧制、长时间时效及热处理工 艺加工后获得了细小弥散分布的Laves第二相，显著提高了合金的力学性能(室温强韧性及 高温强度)及合金组织的热稳定性。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述合金通过合理控制各个组分之间的比例，在此范围内的合金元素之间的相 互作用，不仅能够确保FeCrAl基合金的抗高温氧化性能，能够避免Cr、Al含量过高导致的 合金硬化及脆化倾向，同时兼具较高的高温强度和韧性。
2、本发明所述合金结合低温轧制、长时间时效及热处理等加工工艺，获得了细小弥散分 布的Laves第二相，显著提高了合金的力学性能(室温强韧性及高温强度)及合金组织的热 稳定性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一 步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的 限定。
实施例1：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5，Al：3.5％，Mo：2％，Nb：1％，Si：0.1％，Zr：0.1％，V：0.05％，Ga：0％， Ce：0.01％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质，其中，Cr、Al及Si 合金元素的总重量百分比含量为16.1％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为 3.1％，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为5.07。
实施例2：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：14.5％，Al：5.5％，Mo：3％，Nb：2.5％，Si：0.5％，Zr：0.5％，V：0.2％，Ga：0.05％， Ce：0.1％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质，其中，Cr、Al及Si合金元素的总重量百分比含量为20.5％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为6.2％，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为3.2。
实施例3：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：13％，Al：4.5％，Mo：3％，Nb：2.5％，Si：0.2％，Zr：0.5％，V：0.2％，Ga：0.05％，Ce：0.1％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质，其中，Cr、Al及Si 合金元素的总重量百分比含量为17.7％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为 5.8％，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为2.8。
实施例4：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：14.5％，Al：5.5％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质，其中，Cr、 Al及Si合金元素的总重量百分比含量为20.4％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比 含量为5.5％，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为3.6。
实施例5：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：13％，Al：5.0％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.2％，Ga：0.05％，Ce：0.1％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质，其中，Cr、Al及Si 合金元素的总重量百分比含量为18.4％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为 5.6％，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为3.2。
实施例1至实施例5的制备方法如下：
包括以下步骤：
1)、用工业纯铁和纯度大于99.9％的高纯合金按配方配料比例混合，用真空感应熔炼炉 熔炼制备20～30千克铸锭；
2)、上述铸锭进行高温均匀化退火温度，退火温度大于等于1125℃，保温时间大于等于 3.5h；
3)、去除均匀化退火后铸锭的表面氧化皮，将表面清洁处理后进行高温锻造，始锻温度： 大于等于1060℃，终锻温度：大于等于825℃，锻造比大于等于1.8；
4)、去除锻造后板材的表面氧化皮，将表面清洁处理后的板材进行热处理，热处理过程 为：770～800℃下处理1～2h；热处理后进行板材的热轧，热轧温度小于等于845℃，材料变 形量大于等于50％；
5)、将热轧后的板材进行热时效处理，具体时效温度为：700℃～800℃，时效时间为： 20h～100h；
6)、将热时效处理后的热轧板材进行冷轧，冷轧过程中的中间退火温度及最后退火温度 小于等于740℃，冷轧变形量大于等于40％。
对比例1#：
一种FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：14.5％，Al：5.5％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质。
对比例1#与实施例4的区别在于，不含Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％。
对比例2#：
一种FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：14.5％，Al：5.5％，Mo：3％，Nb：2.0％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％， 余量为Fe和杂质。
对比例2#与实施例4的区别在于，不含Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％。
对比例3#：
一种FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：14.5％，Al：5.5％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质。
对比例3#与实施例4的区别在于，不含Mo：3％，Nb：2.0％。
对比例4#：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：18％，Al：8％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质。
对比例4#与实施例4的区别在于，Cr：18％，Al：8％，即Cr、Al含量高于实施例4。
对比例5#：
一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：8％，Al：2.5％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.1％，Ga：0.02％，Ce：0.05％，C：0.008％，N：0.005％，O：0.003％，余量为Fe和杂质。
对比例5#与实施例4的区别在于，Cr：8％，Al：2.5％，即Cr、Al含量低于实施例4。
将实施例1至实施例5，对比例1#至5#进行抗高温氧化性能测试、高温强度测试、室温 韧性测试，测试结果如表1、表2所示：
表1实施例1至实施例5，对比例1#至5#的配方
表2施例1至实施例5，对比例1#至5#的效果对比
由表2的实验数据可知：
实施例1至实施例5均具有良好的抗高温氧化性能和热稳定性，同时兼具较好的高温强 度和室温韧性。
其中，实施例2、4、5的效果优于实施例1、3。
由实施例1至实施例5与对比例1#-3#对比可知：单纯降低Cr，Al的含量，不仅抗高温 氧化性能降低，而且高温强度也降低。
由实施例1至实施例5与对比例4#对比可知：当微量元素的含量不变时，增加Cr，Al的含量，会导致韧性降低。
由实施例1至实施例5与对比例5#对比可知：当微量元素的含量不变时，减少Cr，Al的含量，会导致抗高温氧化性能降低。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，由以下组分组成：
Cr，Al，Mo，Nb，Si，Zr，V，Ga，Ce，C，N，O，Fe，杂质，其中，Cr、Al及Si合金元素的总重量百分比含量为16.1％～20.5％，Mo、Nb、Zr及V合金元素的总重量百分比含量为3.1％～6.2％。
2.根据权利要求1所述的一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，所述Cr，Al含量的总和与Mo、Nb、Zr及V含量总和的比值为3～4。
3.根据权利要求1或2所述的一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～14.5％，Al：3.5～5.5％，Mo：2～3％，Nb：1～2.5％，Si：0.1～0.5％，Zr：0.1～0.5％，V：0.05～0.2％，Ga：0～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
4.根据权利要求3所述的一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～13％，Al：4.5～5.5％，Mo：2～3％，Nb：1～2.5％，Si：0.1～0.5％，Zr：0.2～0.5％，V：0.1～0.2％，Ga：0.02～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
5.根据权利要求3所述的一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：12.5～14.5％，Al：3.5～5.5％，Mo：2.5～3％，Nb：2.0～2.5％，Si：0.2～0.4％，Zr：0.4～0.5％，V：0.1～0.2％，Ga：0.02～0.05％，Ce：0.01～0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
6.根据权利要求3所述的一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金，其特征在于，按重量百分含量计，由以下组分组成：
Cr：13％，Al：5.0％，Mo：3％，Nb：2.0％，Si：0.4％，Zr：0.4％，V：0.2％，Ga：0.05％，Ce：0.1％，C：≤0.008％，N：≤0.005％，O：≤0.003％，余量为Fe和杂质。
7.一种如权利要求1至6任一项所述核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将FeCrAl基合金的配方按比例混合，熔炼制备铸锭；
2)、上述铸锭进行高温均匀化退火温度，退火温度大于等于1125℃，保温时间大于等于3.5h；
3)、去除均匀化退火后铸锭的表面氧化皮，将表面清洁处理后进行高温锻造，始锻温度：大于等于1060℃，终锻温度：大于等于825℃，锻造比大于等于1.8；
4)、去除锻造后板材的表面氧化皮，将表面清洁处理后的板材进行热处理，热处理过程为：770～800℃下处理1～2h；热处理后进行板材的热轧，热轧温度小于等于845℃，材料变形量大于等于50％；
5)、将热轧后的板材进行热时效处理，具体时效温度为：700℃～800℃，时效时间为：20h～100h；
6)、将热时效处理后的热轧板材进行冷轧，冷轧过程中的中间退火温度及最后退火温度小于等于740℃，冷轧变形量大于等于40％。
CN201710390479.8A 2017-05-27 2017-05-27 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法 Active CN107177780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710390479.8A CN107177780B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710390479.8A CN107177780B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107177780A true CN107177780A (zh) 2017-09-19
CN107177780B CN107177780B (zh) 2019-06-07

Family

ID=59836120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710390479.8A Active CN107177780B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107177780B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108188196A (zh) * 2017-12-04 2018-06-22 中国科学院金属研究所 一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法
CN108193033A (zh) * 2017-12-05 2018-06-22 中国科学院金属研究所 一种核燃料包壳材料FeCrAl合金的热处理工艺
CN109811116A (zh) * 2019-02-21 2019-05-28 中国核动力研究设计院 一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米晶材料的制备方法
CN110541090A (zh) * 2019-10-17 2019-12-06 太原钢铁(集团)有限公司 一种提高镍基合金腐蚀性能的方法
CN111826590A (zh) * 2020-06-08 2020-10-27 东莞材料基因高等理工研究院 一种Fe23Zr6和Fe2M-Laves相共强化的FeCrAl不锈钢及其制备方法
CN112981273A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 韩电原子力燃料株式会社 铁素体合金及利用其制造核燃料包壳管的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106399846A (zh) * 2016-10-12 2017-02-15 苏州热工研究院有限公司 核反应堆燃料包壳材料用FeCrAl合金材料

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106399846A (zh) * 2016-10-12 2017-02-15 苏州热工研究院有限公司 核反应堆燃料包壳材料用FeCrAl合金材料

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN LIM等: "Design of alumina forming FeCrAl steels for lead or lead-bismuth", 《JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS》 *
Y. YAMAMOTO等: "Development and property evaluation of nuclear grade wrought FeCrAl fuel cladding for light water reactors", 《JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108188196A (zh) * 2017-12-04 2018-06-22 中国科学院金属研究所 一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法
CN108188196B (zh) * 2017-12-04 2019-10-11 中国科学院金属研究所 一种FeCrAl/Zr双金属复合管及其制备方法
CN108193033A (zh) * 2017-12-05 2018-06-22 中国科学院金属研究所 一种核燃料包壳材料FeCrAl合金的热处理工艺
CN109811116A (zh) * 2019-02-21 2019-05-28 中国核动力研究设计院 一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米晶材料的制备方法
CN109811116B (zh) * 2019-02-21 2020-06-09 中国核动力研究设计院 一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米晶材料的制备方法
CN110541090A (zh) * 2019-10-17 2019-12-06 太原钢铁(集团)有限公司 一种提高镍基合金腐蚀性能的方法
CN112981273A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 韩电原子力燃料株式会社 铁素体合金及利用其制造核燃料包壳管的方法
US11603584B2 (en) 2019-12-18 2023-03-14 Kepco Nuclear Fuel Co., Ltd. Ferritic alloy and method of manufacturing nuclear fuel cladding tube using the same
CN111826590A (zh) * 2020-06-08 2020-10-27 东莞材料基因高等理工研究院 一种Fe23Zr6和Fe2M-Laves相共强化的FeCrAl不锈钢及其制备方法
CN111826590B (zh) * 2020-06-08 2022-07-08 东莞材料基因高等理工研究院 一种Fe23Zr6和Fe2M-Laves相共强化的FeCrAl不锈钢及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107177780B (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107177780B (zh) 一种核燃料组件包壳材料FeCrAl基合金及其制备方法
CN106987780B (zh) 一种核反应堆包壳用FeCrAl基合金材料及其制备方法
CN106995902B (zh) 一种FeCrAl基合金包壳材料及其制备方法
CN107058872B (zh) 一种核反应堆堆芯用FeCrAl基合金材料及其制备方法
Sun et al. Study on high temperature creep behavior of the accident-resistant cladding Fe–13Cr–4Al-1.85 Mo-0.85 Nb alloy
CN109652628B (zh) 一种核燃料包壳用FeCrAl合金及其制备和晶粒尺寸控制方法
CN105821250A (zh) 一种高强度镍基高温合金及其制造方法
CN104878248B (zh) 高温合金625h及其工艺制作方法
CN113430445A (zh) 一种FeCrNiAlMoNb高熵合金及其制备方法
CN108779538A (zh) 高强度Fe-Cr-Ni-Al多相不锈钢及其制造方法
CN105506489A (zh) 一种抗高温氧化的铁素体耐热不锈钢及其制造方法
CN106282784A (zh) 具有低中子吸收的超高铝抗辐照耐热铁素体不锈钢合金材料及其制备方法
CN107217197B (zh) 一种先进核燃料元件包壳用FeCrAl基合金材料及其制备方法
CN107142423B (zh) 一种耐事故核燃料组件结构材料FeCrAl基合金及其制备方法
JP6535752B2 (ja) 多段熱間圧延を適用した核燃料用ジルコニウム部品の製造方法
CN107746993A (zh) 一种高强度高塑性α+β型钛合金及其制备方法
CN108624820B (zh) 强塑积大于45 GPa·%的汽车用高强韧钢及制备方法
CN107236904B (zh) 一种核反应堆堆芯用FeCrAl基合金材料及其制备方法
Qiu et al. Effects of heating rates and alloying elements (Sn, Cu and Cr) on the α→ α+ β phase transformation of Zr–Sn–Nb–Fe–(Cu, Cr) alloys
CN107142421B (zh) 一种耐事故核电燃料元件用FeCrAl基合金及其制备方法
CN109913758A (zh) 高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法
CN107142424B (zh) 一种核反应堆结构材料用FeCrAl基合金材料及其制备方法
CN107142422B (zh) 一种核反应堆堆芯用FeCrAl基合金及其制备方法
CN107217205B (zh) 一种核反应堆燃料元件包壳用FeCrAl基合金材料及其制备方法
JP2010133024A (ja) 高温強度特性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant