CN110373573B - 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法 - Google Patents

核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110373573B
CN110373573B CN201910742146.6A CN201910742146A CN110373573B CN 110373573 B CN110373573 B CN 110373573B CN 201910742146 A CN201910742146 A CN 201910742146A CN 110373573 B CN110373573 B CN 110373573B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
gadolinium
tungsten
alloy material
rich
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.)
Active
Application number
CN201910742146.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110373573A (zh
Inventor
肖学山
武昭妤
潘杰
梅其良
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.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
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 University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201910742146.6A priority Critical patent/CN110373573B/zh
Publication of CN110373573A publication Critical patent/CN110373573A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110373573B publication Critical patent/CN110373573B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/053—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 30% but less than 40%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals
    • G21F1/085—Heavy metals or alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比组成：C≤0.1％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，W：5.0‑35.0％，Cr：5.0～30.0％，Gd：0.5～10.0％，其余部分为镍和不可避免的杂质。本发明还涉及一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，经配料和真空感应熔炼工艺得到合金熔体；经浇铸成型，再经热锻、热轧和退火处理工艺，最终制得一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料棒材或板材。本发明富钆镍钨基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良的优点。本发明富钆镍钨基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，材料易加工。

Description

核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍基合金材料及制备方法，特别是涉及一种热中子和γ射线协同屏蔽的富钆镍钨基材料及制备方法，应用于核功能特种合金材料技术领域。
背景技术
环境和能源是人类赖以生存的基础。核能是一种能量密度高、洁净、低碳的能源，是保障国家能源安全、促进节能减排的重要手段，大力发展核能已成为我国能源中长期发展规划的战略重点。在核反应堆堆芯，当易裂变同位素的浓度降到无法维持既定功率时，堆芯中的燃料变成乏燃料需要卸出。随着大部分的乏燃料因为工作年限到期被核电站卸出，在堆贮存水池容量日近饱和，因而乏燃料的去向处理问题成为了全球的难题。核反应堆卸出的乏燃料具有极强的放射性，伴有一定的中子和γ射线放射性，并伴随放出热量。根据核燃料闭路循环方式，乏燃料组件从反应堆卸出后，一般在乏燃料水池贮存一定时间后外运至离堆贮存设施贮存，或直接运往后处理厂处理、处置。通常每台百万千瓦级核电机组每年可卸出25吨乏燃料，目前我国积累的乏燃料已达到1000吨以上；按照我国目前核电发展规模和速度测算，到2020年我国将累计产生乏燃料7500吨～1万吨，2030年将达到2～2.5万吨。目前广泛使用的用作反应堆乏燃料贮运用的是硼钢，近年已能连铸生产质量分数为0.6％B和1.0％B的奥氏体不锈钢，其强度高、耐蚀性优良、吸收中子能力良好。但是，硼在不锈钢中的溶解度低，过量的硼加入会析出硼化物(Fe、Cr)2B，导致热延性大大降低，而且制备出更高硼含量的硼钢是非常困难的。B4C/Al中子吸收材料存在工艺复杂、B4C与Al严重的界面反应、耐腐蚀、抗辐照能力、以及使用过程中的老化等问题，限制了中子吸收材料的运用和发展。目前，核电工业迫切需要一种生产工艺简单，易加工，塑韧性好的热中子和γ射线协同屏蔽材料。
核辐射屏蔽材料的主要作用是吸收或减弱中子和γ射线。对于中子，由于经过压力壳和密封仓后，大部分中子已被慢化为热中子或超热中子，此类中子需要热中子吸收截面较大的材料进行有效吸收而不致于溢出，因此急需开发一种新型的核屏蔽用的核功能特种合金材料。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法，具体涉及一种反应堆乏燃料贮运用特种镍基合金热中子和γ射线协同屏蔽材料及其制备工艺，本发明富钆镍钨基合金材料的相容性好，强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照，生产工艺简单，易加工。本发明富钆镍钨基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，材料易加工。
为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：
热中子和γ射线协同屏蔽需用有较大中子俘获截面元素的材料，钆元素的中子等效吸收截面最大，可达36300靶之髙，每个原子约4600靶，具有较好的热稳定性、热中子辐射稳定，钆化合物不像碳化硼那样产生有害的副产品氘。钆无毒性，制造过程无污染，钆元素吸收中子后不会造成材料肿胀，同时钨对γ射线具有屏蔽作用。根据镍、铬、钨、钆合金化原理，本发明通过大量试验研究发现，在镍基奥氏体合金真空感应熔炼过程中，加入合适比例的镍、铬、钨、钆可制备得到高钆和高钨含量耐腐蚀性能优良的镍钨基合金材料，该材料主要由奥氏体和沿奥氏体晶界分布的(Ni,Cr)5Gd金属间化合物组成。本发明富钆镍钨基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良的优点。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比组成：C≤0.1％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，W：5.0-35.0％，Cr：5.0～30.0％，Gd：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
作为本发明优选的技术方案，核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的主要成分按照如下质量百分比组成：C:0.002～0.05％，N≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，W：15.0～25.0％，Cr：10.0～20.0％，Gd：0.5～5.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
作为本发明进一步优选的技术方案，核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的主要成分按照如下质量百分比组成：C:0.02～0.03％，N:0.004～0.008％，S:0.003～0.008％，P:0.003～0.008％，W：18.0～22.0％，Cr：15.0～18.0％，Gd：2.0～4.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
作为本发明优选的技术方案，核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的富钆镍钨基合金组织中主要由奥氏体和第二相(Ni,Cr,W)5Gd金属间化合物组成。
作为本发明优选的技术方案，核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的富钆镍钨基合金中第二相(Ni,Cr,W)5Gd在基体中沿奥氏体晶界分布。
一种本发明核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.1％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，W：5.0-30.0％，Cr：5.0～30.0％，Gd：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质；将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得核屏蔽用富钆镍钨基合金材料棒材或板材。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C:0.002～0.05％，N≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，W：15.0～25.0％，Cr：10.0～20.0％，Gd：0.5～5.0％，原料中还包含镍和不可避免的杂质。
作为本发明进一步优选的技术方案，在所述步骤a中，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C:0.02～0.03％，N:0.004～0.008％，S:0.003～0.008％，P:0.003～0.008％，W：18.0～22.0％，Cr：15.0～18.0％，Gd：2.0～4.0％，原料中还包含镍和不可避免的杂质。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.与传统的硼钢或B4C/Al基复合材料相比，本发明方法采用真空感应熔炼工艺，经综合配料和熔制过程中形成(Ni,Cr)5Gd，同时含有较高的钨，经浇铸成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料棒材或板材；本发明反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良的特点；
2.本发明反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料在其成分范围内的钢经热轧和退火处理后，其室温拉伸断裂强度在650～1050Mpa范围，断后伸长率在20.0-50.0％，耐腐蚀性及热加工性能优良；因钆是稀土元素中热中子俘获截面最大的元素，通过实验表明，本发明与传统的硼钢或B4C/Al基复合材料相比，在同样材料厚度下，本发明富钆镍钨基合金屏蔽性能更好，W具备优良的屏蔽γ射线的作用；因此在相同屏蔽效果下，本发明富钆镍钨基合金可以做到轻薄质轻是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种高效率热中子和γ射线协同屏蔽材料；
3.本发明反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料相容性好，强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照，生产工艺简单；本发明富钆镍钨基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，材料易加工。
附图说明
图1为本发明实施例一富钆镍钨基合金材料金相的电镜扫描图片。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，N：0.004％，S：0.003％，P：0.020％，W：20.0％，Cr：15.0％，Gd：3.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000041
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得核屏蔽用富钆镍钨基合金材料棒材。
实验测试分析
参见图1，本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的富钆镍钨基合金组织中主要由奥氏体和第二相(Ni,Cr,W)5Gd金属间化合物组成。富钆镍钨基合金中第二相(Ni,Cr,W)5Gd在基体中沿奥氏体晶界分布。本实施例采用真空感应熔炼工艺，经综合配料熔制过程中形成(Ni,Cr)5Gd后，经浇铸成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料棒材。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的特种钢基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于750MPa，断裂延伸率大于30.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。因钆是稀土元素中热中子俘获截面最大的元素，通过实验表明，与传统的硼钢或B4C/Al基复合材料相比，在同样材料厚度下，本实施例富钆镍钨基合金屏蔽性能更好，W具备优良的屏蔽γ射线的作用。因此在相同屏蔽效果下，本实施例富钆镍钨基合金可以做到轻薄质轻是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种高效率热中子和γ射线协同屏蔽材料。本实施例反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料相容性好，强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照，生产工艺简单。本实施例富钆镍钨基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，材料易加工。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.002％，N：0.004％，S：0.003％，P：0.020％，W：5.0％，Cr：20.0％，Gd：1.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000051
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
本实施例采用真空感应熔炼工艺，经综合配料熔制过程中形成(Ni,Cr)5Gd后，经浇铸成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料棒材。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的富钆镍钨基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于700MPa，断裂延伸率大于40.0％。本实施例制备的富钆镍钨基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.002％，N：0.004％，S：0.003％，P：0.020％，W：15.0％，Cr：30.0％，Gd：2.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000061
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的特种钢基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于720MPa，断裂延伸率大于35.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，N：0.004％，S：0.003％，P：0.020％，W：25.0％，Cr：25.0％，Gd：4.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000062
Figure BDA0002164317040000071
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的富钆镍钨基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于800.0MPa，断裂延伸率大于25.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.03％，N：0.005％，S：0.003％，P：0.030％，W：35.0％，Cr：20.0％，Gd：3.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000072
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的富钆镍钨基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于850.0MPa，断裂延伸率大于20.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
实施例六
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.03％，N：0.008％，S：0.008％，P：0.008％，W：22.0％，Cr：18.0％，Gd：4.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000081
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的富钆镍钨基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于800.0MPa，断裂延伸率大于25.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
实施例七
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.03％，N：0.004％，S：0.003％，P：0.003％，W：18.0％，Cr：18.0％，Gd：4.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Figure BDA0002164317040000091
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的富钆镍钨基合金材料棒材的室温拉伸断裂强度大于750.0MPa，断裂延伸率大于25.0％。本实施例制备的特种钢基合金材料的力学和耐蚀性能优于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，可以用作反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量。
综上所述，上述实施例反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C:0.002～0.05，N≤0.01，S≤0.01，P≤0.01，W：5.0～30.0，Cr：5.0～30.0，Gd：0.5～5.0，其余部分为镍和不可避免的杂质。经配料和真空感应熔炼工艺得到合金熔体；经浇铸成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种反应堆乏燃料贮运用富钆镍钨基合金材料棒材或板材。本发明上述实施例富钆镍钨基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良等优点。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：C:0.002～0.1%， N: 0.004～0.05%，S≤0.03%，P≤0.03%，W：5.0-35.0%，Cr：5.0～30.0%，Gd：0.5～10.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质；富钆镍钨基合金组织中主要由奥氏体和第二相（Ni,Cr,W）5Gd金属间化合物组成；富钆镍钨基合金中第二相（Ni,Cr,W）5Gd在基体中沿奥氏体晶界分布。
2.根据权利要求1所述核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：C:0.002～0.05%， N: 0.004～0.01%，S≤0.01%，P≤0.01%，W：15.0～25.0%，Cr：10.0～20.0%，Gd：0.5～5.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述核屏蔽用富钆镍钨基合金材料，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：
C:0.02～0.03%，N: 0.004～0.008%，S: 0.003～0.008%，P: 0.003～0.008%，W：18.0～22.0%，Cr：15.0～18.0%，Gd：2.0～4.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1所述核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料： C:0.002～0.1%， N: 0.004～0.05%，S≤0.03%，P≤0.03%，W：5.0-30.0%，Cr：5.0～30.0%，Gd：0.5～10.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质；将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b. 将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得核屏蔽用富钆镍钨基合金材料棒材或板材。
5.根据权利要求4所述核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C:0.002～0.05%，N: 0.004～0.01%，S≤0.01%，P≤0.01%，W：15.0～25.0%，Cr：10.0～20.0%，Gd：0.5～5.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述核屏蔽用富钆镍钨基合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C:0.02～0.03%，N: 0.004～0.008%，S: 0.003～0.008%，P: 0.003～0.008%，W：18.0～22.0%，Cr：15.0～18.0%，Gd：2.0～4.0%，其余成分为镍和不可避免的杂质。
CN201910742146.6A 2019-08-13 2019-08-13 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法 Active CN110373573B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910742146.6A CN110373573B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910742146.6A CN110373573B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110373573A CN110373573A (zh) 2019-10-25
CN110373573B true CN110373573B (zh) 2021-06-04

Family

ID=68258996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910742146.6A Active CN110373573B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110373573B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113235012B (zh) * 2021-04-25 2021-12-17 四川大学 一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法
CN115449668A (zh) * 2022-08-01 2022-12-09 上海大学 一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法
CN115418530B (zh) * 2022-09-02 2023-11-17 上海核工程研究设计院股份有限公司 一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2038359B (en) * 1978-11-20 1983-05-25 Unitek Corp Dental restorations using castings of nonprecious metals
FR2665077A1 (fr) * 1990-07-26 1992-01-31 Bourrelly Georges Alliage pour protheses dentaires, a base de nickel-chrome-tungstene-beryllium.
US6730180B1 (en) * 2000-09-26 2004-05-04 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Neutron absorbing alloys
CN101600814A (zh) * 2006-12-29 2009-12-09 阿海珐核能公司 对镍基合金，尤其是用于核反应堆燃料组件及用于核反应堆的镍基合金的环境辅助开裂进行脱敏的热处理方法以及用如此处理的合金制造的部件
CN101629256A (zh) * 2009-07-20 2010-01-20 苏州大学 一种用于核电阀门密封面的镍铬合金
CN101838758A (zh) * 2010-05-24 2010-09-22 苏州大学 一种无钴镍基合金
JP2013001997A (ja) * 2011-06-22 2013-01-07 Hitachi Powdered Metals Co Ltd Ｎｉ基焼結合金およびその製造方法
CN103334033A (zh) * 2013-06-14 2013-10-02 丹阳市华龙特钢有限公司 一种单晶镍基高温合金的成份及其制备方法
CN105112727A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 中国科学院上海应用物理研究所 一种耐熔盐腐蚀镍基变形高温合金及其制备方法
CN106086692A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 上海大学 反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料及其制备方法
CN106282784A (zh) * 2016-10-25 2017-01-04 上海大学 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
CN106881540A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 海宁瑞奥金属科技有限公司 一种镍基合金、焊材
CN108411230A (zh) * 2018-03-02 2018-08-17 河北工业大学 一种增强多晶Ni3Al基高温合金热疲劳性能的热处理方法
CN109136652A (zh) * 2017-06-15 2019-01-04 宝钢特钢有限公司 核电关键设备用镍基合金大截面棒材及其制造方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2038359B (en) * 1978-11-20 1983-05-25 Unitek Corp Dental restorations using castings of nonprecious metals
FR2665077A1 (fr) * 1990-07-26 1992-01-31 Bourrelly Georges Alliage pour protheses dentaires, a base de nickel-chrome-tungstene-beryllium.
US6730180B1 (en) * 2000-09-26 2004-05-04 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Neutron absorbing alloys
CN101600814A (zh) * 2006-12-29 2009-12-09 阿海珐核能公司 对镍基合金，尤其是用于核反应堆燃料组件及用于核反应堆的镍基合金的环境辅助开裂进行脱敏的热处理方法以及用如此处理的合金制造的部件
CN101629256A (zh) * 2009-07-20 2010-01-20 苏州大学 一种用于核电阀门密封面的镍铬合金
CN101838758A (zh) * 2010-05-24 2010-09-22 苏州大学 一种无钴镍基合金
JP2013001997A (ja) * 2011-06-22 2013-01-07 Hitachi Powdered Metals Co Ltd Ｎｉ基焼結合金およびその製造方法
CN103334033A (zh) * 2013-06-14 2013-10-02 丹阳市华龙特钢有限公司 一种单晶镍基高温合金的成份及其制备方法
CN105112727A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 中国科学院上海应用物理研究所 一种耐熔盐腐蚀镍基变形高温合金及其制备方法
CN106881540A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 海宁瑞奥金属科技有限公司 一种镍基合金、焊材
CN106086692A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 上海大学 反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料及其制备方法
CN106282784A (zh) * 2016-10-25 2017-01-04 上海大学 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
CN109136652A (zh) * 2017-06-15 2019-01-04 宝钢特钢有限公司 核电关键设备用镍基合金大截面棒材及其制造方法
CN108411230A (zh) * 2018-03-02 2018-08-17 河北工业大学 一种增强多晶Ni3Al基高温合金热疲劳性能的热处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A New Ni-Cr-Mo-Based Gadolinium Structural Alloy for Neutron Adsorption Application in Radioactive Material Packages;Paul McConnell;《Pressure Vessels and Piping Division Conference》;20060731;453-462 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110373573A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110373573B (zh) 核屏蔽用富钆镍钨基合金材料及其制备方法
CN110396624B (zh) 核屏蔽用富硼镍钨基合金材料及其制备方法
CN100398685C (zh) 一种适应于聚变堆的结构钢材料
CN110273098B (zh) 核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法
CN110273085B (zh) 反应堆乏燃料贮运用富钆镍基合金材料及其制备方法
Choi et al. Fabrication of Gd containing duplex stainless steel sheet for neutron absorbing structural materials
CN102268582B (zh) 具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料
WO2024045939A1 (zh) 一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法
US4040876A (en) High temperature alloys and members thereof
CN116288047A (zh) 一种具有优异热加工性的核屏蔽用富钆铁镍基合金材料及其制备方法
CN114457289A (zh) 一种核能用含锡耐热铁素体不锈钢合金材料及其制备方法
CN107699810B (zh) 一种基于多因素耦合的低活化结构材料及其设计方法
CN115449668A (zh) 一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法
CN115011839B (zh) 一种核屏蔽用钛钆合金材料、其制备方法及其应用
CN115478220A (zh) 一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法
JPH08165545A (ja) 中性子照射下で使用される構造部材
KR20090017777A (ko) 제4세대 핵분열 원자로 및 핵융합 원자로 노심부품 소재용농축 보론-11을 함유하는 중성자 조사안정성이 향상된고크롬 페라이트/마르텐사이트 강
CN113234984A (zh) 一种Fe-Ni-Cr-Mo基耐热蚀合金材料及其制备方法
CN115466897B (zh) 一种核屏蔽用奥氏体中熵合金材料及其制备方法
CN115161530B (zh) 一种合金钢及其制备方法与应用
CN114574747B (zh) 核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法
Jung Relevance of the displacement damage concept for the evaluation of radiation effects in metals
Schmidt et al. Review of the Development and Testing of a New Family of Boron and Gadolinium-bearing Dual Thermal Neutron Absorbing Alloys-13026
CN102260813A (zh) 具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料
JPS6338553A (ja) 熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金

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
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Xiao Xueshan

Inventor after: Wu Zhaoyu

Inventor after: Pan Jie

Inventor after: Mei Qiliang

Inventor before: Xiao Xueshan

Inventor before: Wu Zhaoyu

Inventor before: Pan Jie

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant