一种用于高温或超高温气冷堆蒸汽发生器的合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高温或超高温气冷堆蒸汽发生器的合金及其制备方法，该合金成分及其重量百分比为：C：0.06～0.10％，P≤0.02％，S≤0.012％，Cr：20.5～23.0％，Ni≥47.5％，Mo：8.5～9.5％，W：0.3～1.0％，Al≤0.15％，Ti≤0.10％，Fe：17.0～20.0％，B：0.001～0.002％，Co≤1.40％，余量为不可避免的杂质。本发明专利技术通过优化合金配比，大大提高了锻件、热轧棒材的组织的均匀性，达到高温气冷堆、超高温气冷堆对高温材料的高综合性能指标的要求。对高温材料的高综合性能指标的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温或超高温气冷堆蒸汽发生器的合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于Ni
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Cr
‑
Mo高温合金冶炼加工
，具体涉及一种高温气冷堆、超高温气冷堆蒸汽发生器用高温合金及其锻件、热轧棒材制造工艺。

技术介绍

[0002]核电属于先进的清洁能源，是国家能源战略重要的组成部分，是实现国家节能减排“双碳”目标的最重要举措之一。高温气冷堆核电站具有安全性高、系统简单、发电效率较高、用途广泛、经济竞争性较强等特点，是未来能源市场需要的第四代先进核反应堆堆型之一。
[0003]高温气冷堆核电站中的蒸汽发生器的入口氦气温度高达750℃，使蒸汽发生器入口腔室以及换热组件中零部件的长时工作温度也达到570℃，超高温气冷堆核电站中的蒸汽发生器的入口氦气温度高达950℃，使蒸汽发生器入口腔室以及换热组件中零部件的长时工作温度则达到650℃。
[0004]要生产满足高温气冷堆、超高温气冷堆设计要求的锻件或热轧棒材产品，对锻件或热轧棒材料的室温性能、950℃甚至以上瞬时性能、950℃持久性能、组织稳定性、腐蚀性能等提出了苛刻的要求，普通的奥氏体不锈钢及镍基合金已不能满足该使用要求。
[0005]GH3536镍－铬－钼耐蚀合金(美国牌号：Hastelloy X)是高温气冷堆蒸汽发生器制造的主要候选材料之一，它是一种Mo含量较高的Ni
‑
Cr
‑
Mo固溶强化型镍基耐蚀合金，不仅含有较高的Cr、Ni元素，而且有较高的Mo和W元素，使得GH3536合金化程度较高。GH3536的化学成分为：C：0.05～0.15％，Cr：20.5～23.0％，Ni：余量，Co：0.50
‑
2.50％，W：0.2～1.00％，Mo：8.0～10.0％，Al≤0.5％，Ti≤0.15％，Fe：17.0～20.0％，B≤0.010％，Cu≤0.50％，Mn≤1.00％，Si≤1.00％，P≤0.025％，S≤0.015％。
[0006]GH3536镍－铬－钼耐蚀合金若采用常规的锻造、热轧加工方法，从合金的冶炼、热加工和热处理的工艺角度考虑，具有相当大的难度，特别是要制造出满足高温气冷堆蒸汽发生器、超高温气冷堆蒸汽发生器的制造要求的GH3536合金锻件或热轧棒材产品难度更大。

技术实现思路

[0007]针对高温气冷堆、超高温气冷堆蒸汽发生器对合金高温性能的要求，本专利技术从成分优化的角度来改善合金的纯净度及热加工性能从而能生产出符合高温气冷堆、超高温气冷堆设计要求的锻件和热轧棒材产品。
[0008]本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种用于高温气冷堆或超高温气冷堆蒸汽发生器的合金，其成分及其重量百分比为：C：0.06～0.10％，P≤0.02％，S≤0.012％，Cr：20.5～23.0％，Ni≥47.5％，Mo：8.5～9.5％，W：0.3～1.0％，Al≤0.15％，Ti≤0.10％，Fe：17.0～20.0％，B：0.001～0.002％，Co
≤1.40％，余量为不可避免的杂质。
[0010]在一些实施例中，该合金的成分中还含有：0＜Si≤0.3％，0＜Mn≤0.4％，0＜Cu≤0.3％中的至少一种，所述百分比为重量百分比。
[0011]在一些实施例中，Al+Ti≤0.1％。
[0012]本专利技术还提供了上述合金在制备高温气冷堆、超高温气冷堆蒸汽发生器用合金锻件或热轧棒材中的用途。尤其是在制备超高温气冷堆蒸汽发生器用合金锻件或热轧棒材中的用途。
[0013]本专利技术还提供了一种采用上述合金制备的高温气冷堆、超高温气冷堆蒸汽发生器用合金锻件或热轧棒材。
[0014]在一些实施例中，该合金锻件的组织均匀，晶粒度3
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5级。
[0015]在一些实施例中，该热轧棒材的组织均匀，晶粒度4
‑
7级。
[0016]在一些实施例中，该合金锻件的室温抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥300MPa，延伸率≥40％；950℃的高温抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥190MPa，延伸率≥90％；950℃外推105小时持久强度≥72.5MPa。
[0017]在一些实施例中，该热轧棒材的室温抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥300MPa，延伸率≥40％；950℃的高温抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥190MPa，延伸率≥90％；950℃外推105小时持久强度≥72.5MPa。
[0018]在一些实施例中，合金锻件和热轧棒材需逐支进行UT、液体渗透检验，表面不允许出现渗透缺陷。
[0019]在本专利技术合金的成分设计中：
[0020]C：C元素是强烈形成、稳定并扩大奥氏体的重要合金元素。一方面，C元素易与合金中的Cr形成Cr的碳化物容易导致合金产生晶间腐蚀问题，而高温气冷堆中的锻件不允许产生晶间腐蚀缺陷，因此合金中的C含量不易过高。另一方面，C元素又是间隙型固溶强化的重要合金元素，高温气冷堆中的部件对合金的950℃高温强度和持久强度有特殊要求：热气导管内外存在较大的压力差，同时工作温度高达950℃条件下需长期服役，在此高温下需要C元素与Mo、W等高温强化元素形成碳化物以增强合金在950℃工作温度下的高温持久强度，所以C含量也不能过低。因此，本专利技术控制C含量为0.06～0.10％。
[0021]Mo：Mo元素可提高合金的固溶强度，但Mo元素也是易偏析元素，同时也可促进金属间有害相的析出，导致合金塑性降低，不易添加过高。本专利技术控制Mo含量为8.5～9.5％。
[0022]W：W元素作为难熔金属元素，其熔点高达3380℃以上，同时可以与C元素等形成化合物提高合金固溶强度，但考虑到W元素在950℃下，μ相的析出消耗较多固溶强化元素W，降低了合金抗拉强度、提高拉伸塑性，所以为满足950℃工作温度下合金抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥190MPa，W元素控制在0.3～1.0％。
[0023]Al、Ti：Al和Ti主要影响合金位错并与Ni形成Ni3(Al、Ti)强化相来提高合金强度。本专利技术通过控制Al和Ti的加入总量，促进合金形成Ni3(Al、Ti)强化相，并对位错起到钉扎作用，控制合金晶粒尺寸的长大，提高合金在950℃高温瞬时强度和950℃高温持久强度。另一方面，Al和Ti化学活动性大，Al和Ti的加入量过高，焊接过程中Al、Ti易和C、N、O和S形成脆性的化合物，导致焊接中产生焊接裂纹，降低材料焊接性能，同时Al和Ti熔炼中易于烧损。为提高合金综合性能，本专利技术控制Al≤0.15％，Ti≤0.10％，且Al+Ti总量在≤0.1％范
围内，综合性能更佳。
[0024]B：添加适量的B合金，主要作用是净化晶界，增强合金高温下长时的持久性能，但B过量会产生B脆性夹杂影响合金塑性。因此，本专利技术控制B含量为0.001～0.002％。
[0025]Co：Co元素也可以起到固溶强化作用，但在核电场中的辐照环境下，会受到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高温气冷堆或超高温气冷堆蒸汽发生器的合金，其特征在于，其成分及其重量百分比为：C：0.06～0.10％，P≤0.02％，S≤0.012％，Cr：20.5～23.0％，Ni≥47.5％，Mo：8.5～9.5％，W：0.3～1.0％，Al≤0.15％，Ti≤0.10％，Fe：17.0～20.0％，B：0.001～0.002％，Co≤1.40％，余量为不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，该合金的成分中还含有：0＜Si≤0.3％，0＜Mn≤0.4％，0＜Cu≤0.3％中的至少一种，所述百分比为重量百分比。3.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，Al+Ti≤0.1％。4.权利要求1
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3任一项合金制备的高温气冷堆或超高温气冷堆蒸汽发生器用合金锻件。5.根据权利要求4所述的合金锻件，其特征在于：该合金锻件的组织均匀，晶粒度3
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5级；该合金锻件的室温抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥300MPa，延伸率≥40％；950℃的高温抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥190MPa，延伸率≥90％；950℃外推105小时持久强度≥72.5MPa。6.权利要求4或5所述的合金锻件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)冶炼：合金采用真空冶炼浇铸成电极棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洪志，伍龙燕，汪景新，肖三平，孟剑，张进，周振德，周勤，罗宝军，张振鲁，许杰，孙惠敏，
申请(专利权)人：华能核能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：