一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料及其制备方法；包壳管材料包括元素Fe、Cr、Ni、Mn、Ti、Mo、Al、C、Si、B，其中它们在材料中的质量百分比分别为：0.04％≤C≤0.08％、15.0％≤Cr≤17.0％、14.0％≤Ni≤16.0％、0.3％≤Si≤0.5％、1.0％≤Mn≤1.2％、0.2％≤Ti≤0.5％、1.3％≤Mo≤1.5％、0.003％≤B≤0.004％、0≤Al≤0.3％，且Ti和C的质量百分含量之比Ti/C为(4

【技术实现步骤摘要】
一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及核材料
，尤其涉及一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料组件是铅基反应堆最为核心的部件之一，工作环境苛刻。因其与液态铅基冷却剂直接接触，这就要求燃料组件结构材料不仅要耐高温、抗辐照，还应具有优异的抗液态金属腐蚀性能。15Cr
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15Ni系列含Ti奥氏体不锈钢组织稳定性好、加工性能优异、使用温度高、抗辐照损伤剂量最大可达150dpa，具有良好的应用前景，是铅基快堆包壳管的主要候选结构材料之一。但目前15
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15Ti合金的应用经验大多来自于钠冷快堆。与钠冷快堆相比，铅基快堆所用的冷却剂(铅和铅铋共晶合金)具有更强的腐蚀性。因此，若作为铅基快堆包壳管材料，15
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15Ti合金的耐液态金属腐蚀性能还需进行进一步的优化和提高。
[0003]为了提高15
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15Ti奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能，普遍采用通过调整或添加Si、Ti、Mn、Al等合金元素成分来改善。为了改善铅铋腐蚀性能的材料成分设计往往会影响材料的其他重要性能如力学性能、辐照组织稳定性等。国内外对15
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15Ti成分范围尚未统一，需要开发一种在不影响力学性能、焊接性能等重要结构材料特性的基础上，满足铅基反应堆燃料组件用的具有耐蚀性、组织均匀、表面质量优良的不锈钢包壳管材料及其制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管及其制备方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料，包括元素Fe、Cr、Ni、Mn、Ti、Mo、Al、C、Si、B，其中它们在材料中的质量百分比分别为：0.04％≤C≤0.08％、15.0％≤Cr≤17.0％、14.0％≤Ni≤16.0％、0.3％≤Si≤0.5％、1.0％≤Mn≤1.2％、0.2％≤Ti≤0.5％、1.3％≤Mo≤1.5％、0.003％≤B≤0.004％、0≤Al≤0.3％，且Ti和C的质量百分含量之比Ti/C为(4
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6):1；余量为Fe。
[0006]优选地，不锈钢包壳管材料的全部杂质元素的总质量百分含量不高于0.03％；所述杂质元素中，P的质量百分比不高于0.01％、N的质量百分比不高于0.003％、S的质量百分比不高于0.0015％、O的质量百分比不高于0.0015％。
[0007]一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、称料：以多晶硅、镍板、纯铁、钼条、金属铬、碳、金属铝、余硅、金属锰、硼铁合金和海绵钛为原料，其中硼铁合金中硼元素的质量百分比为15
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20％；原料之间的配比满足其元素的质量百分比：0.04％≤C≤0.08％、15.0％≤Cr≤17.0％、14.0％≤Ni≤16.0％、0.3％≤Si≤0.5％、1.0％≤Mn≤1.2％、0.2％≤Ti≤0.5％、1.3％≤Mo≤1.5％、0.003％≤B≤0.004％、0≤Al≤0.3％，且Ti和C的质量百分含量之比Ti/C为(4
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6):1；余量为Fe；多晶硅和余硅的质量百分比之和为0.3
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0.5％；
[0009]S2、真空感应熔炼：先将多晶硅、镍板、纯铁、钼条和金属铬装于反应容器中，抽真空并进行精炼；再加入碳、金属铝，待其熔化后停止送电，通入保护气，重新送电，第一预设温度下加入余硅、金属锰、硼铁合金和海绵钛，搅拌后调整钢液温度至第二预设温度并向模具内浇注，得到合金铸锭初体；
[0010]S3、真空电弧自耗重熔：将所述S2步骤得到的合金铸锭初体的缩孔部位切除，并进行真空电弧自耗重熔，得到自耗重熔铸锭；
[0011]S4、锻造：将所述S3步骤得到的自耗重熔铸锭进行镦粗
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拔长和均匀化处理，得到合金锻棒；
[0012]S5、管材轧制：将所述S4步骤得到的合金锻棒加工制成管坯，并进行多道次冷轧和热处理，最后进行预变形冷轧，得到不锈钢包壳管。
[0013]优选地，所述S2步骤中，抽真空至真空度≤5.0Pa，在1300
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1700℃下精炼10
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20min。
[0014]优选地，所述S2步骤中，所述保护气为氩气；所述第一预设温度为1350
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1400℃；所述第二预设温度为1500
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1550℃。
[0015]优选地，所述S3步骤中，缩孔部位切除50
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80mm。
[0016]优选地，所述S4步骤中，先进行20
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40％镦粗
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拔长预变形和均匀化处理，再进行镦粗
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拔长2
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5次，终变形量为30
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40％；其中，所述均匀化处理的温度为1150
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1200℃，且所述均匀化处理的保温时间为11
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12h。
[0017]优选地，所述S4步骤中，所述合金锻棒的直径为45
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55mm；所述S5步骤中，所述管坯的外径为40
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50mm、壁厚为4
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5mm。
[0018]优选地，所述S5步骤中，冷轧前对所述管坯进行固溶处理，其中，所述固溶处理的温度为1050
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1100℃，其中，所述固溶处理的时间为20
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40min。
[0019]优选地，所述S5步骤中，所述冷轧道次为8
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15道；所述预变形冷轧的变形量为15
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25％，送进量为1
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2mm/min。
[0020]优选地，所述S5步骤中，所述热处理包括中间热处理和最终热处理；其中，所述中间热处理的温度为1050
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1100℃，所述中间热处理的时间为10
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30min；所述最终热处理的温度为1030
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1080℃，所述最终热处理的时间为8
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15min。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提出一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料，通过降低Mn含量、调整Al含量以及严格控制N含量，提高合金铸锭的组织均匀性，提高不锈钢包壳管材料的抗氧化性并减少材料中的夹杂物。
[0023]本专利技术提出一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料的制备方法，该方法能够更加准确地控制不锈钢包壳管材料的化学元素含量，更好的降低杂质元素的含量，提高材料的组织均匀性与冷热加工性能。其中，采用多次墩拔变形和均匀化处理的方法进行锻造，确保消除铸锭在凝固过程中的偏析，获得无条带组织和宏观缺陷的优良变形组织。本专利技术的不锈钢包壳管材料具有良好的室温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料，其特征在于，包括元素Fe、Cr、Ni、Mn、Ti、Mo、Al、C、Si、B，其中它们在材料中的质量百分比分别为：0.04％≤C≤0.08％、15.0％≤Cr≤17.0％、14.0％≤Ni≤16.0％、0.3％≤Si≤0.5％、1.0％≤Mn≤1.2％、0.2％≤Ti≤0.5％、1.3％≤Mo≤1.5％、0.003％≤B≤0.004％、0≤Al≤0.3％，且Ti和C的质量百分含量之比Ti/C为(4
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6):1；余量为Fe。2.根据权利要求1所述的铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料，其特征在于，所述不锈钢包壳管材料的全部杂质元素的总质量百分含量不高于0.03％；所述杂质元素中，P的质量百分比不高于0.01％、N的质量百分比不高于0.003％、S的质量百分比不高于0.0015％、O的质量百分比不高于0.0015％。3.一种铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、称料：以多晶硅、镍板、纯铁、钼条、金属铬、碳、金属铝、余硅、金属锰、硼铁合金和海绵钛为原料，其中硼铁合金中硼元素的质量百分比为15
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20％；原料之间的配比满足其元素的质量百分比：0.04％≤C≤0.08％、15.0％≤Cr≤17.0％、14.0％≤Ni≤16.0％、0.3％≤Si≤0.5％、1.0％≤Mn≤1.2％、0.2％≤Ti≤0.5％、1.3％≤Mo≤1.5％、0.003％≤B≤0.004％、0≤Al≤0.3％，且Ti和C的质量百分含量之比Ti/C为(4
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6):1；余量为Fe；多晶硅和余硅的质量百分比之和为0.3
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0.5％；S2、真空感应熔炼：先将多晶硅、镍板、纯铁、钼条和金属铬装于反应容器中，抽真空并进行精炼；再加入碳、金属铝，待其熔化后停止送电，通入保护气，重新送电，在第一预设温度下加入余硅、金属锰、硼铁合金和海绵钛，搅拌后调整钢液温度至第二预设温度并向模具内浇注，得到合金铸锭初体；S3、真空电弧自耗重熔：将所述S2步骤得到的所述合金铸锭初体的缩孔部位切除，并进行真空电弧自耗重熔，得到自耗重熔铸锭；S4、锻造：将所述S3步骤得到的所述自耗重熔铸锭进行镦粗
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拔长和均匀化处理，得到合金锻棒；S5、管材轧制：将所述S4步骤得到的所述合金锻棒加工制成管坯，并进行多道次冷轧和热处理，最后进行预变形冷轧，得到不锈钢包壳管。4.根据权利要求3所述的铅铋快堆燃料组件用不锈钢包壳管材料的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，抽真空至真空度≤5.0Pa，在1300<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏莉，徐杨，王旻，马颖澈，陈刘涛，石林，梁田，郝宪朝，易昊钰，
申请(专利权)人：岭澳核电有限公司中国科学院金属研究所中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：