熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金及其制备方法技术

本申请涉及合金材料技术领域，公开了一种熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金及其制备方法。该合金按质量百分比的化学成分为：6.0

【技术实现步骤摘要】
熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金及其制备方法


[0001]本公开涉及合金材料
，特别涉及熔盐堆用耐蚀镍基变形高温合金。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本申请的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是已被公开的现有技术。
[0003]熔盐堆作为六种第四代反应堆中的唯一液态堆，与其它传统类型的反应堆相比具有安全性、经济性和高效性等优点，但是高温、强中子辐照和熔盐腐蚀使其结构合金处于极端的服役环境。目前唯一成功服役过的熔盐堆结构合金是UNS N10003合金(Ni
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16Mo
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7Cr合金)，该合金具在650℃具有优异的力学、耐熔盐腐蚀和抗辐照性能，但是温度高于704℃时UNS N10003的性能急剧下降，而要实现高温制氢等高效率的能源转换则需要熔盐堆的运行温度高于800℃，因此需要研发能在850℃服役的熔盐堆结构合金。
[0004]美国、法国和中国等国家各自提出了相应解决方案，其中由中国科学院上海应用物理研究所研发的Ni
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(26
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28)W
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6Cr合金(GH3539)，专利号：ZL201510612608.4)，最具应用潜力。该合金850℃拉伸的屈服强度和抗拉强度甚至高于700℃时的N合金；该合金在816℃/103MPa的蠕变寿命为200h，是N合金的两倍以上；该合金在800
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850℃的耐熔盐腐蚀性能也优于N合金(Corrosion Science 149(2019)218；Corrosion Science,178(2021)109079)。因此，GH3539合金成为运行温度为800℃以上的熔盐堆的候选结构合金。
[0005]然而，该合金依然存在两个缺点：
[0006](1)虽然GH3539的850℃强度高于N合金，但该温度下的屈服强度和抗拉强度仍然较低，仅有230MPa左右(Mater.Sci.Eng.A,668(2016)137.)。
[0007](2)850℃抗高温氧化性能差，合金中的W含量高于25％，过量的W会消耗Cr2O3，使合金中无法形成连续致密的NiCr2O4氧化膜(参见Corrosion Science,149(2019)87.)。
[0008]这些缺点一定程度上限制了该合金作为熔盐堆结构合金的应用范围。

技术实现思路

[0009]本申请的目的在于提供一种熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金(GH3539Nb)及其制备方法，该合金具有优异的高温强度和抗高温氧化性能，满足850℃以上熔盐堆结构合金的性能要求。
[0010]本申请公开了一种熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金(GH3539Nb)，该合金按质量百分比的化学成分为：6.0
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8.0％的Cr，26.0
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28.0％的W，0.1
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0.4％的Si，0.025
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0.08％的C，0
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0.6％的Fe，0
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0.6％的Mn，0
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1.0％的Mo，0
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0.2％的Ti，0
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0.1％的Zr，0.5
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4％的Nb，余量为Ni。
[0011]在一个优选例中，Cr的质量百分比为6.0
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7.0％，Si的质量百分比为0.2
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0.4％，C的质量百分比为0.03
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0.06％，Nb的质量百分比为2
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4％。
[0012]在一个优选例中，所述合金中的S、P、N、B的含量小于10ppm。
[0013]在一个优选例中，所述合金不含Cu。
[0014]在一个优选例中，所述合金不含Co。
[0015]在一个优选例中，所述合金不含Al。
[0016]本申请还公开了上述合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤S1，采用真空感应炉浇铸母合金；
[0018]步骤S2，均匀化处理；以及
[0019]步骤S3，热加工。
[0020]在一个优选例中，所述步骤S2的处理温度在1150℃
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1300℃之间；所述步骤S2的处理时间在10小时
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30小时之间。
[0021]在一个优选例中，所述步骤S3的加工温度在900℃
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1250℃之间。
[0022]在一个优选例中，所述热加工是锻造、热轧制或热挤压。。
[0023]在本申请的实施方式中，通过添加Nb元素和改进其他元素的配比，使合金获得优异的综合性能。与现有的GH3539合金相比，本申请的实施方式的高强度耐腐蚀镍基变形高温合金具有更高的室温强度及高温强度并且在850℃工作温度下表现出优异的抗氧化性能。
[0024]上述
技术实现思路
中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
[0025]图1是根据本申请一个实施方式的采用JMatPro 7.0(TTNi
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8数据库)计算得到的含有0
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5wt.％Nb的Ni
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26W
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6Cr
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0.5Mn
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0.3Si
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1Mo
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0.6Fe
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0.2Ti
‑
0.05C合金的相图；
[0026]图2是本申请实施列4的微观形貌图；
[0027]图3a是本申请实施例1、8和9的850℃
‑
300h静态氧化增重动力学曲线；
[0028]图3b是本申请实施例1、8和9的850℃
‑
300h静态氧化样品截面形貌图；
[0029]图4是本申请实施例1、8和9的850℃
‑
300h静态氧化样品截面元素分布图。
具体实施方式
[0030]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
[0031]下面概要说明本申请实施方式的部分原理：
[0032]随着温度升高，合金中的原子扩散能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金，其特征在于，该合金按质量百分比的化学成分为：6.0
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8.0％的Cr，26.0
‑
28.0％的W，0.1
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0.4％的Si，0.025
‑
0.08％的C，0
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0.6％的Fe，0
‑
0.6％的Mn，0
‑
1.0％的Mo，0
‑
0.2％的Ti，0
‑
0.1％的Zr，0.5
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4％的Nb，余量为Ni。2.如权利要求1所述的熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金，其特征在于，Cr的质量百分比为6.0
‑
7.0％，Si的质量百分比为0.2
‑
0.4％，C的质量百分比为0.03
‑
0.06％，Nb的质量百分比为2
‑
4％。3.如权利要求1或2所述的熔盐堆用高强度耐腐蚀变形高温合金，其特征在于，所述合金中的S、P、N、B的含量小于10ppm。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，叶祥熙，周兴泰，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：