【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核辐射屏蔽材料，尤其涉及一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金及其制备方法。
技术介绍
1、核能作为一种高效清洁能源，被广泛应用于电力、医学、航海等领域。核反应堆在经过一段时间的运行后会产生大量的乏燃料，这些乏燃料会产生大量的核辐射，严重危害人身健康并大幅缩短设备使用寿命。乏燃料的存贮和转运所使用的屏蔽材料不仅需要优异的综合屏蔽性能(能同时屏蔽中子和γ射线)，还需要具备良好的综合结构性能(较高的强度和塑韧性)，即实现结构/功能一体化。
2、公开号为cn114525451a的专利文献披露了一种屏蔽型非等原子比高熵合金钢及其制备方法，该方法基于功能-结构一体化的设计理念，以fe为基体，以高含量的w、b元素作为抗射线、中子辐射功能组元，并添加能够提高材料综合结构性能的过渡金属元素(ni、cr、mo、mn)、小原子半径元素(si、c)、稀土元素(gd、y)，构建了可用于反应堆射线-中子混合辐射场屏蔽的新型高熵合金成分体系，然而该高熵合金钢除了fcc基体组织外，还包括较多的树枝状以及大块状的w(mo)相、金属硼化物m2b相、fe7w6相以及金属间化合物χ相等脆性相，不利于进一步提升材料的力学性能，尤其是提升塑韧性能。专利技术人在之前申请的公开号为cn113235012a的专利文献中披露了一种高强韧fe基合金屏蔽材料及其制备方法，从高熵理念出发，通过控制合金成分设计以及熔炼、锻造工艺调控，获得了弥散分布的新型fewb结构(fe，cr，ni，mn，v)wb相强化的fe基屏蔽合金，由于合金中并未形成其他金属间化
3、因此，亟需开发一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，在具备良好的综合屏蔽性能的同时，具有良好的综合结构性能，尤其是塑韧性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，在具备良好的综合屏蔽性能的同时，具有良好的综合结构性能，尤其是塑韧性。
2、第一方面，本专利技术提供一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，以质量百分比计，所述fe基屏蔽合金含有：cr:10.0～23.0％，ni:8.0～13.0％，w:1.8～35.0％，b:0.1～2.0％，mo:0～5.0％，ti:0～3.0％，余量为fe和不可避免的杂质。
3、可选的，以质量百分比计，所述fe基屏蔽合金含有：cr:11.0～18.0％，ni:10.0～12.0％，w:6.29～18.7％，b:0.37～1.1％，mo:0～2.5％，ti:0～1.25％，余量为fe和不可避免的杂质。
4、可选的，所述fe基屏蔽合金包括feni奥氏体基体相和分布在所述feni奥氏体基体相中的第二相，所述第二相为few2b2相，所述few2b2相为颗粒状。
5、可选的，所述feni奥氏体基体相的平均晶粒粒径为0.5～300μm，所述few2b2相的平均颗粒粒径为0.1～5μm。
6、可选的，所述feni奥氏体基体相和所述few2b2相之间形成纳米过渡层，所述纳米过渡层为fcc奥氏体结构，厚度为10～100nm。
7、第二方面，本专利技术提供一种前述的结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金的制备方法，包括以下步骤：
8、s1.按照配比称量原料，并将所述原料熔炼后浇注得到合金铸件；或，
9、s1’.按照配比称量原料，并将所述原料熔炼后雾化制粉，然后将制备得到的粉体进行烧结，制备得到合金烧结件；
10、s2.将所述合金铸件或所述合金烧结件进行锻造和/或轧制后，再经过热处理制备得到fe基屏蔽合金；或，s2’.将所述合金铸件或所述合金烧结件进行热处理制备得到fe基屏蔽合金。
11、可选的，所述原料熔炼的温度为1550～1670℃。
12、可选的，所述雾化制粉的雾化压力为4.2～5.7mpa，所述粉体经过热等静压烧结制备得到合金烧结件，所述热等静压烧结的温度为1100～1230℃，所述热等静压烧结的压力为120～180mpa，保温保压时间为1～3h。
13、可选的，所述锻造采用镦粗和/或拔长，所述锻造的温度为1050～1180℃，所述镦粗和/或拔长的锻造比为3.5～9；和/或，
14、所述轧制采用热轧或热轧和冷轧，其中，所述热轧的温度为800～1180℃，所述热轧的总变形量为30～98％，所述冷轧的总变形量为5～30％。
15、可选的，步骤s2中，所述热处理的温度为1050～1200℃，保温时间为1～3小时；或，
16、步骤s2’中，所述热处理温度为1100～1200℃，保温时间为1～5小时。
17、综上所述，本专利技术具有以下至少一种有益效果：
18、1.本专利技术提供的一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，在fe基(含w、b元素)屏蔽合金的基础上添加cr、ni元素，通过控制合金元素的配比，获得了以feni奥氏体为基体，few2b2为第二相的新型fe基屏蔽合金，由于并未降低w(能有效屏蔽γ射线)、b(能有效屏蔽中子)元素的含量，保证了fe基屏蔽合金具备优异的综合屏蔽性能，而形成的feni奥氏体基体具备优异的塑韧性(包括低温塑韧性)，第二相few2b2在feni奥氏体基体中弥散分布，起到弥散强化的效果，提高fe基屏蔽合金的强度，获得了优异的综合力学性能，从而满足核辐射屏蔽合金的结构/功能一体化需求；
19、2.本专利技术提供的一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，有效抑制了其他第二相，如fe2w、fe7w6等高密度脆性相以及fe2b等低密度析出相的形成，避免了成分偏析问题，进一步保证了合金具备优异的综合屏蔽性能，本专利技术提供的fe基屏蔽合金的屏蔽性能(1cm厚板材，理论计算值)：热中子(0.025ev)吸收率达到78.55％以上，更佳的为91.25％以上，60co线性减弱系数达到0.4251cm-1以上，更佳的为0.4348cm-1以上，137cs线性减弱系数达到0.5864cm-1以上，更佳的为0.6077cm-1以上；合金的相对磁导率极低(低于1.1)，可满足聚变堆辐射屏蔽系统等要求屏蔽材料具有弱磁性的相关辐射防护领域。
20、3.本专利技术提供的一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，b元素与fe元素结合形成few2b2相而非其他第二相，如fe2b、(fe,cr)2b等低熔点脆性共晶相(沿[002]方向含b-b共价键，存在固有脆性)：1)使得铸造合金可以进行高温热处理，通过高温条件下元素扩散的方式实现铸造合金中网状few2b2相自发转化为类球状、球状few2b2相，提高合金的塑韧性；2)使得铸造合金可以进行热锻、热轧等热加工，细化合金中基体晶粒并使few2b2强化相弥散分布，提高合金的强韧性；3)使得合金烧结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金，其特征在于，以质量百分比计，所述Fe基屏蔽合金含有：Cr:10.0～23.0％，Ni:8.0～13.0％，W:1.8～35.0％，B:0.1～2.0％，Mo:0～5.0％，Ti:0～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金，其特征在于，以质量百分比计，所述Fe基屏蔽合金含有：Cr:11.0～18.0％，Ni:10.0～12.0％，W:6.29～18.7％，B:0.37～1.1％，Mo:0～2.5％，Ti:0～1.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金，其特征在于，所述Fe基屏蔽合金包括FeNi奥氏体基体相和分布在所述FeNi奥氏体基体相中的第二相，所述第二相为FeW2B2相，所述FeW2B2相为颗粒状。
4.根据权利要求3所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金，其特征在于，所述FeNi奥氏体基体相的平均晶粒粒径为0.5～300μm，所述FeW2B2相
5.根据权利要求3所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金，其特征在于，所述FeNi奥氏体基体相和所述FeW2B2相之间形成纳米过渡层，所述纳米过渡层为FCC奥氏体结构，厚度为10～100nm。
6.一种权利要求1～5任一项所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金的制备方法，其特征在于，所述原料熔炼的温度为1550～1670℃。
8.根据权利要求6所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金的制备方法，其特征在于，所述雾化制粉的雾化压力为4.2～5.7MPa，所述粉体经过热等静压烧结制备得到合金烧结件，所述热等静压烧结的温度为1100～1230℃，所述热等静压烧结的压力为120～180MPa，保温保压时间为1～3h。
9.根据权利要求6所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金的制备方法，其特征在于，所述锻造采用镦粗和/或拔长，所述锻造的温度为1050～1180℃，所述镦粗和/或拔长的锻造比为3.5～9；和/或，
10.根据权利要求6所述的结构/功能一体化核辐射防护用Fe基屏蔽合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热处理的温度为1050～1200℃，保温时间为1～3小时；或，
...【技术特征摘要】
1.一种结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，其特征在于，以质量百分比计，所述fe基屏蔽合金含有：cr:10.0～23.0％，ni:8.0～13.0％，w:1.8～35.0％，b:0.1～2.0％，mo:0～5.0％，ti:0～3.0％，余量为fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，其特征在于，以质量百分比计，所述fe基屏蔽合金含有：cr:11.0～18.0％，ni:10.0～12.0％，w:6.29～18.7％，b:0.37～1.1％，mo:0～2.5％，ti:0～1.25％，余量为fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，其特征在于，所述fe基屏蔽合金包括feni奥氏体基体相和分布在所述feni奥氏体基体相中的第二相，所述第二相为few2b2相，所述few2b2相为颗粒状。
4.根据权利要求3所述的结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，其特征在于，所述feni奥氏体基体相的平均晶粒粒径为0.5～300μm，所述few2b2相的平均颗粒粒径为0.1～5μm。
5.根据权利要求3所述的结构/功能一体化核辐射防护用fe基屏蔽合金，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，李军，王仁全，陈康为，余鹏飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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