[发明专利]用于熔盐反应堆的镍基合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于熔盐反应堆的镍基合金及其制备方法。

背景技术

Hastelloy N（哈氏合金）是由美国橡树岭国家实验室研制的高温合金，能够很好地作为结构材料用于熔盐反应堆中，具有优良的抗高温熔盐腐蚀性，抗辐照性能和抗氧化性能等。Hastelloy N的标称组分（按质量百分比计）为：16%的钼，7%的铬，小于5%的铁，小于0.8%的锰，小于1%的硅，铝和钛的比重和小于0.35%，小于0.35%的铜，小于0.08%的碳，其余主要为镍。

Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金是参考Hastelloy N铸造而成的，主要用于熔盐反应堆的结构材料，其包括以质量百分比计的如下组成：16-17%的钼，7-8%的铬，4-5%的铁，小于0.8%的锰，小于1%的硅，总和小于0.35%的铝和钛，小于0.35%的铜，小于0.08%的碳，余量的镍，以及杂质。熔盐核能系统工作在高温强腐蚀性氟化物熔盐的恶劣环境下，其中熔盐堆的第一回路和反应容器还承受着较强的中子辐照，作为熔盐反应堆的结构材料，不仅长时间与腐蚀性高温熔盐接触，还需要承受强中子辐照，其使用环境要求其应具有较好的耐高温熔盐腐蚀性能，抗高温氧化，抗辐照损伤和脆化以及高温力学性能，然而，现有的Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金的性能还不能完全满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于熔盐反应堆的镍基合金及其制备方法，提高耐高温熔盐腐蚀性能，抗高温氧化，抗辐照损伤和脆化以及高温力学性能，满足熔盐反应堆的结构材料的使用要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于熔盐反应堆的镍基合金，包括以质量百分比计的如下组成：16-17%的钼，7-8%的铬，4-5%的铁，小于0.8%的锰，小于1%的硅，总和小于0.35%的铝和钛，小于0.35%的铜，小于0.08%的碳，0.025-0.43%的钇，余量的镍，以及杂质。

钇的质量百分比为0.025-0.21%。

钇的质量百分比为0.025-0.12%。

钇的质量百分比为0.05%。

所述杂质为质量百分比均不超过0.002%的硫和磷。

一种用于熔盐反应堆的镍基合金的制备方法，以重熔的方式在Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金中掺杂入镍钇化合物以制得所述镍基合金，所述Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金包括以质量百分比计的如下组成：16-17%的钼，7-8%的铬，4-5%的铁，小于0.8%的锰，小于1%的硅，总和小于0.35%的铝和钛，小于0.35%的铜，小于0.08%的碳，余量的镍，以及杂质，钇在所述镍基合金中的质量百分比为0.025-0.43%。

钇在所述镍基合金中的质量百分比为0.025-0.12%。

钇在所述镍基合金中的质量百分比为0.05%。

所述杂质为质量百分比均不超过0.002%的硫和磷。

在真空自耗电极电弧熔炼炉中进行重熔。

本发明的用于熔盐反应堆的镍基合金及其制备方法，通过重熔的方式在Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金中掺杂入0.025-0.43%的钇，改变了Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金微观结构的稳定性，细化了合金的晶粒，提高了合金的硬度和抗高温氧化性能，抑制了脆性断裂的发生，保持了奥氏体的稳定性，有利于提高合金的宏观综合性能，更大可能地满足熔盐反应堆结构材料的使用要求。

附图说明

图1为本发明实施例和对比例的镍基合金中钇含量与维氏硬度的关系曲线图；

图2为本发明实施例和对比例的镍基合金中钇含量与抗拉强度、屈服强度以及延伸率的关系曲线图；

图3为本发明实施例和对比例的镍基合金中钇含量与氧化增重的关系曲线图；

图4为本发明实施例和对比例的镍基合金经熔盐腐蚀后的SEM图，其中：（a）G0；（b）G1；（c）G2；（d）G3；（e）G4；（f）G4的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的特点。