[发明专利]核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管及制备方法

权利要求书

1.一种核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管，其特征在于：在外层FeCrAl合金管与内层铁素体/马氏体耐热钢管中间采用Fe基过渡层，外层FeCrAl合金管、内层铁素体/马氏体耐热钢管分别与过渡层形成冶金结合层；冶金结合层采用热变形加工而成，将由FeCrAl合金外层管、中间过渡层管、内层铁素体/马氏体耐热钢管坯料，经排气封装后的进行加热保温，采用热变形加工在高温热扩散作用和大压力变形作用下实现复合管的冶金复合，热变形方法包括热旋锻、热精锻、热旋压、热轧或热等静压；

其中，FeCrAl合金的化学成分包含：Cr 12.0～20.0wt%，Al 4.0～7.0wt%，C 0～0.1wt%，Nb 0.1～1.0wt%，V 0～0.5wt%，Si 0.1～1.5wt%，Mn 0～1.5wt%， Fe余；铁素体/马氏体耐热钢为T91、P91或其改进型或CLAM低活化马氏体钢；Fe基过渡层为铁合金，其化学成分为：C 0.01wt%，Nb 0.3wt%， Si 0.1wt%，Mn0.2wt%，Fe余；或者，Fe基过渡层为铁合金，其化学成分为：C 0.005wt%，V 0.3wt%， Si 0.15wt%，Mn0.2wt%，Fe余。

2.如权利要求1所述的核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管，其特征在于，冶金结合层含有元素包括：Fe、Cr、Mn、Al、Mo、Nb、Ti、V、Si、C、N和稀土元素中的一种或两种以上。

3.如权利要求1所述的核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管，其特征在于，内层铁素体/马氏体耐热钢管的厚度为0.1mm～0.4mm，外层FeCrAl合金管的厚度为0.05～0.3mm，冶金结合层厚度为大于0～0.1mm，过渡层厚度低于外层厚度的50%。

4.一种权利要求1至3之一所述的核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管的制备方法，其特征在于，（1）复合管结构如下：内层为铁素体/马氏体耐热钢材料，外层为FeCrAl合金材料，二者之间为铁基材料辅助过渡层；（2）包壳用金属无缝复合管的制备步骤：无缝复合管坯料的表面抛光→无缝复合管坯料的除气装配封装→热变形加工冶金复合→退火热处理→冷轧冷拔及中间退火→最终热处理→矫直→清洗→成品检验；该方法由外层、中间过渡层及内层管组装后，经排气后装配封装成无缝复合管坯料并焊接端头密封，经加热后，采用热变形加工的方法形成冶金复合的无缝复合管，最终通过冷变形或热变形加工成所需规格的成品管。

5.如权利要求4所述的核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）无缝复合管坯料的准备

将外层FeCrAl合金加工成管坯；

将内层铁素体/马氏体耐热钢加工成管坯或棒料；

将中间过渡层铁基材料加工成管坯；

（b）无缝复合管坯料的表面抛光

将外层管、中间过渡层管、内层管的内外表面或内层棒表面分别进行机械抛光处理或化学抛光处理，达到表面粗糙度至Ra0.1μm，各层管之间间隙-0.1mm～2mm；

（c）无缝复合管坯料的装配封装

将FeCrAl合金外层管、中间过渡层管、内层铁素体/马氏体耐热钢管或棒经装配后，排除管坯中间的气体，排气后立即焊接端头进行密封；

（d）热变形加工冶金复合

将由FeCrAl合金外层管、中间过渡层管、内层铁素体/马氏体耐热钢管坯料，经排气封装后的进行加热保温，采用热变形加工在高温热扩散作用和大压力变形作用下实现复合管的冶金复合，热变形方法包括热旋锻、热精锻、热旋压、热轧或热等静压；

（e）退火热处理

将冶金复合后的管坯，进行分段保温加热，并控制冷却速率，去除内应力，控制组织形态，提高可加工性能；加热温度700～1000℃保温30～60分钟，炉冷到300～600℃后保温30～90分钟，空冷。