[发明专利]一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法，涉及核辐射屏蔽材料领域，Fe基合金的组分重量百分比为：Cr 0.5～4.5％，N i 0.6～5.0％，Mn 0.5～4.8％，V 0.5～4.4％，W 5.1～30.6％，B 0.3～1.8，余量为Fe。按照本发明所述合金的组分及组分配比称取原料，在氩气保护条件下熔炼、浇注得到合金铸件，再对合金铸件进行锻造，随后冷却即可。本发明的Fe基合金能在不降低中子和γ射线综合屏蔽性能的前提下，大幅度提高合金的强韧性。

技术领域

本发明涉及核辐射屏蔽材料技术领域，具体涉及一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

核能作为一种极其重要的清洁能源，在军事、工业、医学等领域都具有广泛的应用。然而，核反应堆在运行过程中会产生大量的辐射，如γ射线、中子等，它们一方面会对人身健康产生极大危害，另一方面也会大幅缩短设备稳定运行的使用寿命。通常将核辐射屏蔽材料加工制备成屏蔽装置以减小核辐射对于人体的危害，保证设备能够长期稳定运行。常见的核辐射屏蔽材料主要有Pb基屏蔽材料、含B不锈钢系屏蔽材料、含B₄C的屏蔽材料以及Pb+B/PE系屏蔽材料等。这些核辐射屏蔽材料大多数仅能对单一辐射种类(γ射线或中子)进行屏蔽，不能实现中子和γ射线的综合屏蔽。Pb+B/PE系屏蔽材料是目前少有的能够同时屏蔽中子和γ射线的材料，但其强度极低。

随着核工业领域的逐步发展，该领域对于核辐射屏蔽材料性能的要求也逐渐提高，不仅需要具备高的中子和γ射线屏蔽性能，还需要具备良好的力学性能。例如，随着核电站的不断发展，乏燃料产生量与日俱增。乏燃料的存贮和转运是通过特制的乏燃料储运车来实现。对于体积和重量受限的储运车来说，兼具良好的屏蔽性能(乏燃料具有一定的放射性，需要屏蔽γ射线和中子射线)和力学性能(较高的强度和韧性，既方便机械加工，制成容器后又具有较高的强度，能承受冲击载荷等)的屏蔽材料是构建乏燃料转运容器屏蔽系统的理想选择，有利于实现储运车屏蔽系统的小型化和轻量化，简化其结构，从而有效提高乏燃料存贮和转运的安全性和效率。

含有W、B元素的Fe基屏蔽合金作为一类新型核辐射屏蔽用材料，W、B元素以FeWB相形式存在。材料中的W元素属于重元素，能有效屏蔽γ射线；B元素则具有高的热中子吸收截面(¹⁰B的热中子吸收截面为3837barn)，能有效屏蔽中子。因此，这类Fe基屏蔽合金具备高的中子和γ射线综合屏蔽性能。然而，目前这类Fe基屏蔽合金的抗拉强度为400～700MPa，冲击韧性也仅有1～20J/cm²，依然不能满足这类材料在乏燃料贮存容器等核辐射屏蔽领域的应用要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法，本发明提供的Fe基合金在保证不降低中子和γ射线综合屏蔽性能的前提下，大幅度提高Fe基合金的强韧性，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强韧Fe基合金屏蔽材料，所述Fe基合金的组分重量百分比为：Cr 0.5～4.5％，Ni 0.6～5.0％，Mn 0.5～4.8％，V 0.5～4.4％，W 5.1～30.6％，B 0.3～1.8，余量为Fe。

优选的，所述的Fe基合金的组分重量百分比为：Cr 1.1～2.1％，Ni 0.9～1.6％，Mn 1.1～2.0％，V 1.0～2.1％，W 18.7～25.5％，B 0.5～1.1％，余量为Fe。

一种高强韧Fe基合金屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：在氩气保护条件下，将合金原料经熔炼、锻造、冷却后得到Fe基合金。

优选的，所述步骤具体包括：在氩气保护条件下，将合金原料经熔炼、浇注后冷却，得到合金铸件；再将合金铸件经过锻造，随后冷却，得到Fe基合金。

优选的，所述合金铸件的制备包括以下步骤：