CN115449668A - 一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核屏蔽材料的富镝镍基合金及其制备方法，富镝镍基合金主要成分按照如下质量百分比组成：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，Gd或Sm：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。本发明还涉及一种富镝镍基合金材料的制备方法，经配料和真空感应熔炼工艺得到合金熔体；经浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火等处理工艺，最终制得一种富镝镍基合金的棒材或板材，核屏蔽耐久性表现优异。本发明富镝镍基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，具有强度高、塑韧性好、耐腐蚀和加工成型性优良等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种核屏蔽镍基合金材料及制备方法，特别是涉及一种核屏蔽耐久性优异的富镝镍基合金及其制备方法，应用于核功能特种合金材料技术领域。
技术背景
随着社会的发展，人类对能源的需求逐渐增加，传统的化石能源面临着枯竭。核能作为一种清洁能源，由于其能量密度高造成的污染小，受到广泛的关注。同时核工业的发展也带来了乏燃料的有效处理问题。目前，根据国际***统计，全球在运核电机组达到449台，随着大量的乏燃料因为使用年限被移出核电站，在堆贮存水池容积日趋饱和，因此乏燃料的去向处理问题成为了世界性难题。国际上，以中国为代表采用核燃料闭路循环方式，乏燃料组件从反应堆卸出后，一般在乏燃料水池贮存一定时间后外运至离堆贮存设施贮存，或直接运往后处理厂处理、处置。乏燃料运输，乏燃料离堆贮存、后处理及高放废物处理等环节不仅需要大量的乏燃料贮存格架，而且还需要乏燃料贮存，运输容器。截止目前，中国核电总机组4000万千瓦，累计卸出乏燃料超过1000吨，这对乏燃料后处理及存储能力产生严峻的问题，因此开发反应堆乏燃料贮运用核材料尤为重要。目前广泛使用的用作反应堆乏燃料贮运用的是硼钢，但是，硼在不锈钢中的溶解度低，过量的硼加入会析出硼化物(Fe、Cr)2B，导致热延性大大降低，而且制备出更高硼含量的硼钢是非常困难的。B4C/Al基复合材料热中子吸收材料存在工艺复杂、B4C与Al严重的界面反应、耐腐蚀、抗辐照能力、以及使用过程中的老化等问题，同时对伽马射线屏蔽很弱。目前也已开发含Gd中子吸收镍基合金材料如HastelloyC-4+Gd，HastelloyC-22+Gd，Alloy59+Gd等，这些合金中含Mo约14-15wt.％，但因该类镍基合金因Mo含量较高，制造合金成本高，价格昂贵，导致其推广使用受限。因此，核电、核动力工业等迫切需要一种生产工艺简单，成本相对低廉，易加工，可焊接和塑韧性配合好的核屏蔽耐久性优异的新材料。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有材料和技术存在的不足，提供一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法，本发明富镝镍基合金材料大幅度提高加工性能和屏蔽性能，具有良好的塑韧性和抗腐蚀性能。本发明核屏蔽耐久性优异的富镝镍基合金可以用于反应堆乏燃料的贮运等，具有优异的热加工性能和核屏蔽性能。
为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：
中子吸收材料通常是把具有高热中子的金属或非金属单质、或化合物，熔融在金属或弥散在金属基体、有机聚合物基体中形成的合金、复合材料或有机聚合物材料。因此，用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料需要由较大热中子俘获截面的元素组成，镝元素的中子等效吸收截面可达1100靶，这种元素具有较好的热稳定性、热中子辐射稳定；同时Dy元素具有“链式”中子吸收行为，Dy161在完全失去吸收能力前能够俘获中子5次，是“燃烧慢”的吸收体，具有耐久性，适用于控制动力反应堆的反应性。根据镍、镝合金化原理，本发明通过大量试验研究发现，在镍基奥氏体合金真空感应熔炼过程中，加入合适比例的镝可制备得到用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，该材料主要由奥氏体和(Ni,Cr)5Dy金属间化合物组成，(Ni,Cr,)5Dy在基体中沿晶界。本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良等优点。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其成分按照如下任意一种质量百分比(％)组成：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质；或者还包括其他中子吸收元素。本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的核屏蔽耐久性表现优异。
优选地，所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金成分还含有Gd、Sm中任意一种元素或两种中子吸收元素，以成分的质量百分比(％)计，满足如下关系中的任意一种：
核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Gd，则Dy和Gd的质量百分比：0.5-10.0％；
或者，核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Sm，则Dy和Sm的质量百分比：0.5-10.0％；
或者，核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Gd和Sm，则Dy、Gd和Sm的质量百分比：0.5-10.0％。
优选地，所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金成分按照如下任意一种质量百分比(％)组成：C：0.02-0.09％，Cr：12.0～25.0％，Dy：1.0～3.5％，Gd：0～3.0％，Sm：0～1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质；或者还包括其他中子吸收元素。
优选地，所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金成分按照如下质量百分比组成：C:0.02～0.03％，Cr：15.0～25.0％，Dy：1.5～4.5％、Dy和Gd：1.5-4.5％、Dy和Sm：1.5～4.5％或者Dy、Gd和Sm：1.5-4.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
优选地，富镝镍基合金组织中主要由奥氏体相、第二相(Ni,Cr,)5M金属间化合物组成，其中M为Dy、Gd、Sm中的至少一种元素。
优选地，富镝镍基合金第二相(Ni,Cr)5M在基体中沿奥氏体晶界分布。
优选地，富镝镍基合金室温拉伸断裂强度不低于600Mpa，断后伸长率不低于30.0％。
一种本发明所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质；
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧、冷轧和退火热处理工艺，最终制得富镝镍基合金棒材或板材。
优选地，在所述步骤a中，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5-10.0％、Dy和Gd：0.5-10.0％、Dy和Sm：0.5-10.0％或者Dy、Gd和Sm：0.5-10.0，其余成分为镍和不可避免的杂质。
优选地，在所述步骤a中，采用真空感应熔炼工艺，按比例进行原料配料，将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，采用真空感应熔炼工艺，将准备的原料放入真空感应加热炉中，抽真空至3×10-4Pa以下，然后通入高纯度的氩气作为保护气体；然后进行升温加热，按照不低于100℃/min的升温速率，进行升温至1700℃，并保温至少3min，得到合金熔体；
优选地，在所述步骤b中，将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热锻、热轧处理，其中，控制热锻温度不低于1100℃，热轧温度不低于900℃，反复轧制至少3次，然后进行冷轧轧制至少2次；然后进行退火热处理，将经过轧制的材料置于退火炉内进行退火热处理，控制退火时间为至少10min，随后冷却至室温，最终制得用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的棒材或板材。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.与传统的硼钢或B4C/Al基复合材料相比，本发明方法采用真空感应熔炼工艺，经综合配料和熔制过程中形成(Ni,Cr)5Dy缓化合物沿晶界分布，同时，Dy元素显示“链式”中子吸收行为，Dy161在完全失去吸收能力前能够俘获中子5次，是“燃烧慢”的吸收体，具有耐久性，适用于控制动力反应堆的反应性；经浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火处理等工艺，最终制得一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的棒材或板材；本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良的特点；
2.本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料在其成分范围内经热轧、冷轧和退火处理后，其室温拉伸断裂强度在600～850Mpa范围，断后伸长率不低于30％，耐腐蚀性及热加工性能优良；因镝、钆、钐这三种元素均具有较大的热中子俘获截面，通过实验表明，本发明与传统的硼钢或B4C/Al基复合材料相比，在相同材料厚度下，本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料具有更高的屏蔽性能，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种高效率热中子屏蔽材料；
3.本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料相容性好，强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照，生产工艺简单；本发明用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运等，具有优异的热加工性能和核屏蔽性能。
附图说明
图1为本发明实施例一富镝镍基合金的金相组织微观照片。
图2为图1金相组织微观照片的局部放大图。
具体实施方式
在以下实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，按比例进行原料配料，将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，采用真空感应熔炼工艺，将准备的原料放入真空感应加热炉中，抽真空至3×10-4Pa以下，然后通入高纯度的氩气作为保护气体；然后进行升温加热，按照不低于100℃/min的升温速率，进行升温至1700℃，并保温至少3min，得到合金熔体；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热锻、热轧处理，其中，控制热锻温度不低于900℃，热轧温度不低于900℃，反复轧制至少3次，然后进行冷轧轧制至少2次；然后进行退火热处理，将经过轧制的材料置于退火炉内进行退火热处理，控制退火时间为至少10min，随后冷却至室温，最终制得用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的棒材或板材。
结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，Cr：15.0％，Dy：3.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.将制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料棒材。
实验测试分析
对本实施例富镝镍基合金材料进行微观观察，图1和图2为本实施例富镝镍基合金的金相组织微观照片和放大图。从图中可见，组织晶粒细化均匀，本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，组织中主要由基体奥氏体，第二相(Ni,Cr)5Dy金属间化合物组成。富镝镍基合金材料中第二相(Ni,Cr)5Dy在奥氏体基体中沿晶界分布。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于700MPa，断裂延伸率大于40％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；Dy元素具有“链式”中子吸收行为，Dy161在完全失去吸收能力前能够俘获中子5次，是“燃烧慢”的吸收体，具有耐久性，适用于控制动力反应堆的反应性。因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例二：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.04％，Cr：15.0％，Dy：1.5％，Gd：1.5，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，特别之处在于原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，组织中主要由基体奥氏体，第二相(Ni,Cr)5Dy与(Ni,Cr)5Gd金属间化合物组成。富镝镍基合金材料中第二相(Ni,Cr)5Dy与(Ni,Cr)5Gd在奥氏体基体中沿晶界分布。本实施例采用真空感应熔炼工艺，经综合配料熔制，经浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火处理等工艺，最终制得一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料棒材。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于750MPa，断裂延伸率大于35％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.06％，Cr：15.0％，Dy：1.5％，Gd：1.5％，Sm：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，组织中主要由基体奥氏体，第二相(Ni,Cr)5Dy、(Ni,Cr)5Gd与(Ni,Cr)5Sm金属间化合物组成。富镝镍基合金材料中第二相(Ni,Cr)5Dy、(Ni,Cr)5Gd与(Ni,Cr)5Sm金属间化合物组成在奥氏体基体中沿晶界分布。本实施例采用真空感应熔炼工艺，经综合配料熔制，经浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火处理等工艺，最终制得一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料棒材。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于700MPa，断裂延伸率大于40％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素和Sm元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.08％，Cr：20.0％，Dy：3.0％，Gd：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于700MPa，断裂延伸率大于35％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.04％，Cr：18.0％，Dy：3.0％，Sm：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于700MPa，断裂延伸率大于35％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Sm元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例六
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，Cr：25.0％，Dy：3.0％，Gd：1.5％，Sm：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于750MPa，断裂延伸率大于30％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素和Sm元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例七
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，Cr：15.0％，Dy：3.0％，Gd：3.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于800MPa，断裂延伸率大于30％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例八
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.09％，Cr：12.0％，Dy：1.0％，Sm：1.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于650MPa，断裂延伸率大于40％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Sm元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本
实施例九
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.02％，Cr：25.0％，Dy：1.0％，Gd：2.0％，Sm：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于750MPa，断裂延伸率大于30％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素和Sm元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
实施例十
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：C：0.05％，Cr：20.0％，Dy：2.5％，Gd：1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
在本实施例中，一种本实施例用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，其原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.本步骤与实施例一相同。
实验测试分析
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料的室温拉伸断裂强度大于750MPa，断裂延伸率大于35％。本实施例制备的用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，相对于传统的硼钢或B4C/Al基复合材料，其力学和耐蚀性能明显提升；因Dy元素的显示“链式”中子吸收行为具有耐久性，同时Gd元素具有较大的热中子俘获截面，可以应用于反应堆乏燃料贮运用等方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统的硼钢或B4C/Al基复合材料等系列的最佳候选材料，是一种耐久性优异的核屏蔽材料，可以大幅度降低材料厚度和减轻重量，降低原材料成本。
综上所述，上述实施例核屏蔽用耐久性优异的富镝镍基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质。作为本发明的进一步技术方案，所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金材料，其成分还含有Gd、Sm中任意一种元素或任意几种，以成分的质量百分比(％)计，满足如下关系(Dy+Gd):0.5-10.0％或(Dy+Sm):0.5-10.0％或(Dy+Gd+Sm):0.5-10.0％，其余部分为镍和不可避免的杂质。经配料和真空感应熔炼工艺得到合金熔体；经浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火处理等工艺，最终制得一种核屏蔽用耐久性优异的富镝镍基合金材料棒材或板材。本发明上述实施例核屏蔽用耐久性优异的富镝镍基合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良等优点。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明核屏蔽用富钆高密度高强度镍钨基合金材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于，其成分按照如下任意一种质量百分比(％)组成：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质；或者还包括其他中子吸收元素。
2.根据权利要求1所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于：其成分还含有Gd、Sm中任意一种元素或两种中子吸收元素，以成分的质量百分比(％)计，满足如下关系中的任意一种：
核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Gd，则Dy和Gd的质量百分比：0.5-10.0％；
或者，核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Sm，则Dy和Sm的质量百分比：0.5-10.0％；
或者，核屏蔽材料的富镝镍基合金还包括Gd和Sm，则Dy、Gd和Sm的质量百分比：0.5-10.0％。
3.根据权利要求2所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于：其成分按照如下任意一种质量百分比(％)组成：C：0.02-0.09％，Cr：12.0～25.0％，Dy：1.0～3.5％，Gd：0～3.0％，Sm：0～1.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质；或者还包括其他中子吸收元素。
4.根据权利要求1所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：C:0.02～0.03％，Cr：15.0～25.0％，Dy：1.5～4.5％、Dy和Gd：1.5-4.5％、Dy和Sm：1.5～4.5％或者Dy、Gd和Sm：1.5-4.5％，其余成分为镍和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于：富镝镍基合金组织中主要由奥氏体相、第二相(Ni,Cr,)5M金属间化合物组成，其中M为Dy、Gd、Sm中的至少一种元素。
6.根据权利要求5所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于：富镝镍基合金第二相(Ni,Cr)5M在基体中沿奥氏体晶界分布。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金，其特征在于：富镝镍基合金室温拉伸断裂强度不低于600Mpa，断后伸长率不低于30.0％。
8.一种权利要求1所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5～10.0％，其余成分为镍和不可避免的杂质；
将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧、冷轧和退火热处理工艺，最终制得富镝镍基合金棒材或板材。
9.根据权利要求8所述用于核屏蔽材料的富镝镍基合金的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.1％，Cr：5.0～35.0％，Dy：0.5-10.0％、Dy和Gd：0.5-10.0％、Dy和Sm：0.5-10.0％或者Dy、Gd和Sm：0.5-10.0，其余成分为镍和不可避免的杂质。
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| WO2024045939A1 (zh) * | 2022-09-02 | 2024-03-07 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法 |
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