一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层及制备方法与流程

本发明属于堆焊层及其制备方法，具体涉及一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层及制备方法。

背景技术：

1、在当今能源局势日益严峻的背景下，核电能源凸显出其重要性。首先，核电能源是一种低碳清洁能源，不产生大气污染物和温室气体，有助于应对气候变化问题。其次，核电能源具有高能量密度，能够稳定供应大规模电力，减轻对化石燃料的依赖，确保能源安全。此外，核电在电力基础负荷方面有优势，可以稳定电网运行，降低能源波动对社会经济的影响。核电安全问题始终是公众关注的焦点，必须采取严格的安全措施和监管机制。核电稳压器、反应堆压力容器等作为核电站的重要组成部分，在核反应堆中起着维持反应堆一回路冷却剂系统压力的关键作用。因此，反应堆压力容器和稳压器等主设备的设计、制造和维护都必须符合极高的安全标准和严格的技术要求。co、mo、nb等元素是活化元素，如钴元素59co受环境激发会形成放射性同位素60co。含有钴等元素的核电材料在服役运行期间，受磨损和腐蚀作用会产生合金碎屑。这些合金碎屑由于其中的co、mo、nb等元素在辐照环境下活化而成为核辐射“热点”，这些问题需要解决，以免造成环境污染。此外，核电技术的高门槛和成本也是制约因素之一。

2、综上所述，当今核电能源在应对能源需求、减少碳排放、保障能源安全等方面具有重要性。未来应继续加强核电技术研发，提高安全性能，解决核污染问题，以实现核能在清洁能源体系中的可持续发展。

3、核电大型压力容器壳体由基体材料和内壁堆焊层构成复合结构，来保障优异的结构强度和耐蚀性能。其中，基体材料通常为高强度合金钢，堆焊层一般采用耐蚀合金进行表层堆焊。但是由于两种材料有较大的物理性能差异，在堆焊时会产生较高水平的焊接应力。在对核电压力容器的堆焊层材料进行设计研究时，不仅要考虑延长使用寿命同时降低成本，还要考虑提高核电使用的安全性。因此我们迫切需要寻找一种新的合金体系和工艺手段，来解决传统工艺上的不足。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的缺陷，提供一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层及制备方法。

2、本发明是这样实现的：一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，

3、c 0.01-0.02％

4、mn 2.69-3.61％

5、si 2.04-3.59％

6、cr 20.22-23.18％

7、ni 5.20-5.80％

8、fe余量。

9、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，堆焊层包括n层，堆焊层总厚度固定的情况下，每层的厚度为总厚度的n分之一，n＝1或2或3或4或5。

10、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，堆焊层总厚度h＝3mm。

11、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，堆焊层合金粉末的粒度为100目～350目，堆焊层呈块体状或者呈薄膜状。

12、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，当n＝1时，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，碳0.015％、锰3.15％、硅2.07％、铬21.70％、镍5.50％、其余为铁。

13、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，当n＝2时，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，第一层成分为碳0.015％、锰3.15％、硅2.07％、铬21.70％、镍5.50％、其余为铁，第二层成分为碳0.02％、锰3.55％、硅3.47％、铬21.60％、镍5.50％、其余为铁。

14、一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其中，包括下述步骤：

15、步骤一：配料

16、按照层数要求及配比要求准备足额质量份数的配料；

17、步骤二：熔炼

18、将配好的金属铁、金属锰、金属铬、金属镍、硅加入至中频感应炉中，通电加热使其熔化，炉前调整成分合格后出炉，出炉温度控制在1450℃～1500℃；

19、步骤三：真空气雾化

20、将经步骤二在真空气雾化设备中将合金溶液雾化获得合金粉末，其中，雾化介质为氩气，雾化压力为2～10mpa，雾化时保持炉温为1450℃～1500℃；

21、步骤四：干燥

22、将经步骤三雾化获得的合金粉末予以烘干；

23、步骤五：筛分

24、由筛分机对经步骤四干燥获得的合金粉末进行筛分，粉末的粒度为100目～350目，筛分出上述粒度范围内的固溶体粉末作为成品粉备用，

25、将步骤五的合金粉末送入激光直接能量沉积或者等离子喷涂成型，获得呈出块体状或者呈薄膜状的合金，作为堆焊层。

26、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其中，

27、所述步骤二的熔炼过程中，先向所述中频感应炉中加入预先配好的金属锰、金属铬、金属镍配料先熔炼，然后再将剩余的配料作为补料加入至熔化的合金溶液中，在加入补料时，中频感应炉内的温度控制在1500℃～1550℃。

28、如上所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其中，

29、所述步骤四中采用远红外烘干机，烘干温度为200℃～250℃，烘干1小时后，自然降温至室温。

30、本发明的显著效果是：本发明提供的一种六元合金的制备方法与应用，采用激光直接能量沉积或者等离子喷涂手段，合成堆焊层的梯度材料，有效地缓和了界面与界面之间的热膨胀系数、熔点、弹性模量等差异，还可以降低材料制备过程中界面与界面之间的残余应力水平，避免低熔点相、硬脆相等的析出，能够达到制造要求，制造出高强度的结合界面。该成分材料能够具有高的连接界面强度与硬度，可广泛应用在核电部件的结合中。

技术特征：

1.一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，

2.如权利要求1所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：堆焊层包括n层，堆焊层总厚度固定的情况下，每层的厚度为总厚度的n分之一，n小于等于5。

3.如权利要求2所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：堆焊层总厚度h＝3mm。

4.如权利要求3所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：堆焊层合金粉末的粒度为100目～350目，堆焊层呈块体状或者呈薄膜状。

5.如权利要求4所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：当n＝1时，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，碳0.015％、锰3.15％、硅2.07％、铬21.70％、镍5.50％、其余为铁。

6.如权利要求5所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其特征在于：当n＝2时，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，第一层成分为碳0.015％、锰3.15％、硅2.07％、铬21.70％、镍5.50％、其余为铁，第二层成分为碳0.02％、锰3.55％、硅3.47％、铬21.60％、镍5.50％、其余为铁。

7.一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

8.如权利要求7所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其特征在于：

9.如权利要求8所述的一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明属于堆焊层及其制备方法，具体涉及一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层及制备方法。一种用于核电压力容器内壁耐腐蚀堆焊层，其中，堆焊层各成分按照质量百分数计算为下述比例，C 0.01‑0.02％、Mn 2.69‑3.61％、Si 2.04‑3.59％、Cr 20.22‑23.18％、Ni 5.20‑5.80％、Fe余量。本发明的显著效果是：本发明提供的一种六元合金的制备方法与应用，采用激光直接能量沉积或者等离子喷涂手段，合成堆焊层的梯度材料，有效地缓和了界面与界面之间的热膨胀系数、熔点、弹性模量等差异，还可以降低材料制备过程中界面与界面之间的残余应力水平，避免低熔点相、硬脆相等的析出，能够达到制造要求，制造出高强度的结合界面。

技术研发人员：李军业,丁正彪,夏志新,秦玮,吴林涛,贾卫卫,王建涛,马永虔,刘小户,单继文
受保护的技术使用者：西安核设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17