本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種核電用鎳基合金焊絲及其制備方法。

背景技術：

1、在壓水堆等核反應堆中存在眾多關鍵的部件，這些部件由于服役環境比較復雜，長期處于含有硼酸等腐蝕成分的主冷卻劑液體或蒸汽中，承受高溫(高達320℃)，高壓(15.5mpa)以及核輻照，同時承受著由于其機械運動或高冷卻劑流量引起的振動而受到反復滑動或沖擊，這就對可用于壓水堆的材料提出了極高的要求。

2、ni作為目前高溫合金材料使用的主要元素，是少有的既能提高合金材料強度，又不明顯削弱材料塑性的合金元素，并具有優異的耐高溫、耐氧化、耐腐蝕的性能。這也直接導致第三代先進壓水堆核島主設備關鍵部位選用了大量的鎳基耐蝕合金，其中690合金使用量最大。相應地nicrfe系鎳基耐蝕合金焊接材料也被廣泛應用于相關部件的對接焊、表面堆焊、異種金屬焊接，近年來，工程中使用的焊絲以ernicrfe-7a為主。但由于鎳基合金黏性較高，流動性差，焊接性較差，且熱裂紋傾向較大，因此，對焊接材料的要求非常高，制造難度很大。

3、此外，鎳基合金焊接材料應用于核電中，還需考慮其受到核輻射導致的性能劣化情況，這無疑進一步提高了材料的要求。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對現有技術中核電用鎳基合金焊絲焊接過程中易產生裂紋、熱腐蝕致強度低的問題，提供了一種新型核電用鎳基合金焊絲及其制備方法；該新型材料在解決上述問題的同時含具備抗輻射的優勢。為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

2、本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，包括以下重量份數的粉末原料：

3、c：0.01-0.05%、si：0.10-0.30%、cr：28.5-30.5%、fe：7.0-11.0%、co：≤0.10%、w：0.50-1.00%、mo：3.0-4.0%、b：0.005-0.010%、al：0.1-0.3%、ti：0.1-0.2%、zr：0.005-0.020%、nb：2.0-2.5%、ta：0.1-0.5%、re：0.20-0.30%、s：＜0.005%、p：＜0.005%、納米陶瓷材料：2.0-4.0%、ni余量。

4、進一步地，所述cr與mo的總量不低于32.5%。

5、進一步地，所述fe與nb的重量比為（3.5-4.5）：1。

6、進一步地，所述al與ti的重量比為（0.8-1.5）：1。

7、進一步地，所述re為y、ce、sm、gd、nd、pr中的一種或幾種。

8、進一步地，所述納米陶瓷材料為碳化物。

9、進一步地，所述碳化物為碳化硼。

10、本發明的另一目的在于提供了上述核電用鎳基合金焊絲的制備方法，包括以下步驟：

11、s1：原材料按照配方質量百分比稱取，經處理后得到均勻細化的混合粉體；

12、s2：將s1中的混合粉體及納米陶瓷材料，放入熔煉爐中進行熔煉，經高溫精煉，低溫精煉后，再采用重熔精煉，澆鑄成合金錠；

13、s3：對合金錠退火后進行鍛造、軋制，制備成合金盤條；

14、s4：對合金盤條預處理后進行多道次的拉拔-退火；

15、s5：加工成所需尺寸的合金絲并進行固溶-時效處理；

16、s6：對合金絲進行酸洗；涂層；以及

17、s7：在表面進行鍍層，得到目標產品。

18、進一步地，所述s5中固溶-時效處理為多步分級處理。

19、本發明具有如下的有益效果：

20、（1）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，以ni為基體，cr可改善合金的高溫抗氧化、抗腐蝕性能；mo可細化晶粒，提高合金熱穩定性；w可提高合金強度。cr、mo、w的加入達到固溶強化作用，提升其抗高溫氧化能力和熱強性；同時cr、mo、w又能與c生成碳化物，碳化鉻等硬質相彌散分布在固溶強化的基體中，提高高溫強度和塑性；而且，高溫抗氧化性以及高溫強度的提高可有效抑制因氧化導致的焊接氣孔，可有效提高焊接強度。

21、（2）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，合金中加入了一定比例的mo、fe、b。在高溫重熔過程中，可發生反應形成mo2feb2和mo2nib2三元硼化物硬質相，具有優異的耐腐蝕、硬度、耐磨性等力學性能；此外，b還具有提高鎳合金塑性的功能。

22、（3）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，合金中加入了一定量的fe、nb和稀土元素re。首先、fe可提高對高溫滲碳環境的抵抗性、控制熱膨脹；且與nb復配，可提高合金的塑性、高溫強度，降低應力開裂；第二、nb是高溫強化相的形成元素，可有效提高合金的高溫強度和高溫穩定性，其碳化物在晶界的析出可以使晶界形態更為復雜彎曲，增加晶界滑移阻力，從而可降低應變裂紋傾向；此外，nb與o有很好的親和力，可生成穩定氧化物nb2o5，具有延緩腐蝕的作用；第三、稀土元素re，一方面與nb協同作用，在高溫下可以改善氧化膜的粘附性，細化氧化物晶粒；另一方面可通過與o、s高溫下形成配位，可優先形成較小尺寸的稀土氧化物納米顆粒，在焊接過程中作為異質核心，可細化晶粒，提高焊縫的力學強度；此外，稀土元素re還具有一定的中子吸收效果，提高抗輻射性。

23、（4）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，合金中加入了一定量的al、ti元素。一方面al和ti是可改善合金可焊性，其與氧的親和力很強，可作為脫氧元素保護焊縫氧化，從而有效抑制co和n2氣孔形成，利于焊縫的成形，對合金有一定的強韌化作用；另一方面al在合金高溫氧化過程中會生成al2o3，該氧化物結構有利于提升合金高溫抗氧化性。

24、（5）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲，合金中加入了一定量的納米陶瓷材料，為碳化物結構。首先、可提高焊接材料的高溫氧化性、耐磨性等性能；第二、可終止因應力作用下產生的微裂紋，可提高力學性能；第三、碳化物結構，尤其是碳化硼結構為優異的中子屏蔽材料，可有效提高鎳合金焊縫的抗輻射性能，提高力學保持率。

25、（6）本發明提供了一種核電用鎳基合金焊絲的制備方法，采用多步分級固溶-時效處理。一方面提高碳化物與鎳合金基體的界面結合力，提升性能；另一方面可細化晶粒度，進一步提高力學性能。

技術特征：

1.一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：包括以下重量份數的粉末原料：

2.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

3.根據權利要求1所述的一種高強度鎳鉻合金絲，其特征在于：

4.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

5.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

6.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

7.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

8.根據權利要求1所述的一種核電用鎳基合金焊絲的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

9.根據權利要求8所述的一種核電用鎳基合金焊絲，其特征在于：

技術總結
本發明屬于金屬材料加工領域，具體涉及一種核電用鎳基合金焊絲及其制備方法，該核電用鎳基合金焊絲包括以下重量份數的原料C：0.01?0.05%、Si：0.10?0.30%、Cr：28.5?30.5%、Fe：7.0?11.0%、Co：≤0.10%、W：0.50?1.00%、Mo：3.0?4.0%、B：0.005?0.010%、Al：0.1?0.3%、Ti：0.1?0.2%、Zr：0.005?0.020%、Nb：2.0?2.5%、Ta：0.1?0.5%、RE：0.20?0.30%、S：＜0.005%、P：＜0.005%、納米陶瓷材料：2.0?4.0%、Ni余量，經熔煉?高低溫精煉?退火后進行鍛造?軋制，并經多道次的拉拔?退火并進行固溶?時效處理，最后經酸洗、涂層以及鍍層制備得到，可有效解決現有技術中鎳基合金焊接材料焊接使用時易產生裂紋、熱腐蝕致強度低的問題。

技術研發人員：朱新軍
受保護的技術使用者：江蘇博航合金科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24