核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一對合金，特別涉及一種核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料及制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源的大量需求，核電得到了迅速發(fā)展，對核安全也提出了越來越高的要求， 反應(yīng)堆堆芯溫度的準(zhǔn)確測量及控制顯得尤為重要。堆芯測溫用通常采用鉑電阻進行測溫， 或者采用由鎳鉻合金和鎳硅合金構(gòu)成的熱電偶測溫材料進行測溫。然而，鉑電阻溫度計價 格昂貴，而鎳鉻-鎳硅測溫精度只能到±1.6°C，不能到核一級的±1. (TC以內(nèi)的要求，測溫 精度誤差大，不能滿足核場測溫的使用要求；同時作為核反應(yīng)堆堆芯測溫系統(tǒng)的鎧裝熱電 偶主要采用進口產(chǎn)品，還有成本高、維護困難等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料的不足，提供一種耐 輻照高精度核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料及制備方法。所述材料與【背景技術(shù)】所述的鉑電 阻溫度計相比較，具有價格低廉、測溫精度高、耐輻照性能優(yōu)良、高溫長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0004] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] 核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料，該材料的重量百分比為：
[0006] 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0007] Cr :8. 0 ~10. 5% ;Si :0· 1 ~I. 0% ;Nb 彡 0· 2% ;Zr 彡 0· 1% ;Y 彡 0· 03% ;Ni 為 余量；
[0008] 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0009] Mn :1. 0 ~3. 0 % ;Si :1. 0 ~3. 0 % ;A1 :0· 5 ~2. 5 % ;Co :0 ~I. 0 % ;Fe :0 ~ 0. 7% ;Ni為余量。
[0010] 所述的核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料，較好的技術(shù)方案是：
[0011] 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0012] Cr :9. 0 ~10. 0% ;Si :0· 3 ~0· 7% ;Nb :0 ~0· 10% ;Zr :0 ~0· 07% ;Y :0· 009 ~ 0. 015% ;Ni 為余量；
[0013] 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0014] Mn :1· 9 ~2. 6% ;Si :1· 40 ~I. 8% ;A1 :1. 0 ~2. 0% ;Fe :0 ~0· 4% ;Co :0· 5 ~ 0. 8% ;Ni為余量。
[0015] 核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料的制備方法，有以下步驟：
[0016] a)真空感應(yīng)熔煉：
[0017] 按上述正、負極合金材料的重量百分比稱取各個組分，分別進行熔化，真空度 彡0.1 Pa條件下，真空精煉10~30分鐘；攪拌，調(diào)溫至中低溫1500-1550°C澆注，得到鑄 錠；
[0018] b)旋鍛：
[0019] 鑄錠加熱至900~1200°C，保溫1~3h，加工至Φ2· 5~Φ 15mm ;
[0020] c)中間退火：
[0021] 將旋鍛后的正負極合金材料，分別在900~1190°C下氫氣保護退火熱處理；
[0022] d)拉拔減徑：
[0023] 將退火后的合金材料拉拔減徑，得到Φ 0. 03~Φ 8mm線材；
[0024] e)熱處理：
[0025] 步驟d)所述的線材置于氫氣保護爐或真空爐中，正極：700~1000±5°C下保溫 1~3小時，負極：900~1200±5°C下保溫1~3小時。
[0026] 步驟a)所述的熔化，熔化功率20~50Kw，由小功率逐漸調(diào)大功率至全熔。
[0027] 步驟a)所述的精煉，其功率為15~30Kw。
[0028] 本發(fā)明合金中C元素要求低于0.02%，高的C含量將會和鐵或鋁形成化合物析出， 從而影響合金的性能；此外，S或P作為合金中的有害元素也要嚴(yán)格控制。在鎳鉻合金中加 入適量的硅、鈷，可調(diào)整合金的熱電特性值，增加抗氧化性和穩(wěn)定性；添加釔元素可提高高 溫穩(wěn)定性，含釔〇. 03%的鎳鉻合金的使用壽命比不添加釔者有顯著提高。
[0029] 本責(zé)門所述熱電偶材料的主要性能如下：
[0030] L能在室溫至400°C范圍內(nèi)精確測溫，配對測溫精度核一級水平（測溫精度為 ±l°c，現(xiàn)有鎳鉻-鎳硅熱電偶的測溫最高精度僅為±1. 6°C )。
[0031] 2.核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料能在350 °C、720小時后熱電勢變化小于 ±0. 2°C，具備良好的長期高溫穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的K型鎳鉻-鎳硅熱電偶未見其具有高溫長期 穩(wěn)定性相關(guān)報道。
[0032] 所述本發(fā)明的核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料具有測溫精度高、長期穩(wěn)定性好以 及抗輻照穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于核電機組設(shè)備和測量控制儀表。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明所述熱電偶材料正負極配對電勢溫度圖。
【具體實施方式】
[0034] 實施例1
[0035] 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0036] Cr :9. 5% ;Si :0· 4% ;Nb :0· 1% ;Zr :0· 07% ;Y :0· 01% ;Ni 為余量；
[0037] 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0038] Mn :2· 0%、Si :1· 60%、Al :1. 5% ;Fe :0· 27% ;Co :0· 6% ;Ni 為余量。
[0039] 核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料的制備方法，有下述步驟：
[0040] 真空感應(yīng)熔煉：熔化功率20~50Kw，由小功率逐漸調(diào)大功率至全熔、精煉功 率20Kw、真空度優(yōu)于0.1 Pa條件下，真空精煉20分鐘；機械加電磁攪拌調(diào)溫至中低溫 (1500-1550°C )澆注；
[0041] 旋鍛：鑄錠加熱至IKKTC，保溫1~3h，加工尺寸為Φ 2. 5謹(jǐn)~Φ 15謹(jǐn)；
[0042] 中間退火：將旋鍛后的合金材料分別進行1070°C進行氫氣保護退火熱處理；
[0043] 拉拔減徑：將退火后的合金材料分別進行拉拔減徑，加工成Φ0. 03~Φ8πιπι線 材；
[0044] 熱處理絲材置于氫氣保護爐或真空爐中，正極：850±5°C下保溫1. 5小時，負極： 1100±5°C下保溫2小時，得到核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料。
[0045] 本發(fā)明所述熱電偶材料的主要性能如下：
[0046] 1.能在室溫至400°C范圍內(nèi)精確測溫，配對測溫精度核一級水平。配對熱電偶電 勢如表1所示。
[0047] 表1實例1所述材料配對熱電偶熱電勢表
[0049] 2.核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料能在350 °C、720小時后熱電勢變化小于 ±0. 2°C，具備良好的長期高溫穩(wěn)定性。350°C、720小時長期試驗前后對比如下表所示。
[0050] 表2 350°C、720小時長期試驗前后對比
[0052] 實施例2
[0053] 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0054] Cr :9. 0% ;Si :0· 7% ;Zr :0· 07% ;Y = 0· 015% ;Ni 為余量；
[0055] 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0056] Mn :1· 9%、Si :1· 80%、Al :1. 3% ;Co :0· 5% ;Ni 為余量。
[0057] 本實施例材料的制備方法同實施例1。
[0058] 本發(fā)明所述熱電偶材料的的主要性能如下：
[0059] 1.能在室溫至400°C范圍內(nèi)精確測溫，配對測溫精度核一級水平。
[0060] 表3實例2所述材料配對熱電偶熱電勢表
[0061]
[0062] 2.核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料能在350 °C、720小時后熱電勢變化小于 ±0. 2°C，具備良好的長期高溫穩(wěn)定性。350°C、720小時長期試驗前后對比如下表所示。
[0063] 表4 350°C、720小時長期試驗前后對比
[0065] 實施例3
[0066] 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0067] Cr :9. 8% ;Si :0· 3% ;Nb :0· 09% ;Y :0· 009% ;Ni 為余量；
[0068] 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：
[0069] Mn :2· 6%、Si :1· 40%、Al :1. 7% ;Co :0· 8% ;Fe :0· 35% ;Ni 為余量。
[0070] 本實施例材料的制備方法同實施例1。
[0071] 本發(fā)明所述熱電偶材料的的主要性能如下：
[0072] 1.能在室溫至400°C范圍內(nèi)精確測溫，配對測溫精度核一級水平。
[0073] 表5實例3所述材料配對熱電偶熱電勢表
[0074]
[0075] 2.核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料能在350 °C、720小時后熱電勢變化小于 ±0. 2°C，具備良好的長期高溫穩(wěn)定性。350°C、720小時長期試驗前后對比如下表所示。
[0076] 表6 350°C、720小時長期試驗前后對比
【主權(quán)項】
1. 一種核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料，其特征在于：該材料的重量百分比為： 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為： Cr:8· 0 ~10. 5 %;Si:0· 1 ~1. 0 %;Nb彡 0· 2 %;Zr彡 0· 1 %;Y彡 0· 03 %;Ni為余 量； 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為： Μη:1· 0 ~3. 0%;Si:1· 0 ~3. 0% ;A1 :0· 5 ~2. 5%;Co:0 ~1. 0%;Fe:0 ~0· 7% ; Ni為余量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料，其特征在于，所述材料的 重量百分比為： 正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為： Cr:9· 0 ~10. 0 %;Si:0· 3 ~0· 7 %;Nb:0 ~0· 10 %;Zr:0 ~0· 07 %;Y:0· 009 ~ 0. 015%;Ni為余量； 負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為： Μη:1· 9 ~2. 6%;Si:1· 40 ~1. 8%;A1 :1· 0 ~2. 0%;Fe:0 ~0· 4%;Co:0· 5 ~0· 8%; Ni為余量。3. 核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料的制備方法，其特征在于，有以下步驟： a) 真空感應(yīng)熔煉： 按權(quán)利要求1或2所述正、負極合金材料的重量百分比稱取各個組分，分別進行熔化， 真空度彡0.IPa條件下，真空精煉10~30分鐘；攪拌，調(diào)溫至1500-1550°C澆注，得到鑄 錠； b) 旋鍛： 鑄錠加熱至900~1200°C，保溫1~3h，加工至Φ2. 5~Φ15mm; c) 中間退火： 將旋鍛后的正負極合金材料，分別在900~1190°C下氫氣保護退火熱處理； d) 拉拔減徑： 將退火后的合金材料拉拔減徑，得到Φ0.03~Φ8mm線材； e) 熱處理： 步驟d)所述的線材置于氫氣保護爐或真空爐中，正極：700~1000±5°C下保溫1~3 小時，負極：900~1200±5°C下保溫1~3小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟a)所述的熔化，熔化功率20~50Kw， 由小功率逐漸調(diào)大功率至全熔。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟a)所述的精煉，其功率為15~30Kw。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆堆芯測溫用熱電偶材料，該材料的重量百分比為：正極NiCrSi合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：Cr：8.0～10.5％；Si：0.1～1.0％；Nb≤0.2％；Zr≤0.1％；Y≤0.03％；Ni為余量；負極NiMnSiAl合金材料化學(xué)成分的重量百分比為：Mn：1.0～3.0％；Si：1.0～3.0％；Al：0.5～2.5％；Co：0～1.0％；Fe：0～0.7％；Ni為余量。所述材料與【背景技術(shù)】所述的鉑電阻溫度計相比較，具有價格低廉、測溫精度高、耐輻照性能優(yōu)良、高溫長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
【IPC分類】C22C19/05, C22C1/02, C22C19/03
【公開號】CN105385897
【申請?zhí)枴緾N201510738410
【發(fā)明人】王宏, 張十慶, 鄒興政, 劉洋, 張登友, 楊百煉, 郭衛(wèi)民, 居本祥, 張祖力, 唐會毅, 趙安忠, 李方, 唐銳, 王東哲, 劉慶賓
【申請人】重慶材料研究院有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月4日