[发明专利]一种用于核电阀门密封面的无钴铁基合金粉末组合物

说明书

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种无钴铁基合金粉末组合，具体涉及一种应用于核电阀门密封面的强化材料的无钴铁基合金。

背景技术

在核电行业中，阀门起着关键作用，用量非常大。同时核电阀门向高参数，如大尺寸、耐高温高压、耐强腐蚀强摩擦、高可靠性和高寿命方向发展。核电阀门的使用条件相当苛刻，而所要求的安全性和可靠性又非常高。

目前我国已经成熟的第二代核电站技术所用阀门要求其综合使用寿命达40年以上(第三代压水堆核电站的核级阀门使用寿命要求60年)。而在核电站中影响阀门寿命最主要的因素是阀门密封面的质量，其中包括耐磨性、耐蚀性、耐高温等。

至目前为止，国际上核阀密封面堆焊材料一般均为含钴合金，如Stellite 6或Stellite 21等。Stellite系列钴基合金具有良好的高温性能、极好的低摩擦和抗磨损特性、优异的耐热腐蚀性及耐热疲劳性能等原因，Stellite系列钴基合金在核电阀门中被广泛应用。然而，由于钴基合金价格昂贵，以及我国钴资源缺乏，是一种昂贵的战略资源，我国科技工作者一直都在寻求钴基合金的替代品。另外，以钴基熔覆层为核阀密封面的阀门在使用过程中，由钴基合金磨损和腐蚀碎片中的Co59受到中子照射后激发将形成Co60同位素，Co60是半衰期极长的强放射源，在停堆检修时造成检修时间的增加和对维修人员的威胁，也会大大增加核燃料屏蔽的难度和成本。因此，今后国家第三代大型压水堆核电站，包括美国的AP1000和法国的EPR，其核级阀门的密封面都要求采用无钴材料。

因此我们需要研究一种具有自主知识产权的可以应用在核级阀门的密封面的无钴材料。

发明内容

本发明目的是提供一种用于制备核电阀门密封面涂层的无钴铁基合金粉末组合物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无钴铁基合金粉末组合物，所述无钴铁基合金粉末组合物成分的质量百分数为：

铬(Cr)20.5％-21.5％；

镍(Ni)3.0％-3.5％；

锰(Mn)3.0％-3.5％；

硅(Si)2.0％-2.5％；

碳(C)0.9％-1.0％；

钼(Mo)1.5％-2.0％；

钨(W)0.7％-1.2％；

钒(V)0.3％-0.5％；

磷(P)≤0.02％；

硫(S)≤0.02％；

钇(Y)0.5％-1.0％；其余为铁。

上述技术方案中，所述无钴铁基合金粉末组合物粉末粒度达到200～300目。

应用上述技术方案所述无钴铁基合金粉末组合物，采用激光熔覆工艺制备核电阀门密封面涂层，所得涂层不仅能符合核环境下工作的我国第三代核电站阀门的标准，而且在覆层质量上，涂层组织致密性、强韧性、高温硬度、耐磨性、耐热腐蚀和热疲劳等性能都优于传统方法制备的密封面覆层。

因此，本发明同时保护上述无钴铁基合金粉末在制备核电阀门密封面涂层的应用，具体地，应用上述技术方案所述无钴铁基合金粉末组合物，采用激光熔覆工艺制备核电阀门密封面涂层的方法有以下两种方法：

方法一：

(1)按下述质量百分数混合粉末：铬(Cr)20.5％-21.5％；镍(Ni)3.0％-3.5％；锰(Mn)3.0％-3.5％；硅(Si)2.0％-2.5％；碳(C)0.9％-1.0％；钼(Mo) 1.5％-2.0％；钨(W)0.7％-1.2％；钒(V)0.3％-0.5％；磷(P)≤0.02％；硫(S)≤0.02％；钇(Y)0.5％-1.0％；其余为铁；用机械混合法或者粉末冶金法获得无钴铁基合金粉末组合物，粉末粒度达到200～300目，粉末密度为6～10g/cm³，并烘烤干燥；

(2)用功率为5KW～7KW的激光辐照基材表面形成局部溶池，用同步送粉法将混合粉末送入溶池，用惰性气体作为输送气体，在激光作用基材和混合粉末的同时，用惰性气体保护溶池表面以避免氧化；所述激光采用CO₂激光，激光束扫描速度为3～8mm/s；

(3)根据核电阀门密封面涂层所需面积大小，采用单道激光扫描或多道搭接激光扫描即可得到无钴铁基合金核电阀门密封面涂层。

上述技术方案中，步骤(2)中所述混合粉末送入溶池的质量流率为：10～20g/min。

上述技术方案中，步骤(3)中所述多道搭接的搭接率为30％～50％。

方法二：