[发明专利]耐磨烧结合金及其生产方法和用其制成的滚轮

说明书

本发明涉及一种耐磨性、耐腐蚀性和抗冲击性极好的耐磨材料，特别是核反应堆设备控制棒驱动装置中使用的滑动件适用的耐磨合金。

钴基合金一直用于核反应堆设备的滑动件。具体来说，称为“钨铬钴合金”的钴合金一直用于控制棒的导辊和套管。这种钴合金含有28-30重量％的Cr,2-2.5重量％的C和少量W,Fe和Ni，其余为Co。这种合金因含Cr量高而耐腐蚀性好，因含C量高而硬度高，因而耐磨性极好。

但是，这种合金制成的零件放在高温高压的反应堆的水中时具有缺陷，即，在这种情形中，钴会洗脱在反应堆水中；洗脱的钴附着在燃料护套表面，产生放射性；产生放射性的钴再被洗脱并在反应堆水中循环。因此，当设备定期检修时，照射剂量增加，延长了仃机时间，从而减小了设备的可利用率。

为了防止因钴洗脱而引起的照射剂量增加，必须使用新的滑动材料以替代钴基合金。

日本专利公告文本第59-52228号公开了一种滑动材料，它不含作为主要成分的钴。具体来说，使用一种镍基合金作为辊材料；但是，由于这种合金的耐磨性低于钴基合金，因而当用作机械负荷高的滑动部分的辊材料时，它引起磨损造成的大尺寸变化，不宜于长期使用。日本专利公告文本第58-23454号也公开了一种含有Cr和Nb的镍基合金，但是，它的冲击值差，因而当受到紧急仃堆的冲击负荷时可靠性低。

为了解决现有技术中的材料的上述缺陷，作出了本发明，本发明的目的是提供一种耐磨合金，其耐磨性优于钨铬钴合金，对于紧急仃堆时因高速驱动引起的冲击负荷来说可靠性高，而且由于消除了钴洗脱，照射剂量低，从而保证了在高温水中和在长时间高负荷下使用该合金的反应堆控制棒的顺利驱动。本发明的另一个目的是提供一种生产上述合金的方法。本发明还有一个目的是提供一种使用上述合金的控制棒驱动装置和核反应堆。

本发明提供一种耐磨烧结合金，它包括构成软基质的含铬量为15至30重量％的铁基或镍基合金和以5至30体积％的量弥散在所述软基质中的非沉淀和非结晶的一种或多种碳化物或氮化物硬颗粒，其中，所述硬颗粒因滑动磨损碎成平均粒度为10至120μm的细颗粒，所述细颗粒弥散在滑动表面并埋嵌在所述软基质中。

上述软基质的硬度可以为100至300Hv。上述硬颗粒的硬度可以为1000至2000Hv。上述碳化物和氮化物可以分别为碳化铬和氮化铬。

本发明也提供一种控制棒驱动装置，它包括一壳体，一个设在所述壳体中的中空活塞，一个用于垂向驱动所述中空活塞的驱动活塞，在所述壳体内在中空活塞和管之间设在管上的滚轮，以及用作所述滚轮的转动轴的销，其中，每个所述滚轮是由任意一种上述合金制成的。

本发明也提供一种控制棒驱动装置，其中，上述滚轮和上述销的每一个都是由一种铁基或镍基合金制成的，所述合金的耐磨特性为，在288℃高温的水中，在每0.75mm的滑动宽度1kg的负荷下进行的耐磨试验中，所述滚轮和销的总磨损量在每单位面积(滑动宽度7.5mm×滑动距离1km)10mg或更少的范围内。

本发明也提供一种控制棒驱动装置，其中，上述滚轮是由一种铁基或镍基合金制成的，上述合金的耐磨特性为，在高温288℃的水中，在每0.75mm的滑动宽度1kg的负荷下进行的对所述销的磨损试验中，所述滚轮的磨损量在每单位面积(滑动宽度7.55mm×滑动距离1km)8.5mg或更少的范围内。

本发明也提供一种控制棒驱动装置，其中，所述销是由一种铁基或镍基合金制成的，所述合金的耐磨特性为，在高温288℃的水中，在每0.75mm的滑动宽度1kg的负荷下进行的相对于所述滚轮的耐磨试验中，所述销的磨损量在每单位面积(滑动宽度7.5mm×滑动距离1km)4.5mg或更少的范围内。

本发明也提供一种核反应堆，它包括一个高压容器，设在高压容器中的燃料组件，在燃料组件中设置的控制棒和用于单独驱动上述控制棒的控制棒驱动装置，其中，所述反应堆具有45GWd/t或更大的燃耗；构成每个燃料组件的最外周部分的通道箱显示每8GWd/t的燃耗0.8mm或更小的弯曲量，在45GWd/t的燃耗下也显示2.8mm或更小的弯曲量；在85％或更高的可利用率下，上述控制棒驱动装置可使用30年无需更换。

本发明也提供一种核反应堆，它包括任何一种上述的控制棒驱动装置。

本发明也提供一种控制棒驱动装置的滚轮，它是由任意一种上述耐磨烧结合金制成的。