熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法及由其制備而成的690合金的有序合金與流程

本發(fā)明涉及用于具有核能發(fā)電站(以下，稱為核電站)熱交換器作用的蒸汽發(fā)生器傳熱管的690合金的有序合金的制備方法及由其制備而成的690合金的有序合金。

背景技術(shù)：

通常的核能發(fā)電站(以下，稱為核電站)的蒸汽發(fā)生器傳熱管為將在核反應(yīng)堆的初級(jí)側(cè)產(chǎn)生的熱向次級(jí)側(cè)傳遞，使得在次級(jí)側(cè)產(chǎn)生蒸汽的熱交換器的熱傳遞物質(zhì)。在核電站的工業(yè)初期，主要使用600合金來用作蒸汽發(fā)生器傳熱管的材料，但隨著核電站的運(yùn)行期間增加，人們知道它容易受到初級(jí)水應(yīng)力腐蝕開裂(primarywaterstresscorrosioncracking，pwscc)的影響。

為了克服這種問題，近來替代600合金而使用比600合金提高了cr成分的690合金來用作蒸汽發(fā)生器傳熱管的替代材料，這是完全對(duì)初級(jí)水應(yīng)力腐蝕開裂的抗性進(jìn)行考慮的。

600合金為由14-17％的cr、6-10％的fe、0.15％的cmax.、1％mnmax.、0.5％的simax.、0.015smax.組成的鎳基(ni-base)合金，690合金為由27-31％的cr、7-11％的fe、0.05％的cmax.、0.5％的mnmax.、0.5％的simax.、0.5％的cumax.、0.015％的smax組成的鎳基合金。

如上述說明，690合金為提高了cr濃度的材料，由美國(guó)鷹科公司(inco)研究開發(fā)并被稱為inconel690，現(xiàn)在因?qū)＠狡诙环Q為690合金。

690合金的熱導(dǎo)率與600合金的熱導(dǎo)率相比低11％，因此為了取得相同的發(fā)電功率，需將蒸汽發(fā)生器傳熱管的數(shù)量增加相當(dāng)于11％的量或大約額外地增加2000多個(gè)，因而具有蒸汽發(fā)生器的大小及制造成本增加的問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國(guó)授權(quán)專利第4,710,237號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

以原子有序度高的純金屬(puremetals)具有高的熱導(dǎo)率，但原子有序度低的金屬合金(metallicalloys)具有低的熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，本發(fā)明提供用于克服具有高的初級(jí)水應(yīng)力腐蝕開裂的抗性，卻具有低的熱導(dǎo)率的690合金的缺點(diǎn)的方法。

即，在于提供將690合金的原子有序度通過有序化處理使熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金。

即，在于提供將690合金的原子有序度通過有序化處理使熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金。

解決問題的方案

為了解決上述問題，本發(fā)明提供熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法，其特征在于，包括：對(duì)690合金進(jìn)行固溶處理的步驟；將經(jīng)固溶處理的上述690合金以200℃/分鐘以下的速度冷卻至第一溫度的步驟；以及在410～520℃的溫度范圍內(nèi)，對(duì)經(jīng)冷卻的上述690合金進(jìn)行有序化處理的步驟。

并且，本發(fā)明提供由上述熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法制備而成的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可制備如下的690合金的有序合金：省略將690合金固溶處理之后進(jìn)行水冷的水冷及tt處理，在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻成有序化溫度或小于有序化溫度的步驟之后，在410～520℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行有序化處理，從而與進(jìn)行有序化處理之前相比熱導(dǎo)率得到提高。

并且，根據(jù)本發(fā)明，省略將690合金固溶處理之后進(jìn)行水冷的水冷及tt處理，在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的過程中直接進(jìn)行有序化處理，從而在于制備熱導(dǎo)率得到提高的合金的方面，工序縮短且運(yùn)行效率提高。

并且，根據(jù)本發(fā)明，省略將690合金固溶處理之后進(jìn)行水冷的水冷及tt處理，在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的過程中直接進(jìn)行有序化處理，從而在于制備熱導(dǎo)率得到提高的合金的方面，工序縮短且運(yùn)行效率提高。

附圖說明

圖1為示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖2為示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖3為示出本發(fā)明在410～520℃溫度下，進(jìn)行336小時(shí)的有序化處理時(shí)，與進(jìn)行有序化處理之前相比，在作為根據(jù)有序化處理溫度的300℃測(cè)定的690合金的有序合金的熱導(dǎo)率提高率的曲線圖。

圖4為示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖5為示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖6為示出本發(fā)明的第五實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖7為示出本發(fā)明的第六實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖8為示出本發(fā)明的第七實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖9為示出本發(fā)明的第八實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖10為示出本發(fā)明的第九實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖11為示出本發(fā)明的第十實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖12為示出本發(fā)明的第十一實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖13為示出本發(fā)明的第十二實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖14為示出本發(fā)明的第十三實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖15為示出本發(fā)明的第十四實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

圖16為示出本發(fā)明的第十五實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法及由其制備而成的690合金的有序合金的優(yōu)選實(shí)施例。

圖1為示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第一實(shí)施例圖示在進(jìn)行固溶處理之后，冷卻至小于有序化處理溫度之后，重新加熱進(jìn)行有序化處理的過程。如從圖1可知，本發(fā)明的第一實(shí)施例的690合金的有序合金無需以往的690合金的熱處理(或tt處理)而適用有序化處理。即，利用如下工序：1)固溶處理，2)冷卻至小于有序化處理溫度，以及3)適用有序化處理。

具體地，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例來制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的情況下，將經(jīng)固溶處理的690合金冷卻至小于有序化處理溫度，重新加熱至有序化處理溫度之后，可進(jìn)行有序化處理。此時(shí)，優(yōu)選地，冷卻的速度為200℃/分鐘以下。

參照?qǐng)D1，通過高溫的固溶處理而碳化物被溶解的狀態(tài)下，急劇冷卻至常溫的情況下，可阻礙碳化物的形成，因而需要將冷卻速度降低至一些程度。因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，優(yōu)選地，1)固溶處理，2)以200℃/分鐘以下的速度冷卻至小于有序化溫度，以及3)有序化處理。此時(shí)，優(yōu)選地，在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的步驟中，盡量進(jìn)行進(jìn)行緩冷，使得碳化物在結(jié)晶界析出的程度。此過程具有降低固溶炭的量，因而增加有序速度的效果。即，碳化物的析出可使過度固溶于鎳合金的炭的濃度減少，因而在冷卻中及額外的有序熱處理時(shí)，增加有序速度。

附言之，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，為了使適當(dāng)量的碳化物分布于690合金的結(jié)晶界中，在固溶退火(solutionanneal，sa)處理之后，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行緩冷，使得碳化物析出于結(jié)晶界之后，進(jìn)行有序化處理來制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金。在本發(fā)明中所使用的所謂“690合金的有序合金”的術(shù)語是指在690合金中進(jìn)行本發(fā)明的固溶處理及有序化處理而形成的新型合金。

圖2為示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第二實(shí)施例包括：1)固溶處理，2)以200℃/分鐘以下的速度冷卻至有序處溫度的步驟，以及3)在冷卻步驟之后，進(jìn)行有序化處理的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，在690合金中進(jìn)行固溶處理之后，未冷卻至常溫附近的情況下，具有如下的效果。

在高溫下進(jìn)行固溶處理之后，冷卻至常溫，這根據(jù)冷卻速度而不同，但需要一定的時(shí)間。況且，若使用自然冷卻方法，則在低溫下，冷卻速度進(jìn)一步降低，因而冷卻所需的時(shí)間增加。因此，當(dāng)在冷卻過程中直接適用有序化處理時(shí)，可縮短所需的時(shí)間，可減少重新加熱所需的能量，并且有利于運(yùn)行的側(cè)面上。

圖3為示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明在410～520℃溫度下，進(jìn)行336小時(shí)的有序化處理時(shí)，與進(jìn)行有序化處理之前相比，在根據(jù)有序化處理溫度的300℃溫度下測(cè)定的690合金的有序合金的熱導(dǎo)率的提高率的曲線圖。

如從圖3所知，在420～520℃溫度下進(jìn)行有序化處理的情況下，與未進(jìn)行有序化處理的690合金相比，熱導(dǎo)率提高8％以上。在這里，熱導(dǎo)率的提高率的標(biāo)準(zhǔn)為固溶處理之后進(jìn)行水冷的狀態(tài)的690合金。并且，在圖3中，在8％以虛線表示的線為根據(jù)本發(fā)明提高的熱導(dǎo)率的目標(biāo)值。將熱導(dǎo)率的最小提高率限制在8％是因?yàn)楫?dāng)考慮到熱導(dǎo)率測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差及測(cè)定方法的可靠性時(shí)，8％的熱導(dǎo)率的變化為可在95％的可靠性區(qū)間值得信賴的值。

重新參照?qǐng)D3來對(duì)基于臨界性意義的有序化處理溫度進(jìn)行說明如下。如從圖3所知，在410～495℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行有序化處理的情況下，與進(jìn)行有序化處理之前相比，可對(duì)熱導(dǎo)率提高率的臨界性意義進(jìn)行觀察。

對(duì)此進(jìn)行具體的說明如下：如從圖3所知，隨著有序化處理溫度的上升，熱導(dǎo)率的上升率漸漸增加，但直到410℃溫度，其增加率為8％目標(biāo)值以下。然而，隨著經(jīng)過410℃溫度，可觀察到因有序化處理，熱導(dǎo)率的上升率急劇增加。這種趨勢(shì)在495℃溫度形成頂點(diǎn)，在495℃溫度之后熱導(dǎo)率的上升率急劇降低。

通常，眾所周知，對(duì)金屬進(jìn)行熱處理時(shí)，若熱導(dǎo)率上升，則熱處理溫度越高其程度就越高。根據(jù)本發(fā)明可發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：對(duì)經(jīng)固溶處理的690合金進(jìn)行有序化處理，在小于410℃溫度的熱處理溫度下，熱導(dǎo)率的上升率很小，但在410℃以上的溫度下，隨著熱處理溫度的上升，熱導(dǎo)率的上升率急劇增加，并且在495℃以上的溫度下急劇減少。

結(jié)果，在對(duì)690合金通過有序化處理來提高熱導(dǎo)率的情況下，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在410～495℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行有序化處理時(shí)，可有效地取得高的熱導(dǎo)率提高率。

圖4為本發(fā)明的第三實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第三實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在經(jīng)過進(jìn)行固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的步驟及在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟之后，以連續(xù)性地冷卻為有序化處理溫度的方法來進(jìn)行有序化處理。

如這種本發(fā)明的第三實(shí)施例所示，在有序化處理過程中，無需在規(guī)定溫度下必須進(jìn)行有序化處理，即使保持在一些程度的溫度范圍內(nèi)也顯示有序效果。

本發(fā)明的第三實(shí)施例為包括在有序化處理之前，在520～700℃的溫度下保持1小時(shí)以上的步驟的結(jié)構(gòu)。由此，在固溶處理之后進(jìn)行冷卻的過程中，在520～700℃溫度范圍內(nèi)保持1小時(shí)以上，從而碳化物充分地析出，并且可促進(jìn)固溶炭量的減少。在以往，為了使碳化物析出，在700～750℃溫度下進(jìn)行熱處理(thermaltreatment，tt)，因而具有當(dāng)碳化物析出時(shí)，固溶炭的量減少，在冷卻過程中有序速度加快的效果。然而，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，與以往的熱處理(tt)不同，通過在700℃以下的溫度下保持1小時(shí)以上的方法來增加有序速度。因此，與在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的本發(fā)明的第二實(shí)施例相比，可進(jìn)一步增加后續(xù)的有序化處理步驟中的有序速度。

然而，根據(jù)本發(fā)明的在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟，不是局限于本發(fā)明的第三實(shí)施例。換言之，不僅在上述保持步驟必須在固溶處理之后連續(xù)性地冷卻為有序化處理溫度的情況，在冷卻至如圖1所示的小于有序化溫度的溫度的步驟中，在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上，在這種情況下也可取得因碳化物的充分地析出而帶來的固溶炭量的減少的效果。

圖5為本發(fā)明的第四實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第四實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：通過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻，來冷卻至小于有序化處理溫度之后，重新加熱，在有序化處理過程中溫度漸漸降低的方法，進(jìn)行1次以上的有序化處理。如這種本發(fā)明的第四實(shí)施例，在有序化處理的過程中，無需在規(guī)定溫度下必須進(jìn)行有序化處理，保持在一些程度的溫度范圍內(nèi)也可取得有序效果。

圖6為本發(fā)明的第五實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第五實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：通過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度連續(xù)性地冷卻至有序化處理溫度，在適用有序化處理的過程中，有序化處理過程的溫度漸漸降低的方法，進(jìn)行1次以上的有序化處理。在這種本發(fā)明的第五實(shí)施例，與圖5不同地，無需冷卻至小于有序化處理溫度，因而具有縮短運(yùn)行時(shí)間的效果。

圖7為本發(fā)明的第六實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第六實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：經(jīng)過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的步驟及在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟之后，在通過連續(xù)性地冷卻為有序化處理溫度的方法進(jìn)行有序化處理的過程中，溫度漸漸降低，通過此方法進(jìn)行1次以上的有序化處理。這種本發(fā)明的第六實(shí)施例與第四實(shí)施例及第五實(shí)施例的技術(shù)思想類似，但如上所述，具有減少固溶碳的量，使有序速度加快的效果。

圖8為本發(fā)明的第七實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第七實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為小于有序化處理溫度之后，重新加熱，在有序化處理的過程中重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻，來進(jìn)行有序化處理。在這種本發(fā)明的第七實(shí)施例中，如上所述，有序化處理效果不是必須在一個(gè)溫度中引起，因而在產(chǎn)生有序化的溫度范圍內(nèi)發(fā)生加熱及冷卻也顯示出有序效果。

圖9為本發(fā)明的第八實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第八實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為有序化處理溫度，對(duì)此，在連續(xù)性地有序化處理的過程中重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻來進(jìn)行有序化處理。

圖10為本發(fā)明的第九實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第九實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：經(jīng)過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度，進(jìn)行冷卻的步驟及在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟之后，連續(xù)性地冷卻為有序處溫度，在有序化處理過程中重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻。

圖11為本發(fā)明的第十實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為有序化處理溫度以下之后，重新加熱，在適用有序化處理的過程中，在不同的兩個(gè)溫度(t1≠t2)下進(jìn)行有序化處理。

圖12為本發(fā)明的第十一實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十一實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為有序化處理溫度以下，在連續(xù)性地進(jìn)行有序化處理的過程中，在不同的兩個(gè)溫度(t1≠t2)下進(jìn)行有序化處理。

圖13為本發(fā)明的第十二實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十二實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：經(jīng)過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度進(jìn)行冷卻的步驟及在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟之后，連續(xù)性地冷卻為有序化處理溫度，在有序化處理過程中，在不同的兩個(gè)溫度(t1≠t2)下進(jìn)行有序化處理。

圖14為本發(fā)明的第十三實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十三實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為小于有序化溫度，重新加熱，在進(jìn)行有序化處理的過程中，在不同的而兩個(gè)溫度(t1≠t2)下進(jìn)行有序化處理，并且在有序化處理溫度范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻1次以上。

圖15為本發(fā)明的第十四實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十四實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻為有序化溫度，在連續(xù)性地進(jìn)行有序化處理的過程中，在不同的兩個(gè)溫度(t1≠t2)中，進(jìn)行有序化處理，并且在有序化處理溫度范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻1次以上。

圖16為本發(fā)明的第十五實(shí)施例的熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的制備方法的流程圖。具體地，本發(fā)明的第十五實(shí)施例示出如下的制備熱導(dǎo)率得到提高的690合金的有序合金的工序：經(jīng)過在固溶處理之后，以200℃/分鐘以下的速度冷卻的步驟及在520～700℃溫度下保持1小時(shí)以上的步驟之后，冷卻為有序化溫度，在連續(xù)性地進(jìn)行有序化處理過程中，在不同的兩個(gè)溫度(t1≠t2)內(nèi)進(jìn)行有序化處理，并且在有序化處理溫度范圍內(nèi)，重復(fù)進(jìn)行加熱及冷卻1次以上。

以上說明僅為示例性地說明本發(fā)明的技術(shù)思想，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)性特性的范圍內(nèi)可進(jìn)行多種修改及變更。因此，本發(fā)明公開的實(shí)施例是用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想，而不是用于限制本發(fā)明的技術(shù)思想，本發(fā)明的技術(shù)思想并不是通過這些實(shí)施例而被限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由下述的發(fā)明要求保護(hù)范圍來進(jìn)行解釋，并且應(yīng)被解釋為與其等同范圍內(nèi)的所有技術(shù)思想包含于本發(fā)明的發(fā)明要求保護(hù)范圍。