[發(fā)明專利]一種聚變堆用低活化馬氏體鋼的冶煉生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810021328.6
• 申請(qǐng)日: 2008-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN101328522A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉少軍;黃群英;李春京;吳宜燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院等離子體物理研究所
• 主分類號(hào): C21C5/00
• 分類號(hào): C21C5/00;C22B9/18;C21D8/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于聚變堆的低活化馬氏體鋼的冶煉制備方法。

背景技術(shù)

中國低活化馬氏體鋼CLAM是申請(qǐng)人研發(fā)的一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚變堆結(jié)構(gòu)材料，屬于高純凈馬氏體鋼，要求對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

T91/P91鋼是一種改進(jìn)型商用馬氏體耐熱鋼，具有良好的高溫?zé)釓?qiáng)性和抗氧化性能，被廣泛用于電站鍋爐中的過熱器和再熱器管道，該鋼純度要求高(S≤0.010wt％，P≤0.020wt％)，目前國內(nèi)主要依靠進(jìn)口。

但是采用電弧爐冶煉工藝無法制備出合格CLAM鋼，主要原因是：(1)由于在非真空環(huán)境下熔煉，主合金元素會(huì)產(chǎn)生一定的燒損，如C容易氧化，Mn容易揮發(fā)，Cr容易吸收空氣中的N，難以做到成分的精確控制；(2)由于CLAM鋼對(duì)雜質(zhì)元素要求極為嚴(yán)格，因此很難采用傳統(tǒng)的脫硫、脫氧和脫磷工藝來實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)元素如O≤0.01％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al≤0.01％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的控制要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)電弧爐冶煉工藝存在的問題，本發(fā)明開發(fā)了一種聚變堆用低活化馬氏體鋼冶煉生產(chǎn)方法，在適當(dāng)控制原材料純凈度的基礎(chǔ)上，采用“真空感應(yīng)熔煉(主熔煉工藝)+電渣重熔(輔助熔煉工藝，屬于可選工藝)”的方式。真空感應(yīng)熔煉時(shí)，采用合適熔煉工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)合金元素及O、Al的控制，S和P則主要取決于原材料及真空熔煉前處理工藝，電渣重熔時(shí)，選擇合適渣系和重熔工藝，進(jìn)一步降低氣體元素和S、P的含量，同時(shí)顯著地解決成分偏析，去除夾雜物，熔煉出成分和內(nèi)部組織合格的CLAM鋼。最后鍛造開坯，熱軋制備成所需的CLAM鋼型材。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種聚變堆低活化馬氏體鋼的冶煉生產(chǎn)方法，其特征在于：包括以下過程：

第一步，在真空感應(yīng)爐內(nèi)對(duì)爐料進(jìn)行熔煉：

1)用FeCa合金對(duì)純鐵進(jìn)行脫S處理；

2)熔煉前對(duì)合金元素如Cr、W、V、Ta、Mn進(jìn)行高溫真空脫水除氣處理；或者采用非真空脫水除氣處理工藝：首先對(duì)Al₂O₃粉或CaF₂粉進(jìn)行高溫脫水，然后用Al₂O₃粉或CaF₂粉包埋合金以隔絕空氣，最后在非真空環(huán)境下加熱脫水除氣，加熱溫度300～800℃；

3)按照目標(biāo)馬氏體鋼設(shè)計(jì)成分進(jìn)行配料，純鐵裝入真空感應(yīng)爐，合金元素按Cr、W、V、Ta、C、Mn順序裝入真空合金料斗；

4)真空感應(yīng)熔煉爐抽真空至0.1～10Pa后，充高純氬氣至0.005～0.08MPa，熔化純鐵，并加C脫O至5～100ppm；

5)合金化：通過料斗加入純金屬Cr和W，升溫至1450～1650℃，熔化完成后依次加入純金屬V、Ta，待熔化后，抽真空至0.1～10Pa以下保持3～10分鐘；然后充氬氣至0.005～0.08MPa后加入純C和純金屬M(fèi)n；

6)在線檢測(cè)合金元素成分并依據(jù)測(cè)試結(jié)果增補(bǔ)合金元素，待成分合格后在1450～1550℃出鋼并進(jìn)行真空澆注得鑄錠；

檢查鑄錠成分和內(nèi)部組織，若滿足要求，即可完成熔煉工作，否則需進(jìn)行第二步輔助熔煉；

第二步，對(duì)鑄錠進(jìn)行鍛造以制備重熔自耗電極，鍛造溫度800～1200℃，奧氏體化保溫時(shí)間45～75min，鍛造比＞4∶1；然后在真空電渣爐或氬氣保護(hù)的普通電渣爐中重熔精煉，冶煉出成分和內(nèi)部組織合格的CLAM鋼鑄錠：

1)選用高純Al₂O₃+CaF₂或者CaO+Al₂O₃+CaF₂作為電渣；

2)對(duì)電渣進(jìn)行干燥處理，熔化后注入到真空電渣爐或普通電渣爐的結(jié)晶器中；

對(duì)于真空電渣重熔爐，抽真空至0.1～5Pa后充高純氬氣至0.005～0.05MPa；

對(duì)于普通電渣重熔爐，向結(jié)晶器中充高純氬氣保護(hù)；

3)采用電流大小來控制重熔自耗電極的熔化速度，電流范圍為200～500A；

4)重熔結(jié)束后，取出重熔鑄錠。

所述的聚變堆結(jié)構(gòu)材料低活化馬氏體鋼冶煉生產(chǎn)方法，其特征在于：鍛造開坯，熱軋制備所需型材：

1)鍛造開坯時(shí)的工藝參數(shù)為：初始鍛造溫度1100～1200℃，保溫時(shí)間45～75min，終鍛溫度800～900℃，鍛造比＞4∶1；