[發明專利]一種低活化核聚變用鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201210134154.0
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102628142A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 武會賓;李爍;唐荻;王一德
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/28
• 分類號: C22C38/28;C21D8/00;B21B37/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

?

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，涉及核電用鋼及其制備方法，提供了一種低活化核聚變用鋼及其制備方法。

背景技術

能源是社會經濟發展的物質基礎，隨著社會的發展和人類文明的進步，人類對能源的需求也越來越大。傳統的煤炭和石油等化石能源，由于其形成周期很長以及儲量有限，已經滿足不了人類對能源不斷增長的需求。核能在經過半個多世紀的研究后，現在已經大規模的應用于發電，對緩解局部地區能源危機起到了一定的作用。目前的核反應堆都是裂變反應堆，雖然在技術上不存在太大的問題，但是重元素的裂變，將給人類留下較多的放射性廢物；而且裂變反應堆采用鈾等作為核燃料，由于鈾在自然界的儲量非常有限，在經過一段時間的開采后會枯竭，到那個時候同樣要面對能源危機的現實。

核聚變反應堆是解決未來能源問題的一種非常有效的方法，但是，核聚變反應堆的內部環境對所使用材料的要求非常苛刻，必須具有耐高溫、抗輻照、耐腐蝕等性能，同時還要有較高的力學性能。

發明內容

本發明的目的是設計一種成本低、工藝簡單、具有高強度和塑性的低活化核聚變用鋼，并適用于大規模生產。

一種低活化核聚變用鋼，化學成分質量百分比如下：

C?0.05~0.1；Si?0.2~0.25；Mn?0.4~0.8；P<0.008；S<0.002；N?0.01~0.04；Cr?8.5~9.5；Ti?0.01~0.02；V?0.1~0.3；Zr?0.04~0.06；W?1.1~2.5；余量為Fe和微量雜質。

生產低活化核聚變用鋼的制備方法，包括如下步驟：

1)??????按上述成分冶煉，之后鍛打成80×80×80mm的方坯。

2)??????鋼坯加熱至1100～1250℃之間，保溫1～2小時。

3)??????奧氏體再結晶區軋制：軋制溫度保證在950～1200℃之間，道次變形量>30%。

4)??????奧氏體未再結晶區軋制：軋制溫度保證在900～950℃之間，總變形量>40%。

5)??????冷卻制度：軋制完成后噴水冷卻至500～600℃的范圍內，冷卻速度在10～30℃/s，之后空冷至室溫。

6)??????熱處理制度：將控軋控冷得到的鋼加熱到980℃保溫0.5～1小時，然后淬火至室溫，冷卻速度在20～30℃/s范圍內；之后將淬火鋼加熱到760℃回火，保溫1～2小時，然后空冷至室溫。

本發明的低活化核聚變用鋼的主要合金元素的作用機理如下：

本發明中的C含量為0.05~0.1%，本身有固溶強化作用，另外主要是形成碳化物，以提高合金的高溫強度，同時提高合金的硬度。隨著鋼中碳含量增加，屈服強度和抗拉強度升高，但塑性和沖擊韌性降低，當碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，碳含量一般不超過0.20%。為了使低活化核聚變用鋼獲得更好的焊接性能，需降低鋼中的碳含量。碳含量的降低所帶來的鋼的強度的下降，則需用其它方法來彌補。?

本發明的Mn含量為0.4~0.8%，由于本發明中的碳含量較低，所以通過提高錳含量來保證高強度，隨著錳含量的增加，強度增加。但錳含量又不能過高，因為錳含量太高會影響鋼的焊接性能。?

本發明中的P<0.008%，S<0.002%，含量極低，是因為P和S在鋼中都是影響性能的有害元素。P會導致鑄坯成分偏析，影響鋼板組織的均勻性；S在鋼中以硫化物的形態存在，對鋼板的沖擊韌性是十分不利的，并造成各向異性和增大氫致開裂敏感性。為了保證低活化核聚變用鋼能具有較高的純凈度和均勻性，從而得到良好的高強韌性，必須降低P和S的含量。

本發明的Cr含量為8.5~9.5%，鉻是中等碳化物形成元素，加熱時溶入奧氏體的Cr能提高鋼的淬透性。另外，鉻含量是強烈影響鋼的韌脆轉變溫度的主要因素，Cr含量為8.5~9.5%能獲得較低的DBTT溫度。

本發明的V含量為0.1~0.3%，釩是強碳化物形成元素，形成的VC質點穩定性好，質點細小，不易長大，且彌散分布，對晶界起很強的釘扎作用，能有效提高鋼的熱強性，特別是在500℃以上的高溫，V能明顯提高合金的高溫強度。

本發明的Zr含量為0.04~0.06%，鋯是強碳化物形成元素，它在鋼中的作用與鈮、鈦、釩相似。加入少量的鋯元素有脫氣和凈化晶粒作用，有利于改善鋼的性能。