[發明專利]提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的表面處理方法

有效

• 申請號: 201810088013.7
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108374166B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 楊濱;陳旭東;朱運田;李玉勝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C23C22/50
• 分類號: C23C22/50;C23C22/78;C21D7/06;G01N17/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照與耐腐蝕性能的表面處理方法，屬于核電關鍵結構材料領域，其特征在于利用噴丸技術和鈍化處理工藝對316LN奧氏體不銹鋼表面進行改性，在有效控制噴丸過程中出現的馬氏體相(即控制形變誘導相變過程)、增加孿晶界，細化晶粒的同時對不銹鋼進行鈍化處理，使得不銹鋼表面的鈍化膜更加均勻、緊致、結合力更強，達到同時提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的目的。本發明處理設備簡單，價格低廉，適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于核電關鍵結構材料領域，涉及一種提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的表面處理方法。

背景技術

核能被公認為是現實的、可大規模替代化石能源、既清潔又經濟的能源。未來的核電站關鍵結構材料需要承受更高的溫度和壓力以及更強的輻照和化學腐蝕。316LN是一種超低碳控氮奧氏體不銹鋼。由于N元素的加入，316LN不銹鋼在保留較好塑性和韌性的同時顯著提高了強度，被用作AP1000第三代壓水堆核電站一回路主管道材料、第四代燃料快堆的主要結構材料以及托克馬克裝置的第一壁候選材料。已有研究結果表明，當中子輻照劑量超過55dpa(每個原子的平均離位次數)時，316LN奧氏體不銹鋼會出現輻照腫脹現象，輻照腫脹發生的敏感溫度約為550℃。316LN奧氏體不銹鋼的輻照腫脹會嚴重惡化材料的力學性能，導致韌性、塑性、延展性下降。更有甚者，輻照還會促進應力腐蝕開裂，國際上已報道多起輻照促進應力腐蝕破裂的惡性事例。因此，需要尋找一種能提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的方法。

大多數材料的失穩始于表面，只要在材料的表面制備出一定厚度的納米結構層，即實現表面納米化，就能夠通過表面組織和性能的優化提高材料的綜合性能。噴丸處理可極大的細化材料表層的晶粒，形成的大量孿晶界可以作為輻照缺陷湮滅的“阱”。輻照產生的間隙原子、空位、位錯環、氦氣泡等會趨向于向晶界處遷移湮滅，避免聚集形成空洞而導致輻照腫脹。另一方面，不銹鋼的耐蝕性與材料表面在腐蝕介質中生成的雙層結構鈍化膜有關。噴丸處理會在不銹鋼表面引入大量的納米孔洞，通過鈍化工藝處理，這些孔洞產生的毛細作用力有利于不銹鋼表面形成均勻、穩定、結合力更強的鈍化膜結構，達到提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的目的。

發明內容

一種提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的表面處理方法，其特征在于利用噴丸技術對316LN奧氏體不銹鋼表面進行改性，在有效控制噴丸過程中出現的馬氏體相(即控制形變誘導相變過程)、增加孿晶界，細化晶粒的同時對不銹鋼進行鈍化處理，使得不銹鋼表面的鈍化膜更加均勻、緊致、結合力更強，達到同時提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的目的。

一種提高316LN奧氏體不銹鋼耐輻照和耐腐蝕性能的表面處理方法，具體步驟如下：

1)固溶處理：切割60mm×60mm×5mm的板材，在1050℃下保溫90分鐘，水淬；

2)磨光處理：將切割的板材進行表面磨光處理，粗糙度小于0.1μm；

3)噴丸處理：選取0.2～1.0mm直徑的GCr15鋼球，將板材放入噴丸設備中進行表面噴丸處理，噴丸時間為5分鐘～30分鐘，噴丸速度為40米/秒～90米/秒。

4)鈍化處理：選取體積分數為30％～60％的硝酸水溶液進行鈍化處理，鈍化溫度為30℃，鈍化時間為3～8小時。

一種表征316LN奧氏體不銹鋼耐輻照性能的方法，其表征步驟如下

1)電解拋光：將噴丸處理前后的試樣進行電解拋光，拋光液為體積分數20％的高氯酸酒精溶液，拋光電壓為30V，拋光時間為60秒；

2)鈍化處理：將噴丸處理前后的試樣進行鈍化處理，鈍化液為體積分數30％～60％的硝酸水溶液，鈍化溫度為30℃，鈍化時間為3～8小時。