[發(fā)明專利]一種通過(guò)添加微量Au提高鐵素體鋼抗輻照性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810570117.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN108728724B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張莎莎;姚正軍;杜海泉;牛永康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C33/04
• 分類號(hào): C22C33/04;C22C38/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明提出了一種通過(guò)添加微量可移動(dòng)的固溶原子Au提高鐵素體鋼抗輻照性能的方法。真空熔煉含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1?4.5％Au的鐵素體鋼，將合金封裝在含200mbar高純氬氣的石英管中，在830～880℃保溫1～6h，然后快速水冷淬火，將可移動(dòng)的Au原子過(guò)飽和固溶到鐵素體基體中。在高溫He離子輻照條件下鐵素體鋼基體中有大量納米級(jí)富金相選擇性地在輻照損傷位置析出，填充輻照缺陷并顯著抑制輻照腫脹。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)鋼材料抗輻照性能的方法。

背景技術(shù)

核能是一種清潔、安全、高效的新型能源，具有大規(guī)模代替化石燃料的潛力，在目前的世界能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。鐵素體鋼由于具有加工技術(shù)相對(duì)成熟，生產(chǎn)成本相對(duì)低，通過(guò)熱處理能夠得到需要的低溫和高溫力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是核反應(yīng)堆包殼、壓力容器、蒸汽發(fā)生器等部件的重要應(yīng)用材料。鐵素體鋼的成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)提高其在核反應(yīng)堆高溫高壓、強(qiáng)輻照、腐蝕條件下服役穩(wěn)定性和使用壽命具有重要意義。比如通過(guò)C與合金元素形成碳化物以提高鋼鐵的力學(xué)性能，但是C含量不能過(guò)高防止在服役過(guò)程中生成粗大相而導(dǎo)致性能的惡化(專利號(hào)ZL201310303487.6)。Cr元素是提高抗氧化性能的主添加合金元素，通過(guò)在表面生成致密的Cr₂O₃氧化膜抑制合金在高溫條件下的腐蝕(申請(qǐng)?zhí)朲L201410251099.2)。利用低活化元素W，Ta、V等替代活化元素Nb，Mo，提高其抗輻照性能(申請(qǐng)?zhí)朲L201210053495.5)。在鐵素體鋼中添加納米級(jí)的Y₂O₃顆粒，通過(guò)彌散顆粒對(duì)亞晶粒的釘扎作用有效提高了材料的使用溫度，同時(shí)納米氧化物可以有效俘獲輻照缺陷和He，避免大尺寸氦泡的產(chǎn)生，從而提高材料的抗輻照性能。上述常規(guī)的提高鋼鐵材料在輻照條件下服役穩(wěn)定性的方法是通過(guò)成分設(shè)計(jì)與優(yōu)化使材料變得更強(qiáng)，抑制損傷的產(chǎn)生和生長(zhǎng)，以提高材料的抗輻照性能。本申請(qǐng)專利提出了通過(guò)損傷產(chǎn)生后對(duì)損傷的自動(dòng)修復(fù)來(lái)提高材料抗輻照性能的新思路，通過(guò)添加的微量Au在輻照損傷處的選擇性析出行為對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)，從而提高鋼鐵材料的抗輻照性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)添加微量可移動(dòng)的固溶原子Au提高鐵素體鋼抗輻照性能的方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，利用過(guò)飽和固溶處理在鐵素體基體中添加微量Au元素，通過(guò)富金相在輻照損傷位置的選擇性偏析提高材料的抗輻照性能。

其中，所述鐵素體鋼的成分，各元素按質(zhì)量百分比Au為1-4.5％，C為0.001-0.01％，Si為0.01-0.1％，余量為Fe。

其中，所述鐵素體鋼材料中可移動(dòng)Au原子的添加和存儲(chǔ)方法為真空熔煉含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-4.5％wt.％Au的鐵素體鋼，并鍛造、軋制成2mm厚的鋼板，然后通過(guò)線切割制備樣品并對(duì)材料進(jìn)行拋光并用丙酮清洗。將合金封裝在含200mbar高純氬氣的石英管中，在830～880℃保溫1～6h，然后快速水冷淬火。

優(yōu)選的，線切割制備的樣品尺寸為10mm×10mm×2mm。

進(jìn)一步的，輻照條件為：550℃，輻照劑量為5×10¹⁶ions/cm²，真空度<1×10^-3Pa.

其中，在輻照條件下，所述鐵素體鋼基體中有大量納米級(jí)富金相選擇性地在輻照損傷位置析出，對(duì)輻照缺陷進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，顯著抑制材料的輻照腫脹現(xiàn)象。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明突破常規(guī)的反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)鋼材料的開發(fā)思路，提供了具有輻照損傷自修復(fù)功能的反應(yīng)堆用鋼鐵智能材料，成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工藝操作簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1添加合金元素Au后鐵素體鋼在輻照后的透射電鏡照片(HADDF模式)。