[發明專利]一種相間析出強化的低活化鐵素體鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202010076615.8
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111270164B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳浩;朱加寧;周曉勝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;C22C38/02;C22C38/04;C21D8/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 陳丹;張奎燕

一種低活化鐵素體鋼及其制備方法。以質量百分比計，所述低活化鐵素體鋼包括C：0.04％～0.07％、Cr：8.5％～9.5％、W：0.5％～1.5％、V：0.15％～0.25％、Si：0.1％～0.2％、Mn：0.3％～0.6％、Ti：0.16％～0.28％和余量的Fe。所述方法包括：制備含有所述質量百分比的C、Cr、W、V、Si、Mn、Ti和Fe的合金材料；將所述合金材料進行奧氏體化；將奧氏體化后的合金材料進行等溫鐵素體相變；完成所述等溫鐵素體相變后，進行冷卻。本申請的低活化鐵素體鋼具有良好的組織穩定性和抗高溫蠕變性能，有望滿足下一代聚變實驗堆結構材料在高溫和高輻照強度下服役的設計需求，其制備方法工藝簡單，可操作性高。

技術領域

本申請涉及低活化鐵素體鋼的制備領域，尤指一種新型的相間析出強化低活化鐵素體鋼及其制備方法。

背景技術

聚變堆材料是制約商業化可控核聚變實現的三大瓶頸之一，低活化馬氏體/鐵素體鋼因在抗輻照腫脹、熱膨脹系數、高熱導率、較好耐液態金屬腐蝕等方面的出色表現，而成為聚變堆包層和第一壁/偏濾器的候選材料。目前國內外研發試驗中的聚變堆用低活化鋼鐵材料通常是在傳統耐熱鋼的基礎上進行改進，利用淬火-回火工藝在馬氏體基體中形成大量的彌散分布碳化物析出，利用這些碳化物對位錯、馬氏體板條界的釘扎作用等提高材料的服役性能。研究表明，回火后的馬氏體中存在多種碳化物析出相，包括M₂₃C₆、MX等。在服役過程中，材料的組織穩定性與材料的服役性能之間存在明顯的正相關關系。而MX的粗化速度遠遠小于M₂₃C₆，即其穩定性更高。另一方面，回火馬氏體的板條也存在合并的趨勢，不利于蠕變性能的發揮。值得注意的是，由于反應堆服役溫度和輻照強度的進一步提高(下一階段需要攻克的服役溫度為650℃)，而現有的低活化馬氏體/鐵素體鋼的抗蠕變、抗輻照等性能已無法滿足需求，因此亟需提出新的材料設計思路。

發明內容

本申請提供了一種納米相間析出強化的低活化鐵素體鋼及其制備方法，該低活化鐵素體鋼具有良好的組織穩定性和抗高溫蠕變性能，有望滿足下一代聚變實驗堆結構材料在高溫和高輻照強度下服役的設計需求，其制備方法工藝簡單，可操作性高。

本申請提供了一種低活化鐵素體鋼，低活化鐵素體鋼包括C(碳)、Cr(鉻)、W(鎢)、V(釩)、Si(硅)、Mn(錳)、Ti(鈦)和Fe(鐵)。

具體地，以質量百分比計，本申請提供的低活化鐵素體鋼包括C：0.04％～0.07％、Cr：8.5％～9.5％、W：0.5％～1.5％、V：0.15％～0.25％、Si：0.1％～0.2％、Mn：0.3％～0.6％、Ti：0.16％～0.28％和余量的Fe。

在本申請的實施方案中，本申請提供的低活化鐵素體鋼可以由C：0.04％～0.07％、Cr：8.5％～9.5％、W：0.5％～1.5％、V：0.15％～0.25％、Si：0.1％～0.2％、Mn：0.3％～0.6％、Ti：0.16％～0.28％和余量的Fe組成。

在本申請的實施方案中，以質量百分比計，所述低活化鐵素體鋼可以包括C：0.055％～0.065％、Cr：8.5％～9％、W：0.9％～1％、V：0.2％～0.25％、Si：0.13％～0.15％、Mn：0.4％～0.5％、Ti：0.18％～0.23％和余量的Fe。

在本申請的實施方案中，以質量百分比計，所述低活化鐵素體鋼可以由C：0.055％～0.065％、Cr：8.5％～9％、W：0.9％～1％、V：0.2％～0.25％、Si：0.13％～0.15％、Mn：0.4％～0.5％、Ti：0.18％～0.23％和余量的Fe組成。

在本申請的實施方案中，Ti與C的質量比可以為3～4:1。

在本申請的實施方案中，以質量百分比計，所述低活化鐵素體鋼可以由C：0.06％、Cr：9％、W：1％、V：0.2％、Si：0.15％、Mn：0.45％、Ti：0.2％和余量的Fe基體組成。