[發明專利]一種Fe23

有效

• 申請號: 202010513539.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111826590B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 溫冬輝;李相偉;胡國棟;張書彥;張鵬
• 申請（專利權）人: 東莞材料基因高等理工研究院;廣東書彥材料基因創新科技有限公司
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/22;C22C38/26;C22C38/28;C21D8/02;G21C3/07
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 楊艷

本發明公開了一種Fe₂₃Zr₆和Fe₂M?Laves相共強化的FeCrAl不銹鋼，由以下成分組成(wt.％)：Cr13～15％、Al4～5％、Mo1.5～3％、Nb0.5～1.5％、Ta0～1％、Zr0.4～1％，余量為Fe和雜質。通過增加Zr的量，配合特定配比的其他合金成分，采用本發明公開的制備方法，可以在基體中形成Fe₂₃Zr₆和Fe₂M?Laves兩種金屬間化合物強化相，其中Fe₂₃Zr₆相在1200℃下依然存在，能有效抑制超高溫下晶粒長大，顯著提升合金的高溫組織穩定性與力學性能，解決現有技術中FeCrAl在1100℃以上時組織穩定性差、晶粒快速粗化而導致性能嚴重惡化的問題。

技術領域

本發明涉及耐熱不銹鋼領域，尤其涉及一種Fe₂₃Zr₆和Fe₂M-Laves相共強化的FeCrAl不銹鋼及其制備方法。

背景技術

長期以來，Zr合金由于在輕水堆常規運行條件下(第二代輕水反應堆 350～400℃/15MPa)具有良好的耐腐蝕性、優異的抗中子輻照性能及結構完整性等，因而長期占據輕水堆包殼材料的壟斷地位。然而，2011年日本福島核事故的發生暴露了現有Zr-UO₂燃料體系在抵抗嚴重事故能力方面的不足，該事故的發生主要是由于地震使反應堆外部的冷卻水發生中斷，致使堆芯溫度迅速升高到1000～1200℃，在該溫度區間發生了Zr+H₂O→ZrO+H₂↑反應，最終發生氫爆，導致放射性物質外泄。因此，亟需發展一種具有耐事故容錯能力的燃料包殼材料(即ATF包殼材料)來替代現役的Zr合金，以提高反應堆的安全性能，要求ATF包殼材料不僅能滿足反應堆常規運行條件下的性能需求，同時在 1000～1200℃下具有優異的抗高溫蒸汽氧化能力和良好的高溫力學性能。

FeCrAl系鐵素體不銹鋼具有優異的抗高溫蒸汽氧化能力、耐蝕性、抗中子輻照性能等優點，是壓水堆ATF包殼的最佳候選材料。關于FeCrAl系合金在 ATF包殼材料上的應用，國內外已經做了大量研究。美國橡樹嶺國家實驗室 (ORNL)研究結果表明，Fe-(13～15)Cr-(4～5)Al(wt.％)三元基礎合金不僅在1200℃事故溫度下具有優異的抗高溫蒸汽氧化能力，而且在400℃正常服役條件下具有良好的抗中子輻照性能。但是該合金由于為單一的鐵素體基體，沒有第二相析出，導致在700℃以上高溫時晶粒快速長大，合金的力學性能嚴重下降。為了提高FeCrAl合金的高溫力學性能，ORNL進一步研究了碳化物(M₂₃C₆和M₇C₃)和金屬間化合物(Fe₂M-Laves phase，hp12-MgZn₂型)析出強化的FeCrAl合金。結果表明Mo/Nb共同合金化后，由于Fe₂(Mo,Nb)-Laves相的析出，合金的高溫組織穩定性得到了顯著改善，在800℃/24h時效后未發生明顯回復再結晶，而碳化物對組織穩定性的提高卻沒有明顯作用。