[發(fā)明專利]一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011267810.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112501490B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李峻宏;蘇喜平;杜愛兵;馮偉;任媛媛;王明政;黃晨;楊勇;劉興民;楊孔靂;張東輝;郝憲朝;梁田;邢煒煒;劉奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C22C33/06
• 分類號(hào): C22C33/06;C22B9/18;C21D8/00;C22C38/02;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/42;C22C38/52
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 任曉航;周敏毅

本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法。所述的制造方法依次包括如下步驟：(1)低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼配料真空感應(yīng)爐冶煉；(2)電渣重熔；(3)重熔錠鍛造：采用真空感應(yīng)加電渣重熔，在冶煉過程中不添加稀土元素，并在鑄錠加熱后先后進(jìn)行快鍛機(jī)鍛造、精鍛機(jī)鍛造、鍛后退火。利用本發(fā)明的低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法，能夠得到?jīng)_擊性能和抗輻照脆化性能更好的鐵素體/馬氏體鋼坯，用于后續(xù)快堆堆芯組件用六角形外套管的加工和制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法。

背景技術(shù)

鈉冷快中子反應(yīng)堆(以下簡(jiǎn)稱快堆)作為第四代核能系統(tǒng)，堆芯燃料組件相比較于重水堆或壓水堆，要在更高溫度下達(dá)到更高的燃耗。

快堆燃料組件中六角管是反應(yīng)堆堆芯中最重要的部件之一，長(zhǎng)期工作在360-600℃溫度范圍內(nèi)，受冷卻劑鈉腐蝕以及100dpa以上高劑量的輻照損傷。隨著快堆燃料燃耗的提高，在高輻照劑量下奧氏體不銹鋼的抗輻照腫脹性能較差，輻照腫脹將導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，并引起組件六角形外套管的變形。外套管的腫脹變形會(huì)影響組件拔出，這也是限制組件壽命的因素之一。

鐵素體/馬氏體鋼優(yōu)點(diǎn)是具有高熱導(dǎo)率以及低的熱膨脹系數(shù)，最突出的優(yōu)勢(shì)是由于BCC晶格結(jié)構(gòu)，使材料的抗輻照腫脹性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于奧氏體不銹鋼，作為堆芯組件結(jié)構(gòu)材料可以確保在輻照條件下保持較好的幾何尺寸穩(wěn)定性。但這類材料在高溫時(shí)的力學(xué)性能下降嚴(yán)重，特別是高溫蠕變性能，限制了其作為堆芯包殼管材料的使用。由于快堆中外套管的溫度低于包殼溫度，因此鐵素體/馬氏體鋼可以作為組件外套管材料。因此，快堆中第二代的六角形外套管材料基本都采用了抗輻照腫脹性能優(yōu)異的9％-12％Cr鐵素體/馬氏體鋼，如美國(guó)FFTF使用HT9，法國(guó)PHENIX和歐洲EFR使用EM10，俄羅斯BN600和BN800使用EP450。

但快堆外套管使用鐵素體/馬氏體鋼帶來的一個(gè)問題是輻照脆化，且在堆內(nèi)輻照后DBTT升高，可能達(dá)到停堆換料時(shí)的溫度。如果組件裝卸操作溫度低于材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度，將會(huì)帶來組件破損的風(fēng)險(xiǎn)。

目前國(guó)際上對(duì)鐵素體/馬氏體鋼成分、熱處理工藝開展了廣泛的研究，以期提高材料的高溫強(qiáng)度和持久性能，降低材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度。國(guó)產(chǎn)快堆堆芯組件用低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼(代號(hào)CN-FMS)突出特點(diǎn)是添加N，控制Si，微合金化元素(C、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、Al、Ti等)眾多；對(duì)鋼坯冶煉和鍛造制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用真空感應(yīng)冶煉(VIM)和電渣重熔(ESR)的雙聯(lián)工藝，明確了鍛造(快鍛和精鍛)加熱溫度、變形比和鍛后退火等工藝參數(shù)，降低O、S、P等有害元素，同時(shí)控制A、B、C、D類非金屬夾雜物水平都≤1.0級(jí)，TiN夾雜物控制在≤1.0級(jí)。通過控制低Si和高N元素含量，增大鍛比(≥7)，能夠顯著提高材料沖擊性能和抗輻照脆化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法，以能夠得到?jīng)_擊性能和抗輻照脆化性能更好的鐵素體/馬氏體鋼坯，用于后續(xù)快堆堆芯組件用六角形外套管的加工和制造。

為實(shí)現(xiàn)此目的，在基礎(chǔ)的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法，所述的制造方法依次包括如下步驟：

(1)低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼配料真空感應(yīng)爐冶煉；

(2)電渣重熔；

(3)重熔錠鍛造：采用真空感應(yīng)加電渣重熔，在冶煉過程中不添加稀土元素，并在鑄錠加熱后先后進(jìn)行快鍛機(jī)鍛造、精鍛機(jī)鍛造、鍛后退火。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種低硅高氮鐵素體/馬氏體鋼坯的制造方法，其中步驟(1)中，所述的真空感應(yīng)爐冶煉對(duì)原材料進(jìn)行選擇，

原材料表面不允許有氧化皮、油漬、水漬、泥砂雜物；