[發明專利]一種高強韌耐高溫RAFM鋼及其基于機器學習的設計方法

有效

• 申請號: 202110335798.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113073267B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 鄭明杰;李孝晨;丁文藝
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/28;C21D1/18;C21D1/28;C21D6/00;C21D11/00;G16C60/00;G16C20/70;G16C20/50;G16C20/30
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 李靜

本發明提供了一種高強韌耐高溫RAFM鋼，其化學成分為：C：0.12～0.16％，Cr：9.5～10.5％，W：1.6～1.8％，Si：0.48～0.52％，Mn：0.6～0.7％，V：0.23～0.27％，Ta：0.10～0.26％，Zr：0.001～0.005％等；熱處理參數為：正火溫度1010～1050℃，正火時間20～55min，回火溫度600～720℃，回火時間50～90min。本發明還提供了一種上述鋼的基于機器學習的設計方法。本發明RAFM鋼具有較高的使用溫度上限，高溫下也具備較好的拉伸性能；同時，本發明構建的機器學習方法的泛化能力強，能快速、高效地設計出合理的成分和熱處理參數。

技術領域

本發明涉及鋼鐵材料技術領域，尤其涉及一種高強韌耐高溫RAFM鋼及其基于機器學習的設計方法。

背景技術

由傳統的9Cr-1Mo鋼發展而來的低活化鐵素體/馬氏體(RAFM)鋼因其良好的熱物理、熱機械和抗輻照性能而被認為是非常有前途的聚變反應堆用結構材料。作為一種金屬結構材料，拉伸性能是RAFM鋼設計和應用評價中最重要的基本因素。在聚變反應堆中，結構材料高溫力學性能的改善有利于提高核能的利用效率。目前RAFM鋼的使用溫度上限為550℃。為了優化RAFM鋼的高溫拉伸性能，已經進行了大量的實驗研究。但是，隨著RAFM鋼體系和熱處理工藝的復雜化，系統實驗暴露出周期長、花費大、成功率低的劣勢，這難以滿足人們對材料高效研發的要求。

為了優化RAFM鋼的拉伸性能，特別是高溫下的性能，研究人員在優化合金成分和改變熱處理條件兩個方面花費了大量的精力。例如，天津大學的研究團隊通過實驗方法研究了Ta對低碳RAFM鋼中第二相(如M₂₃C₆和MX)的影響，發現增加Ta濃度可以提高納米級MX粒子的形成趨勢，有助于高溫拉伸性能的改善。在熱處理優化方面，改變正火和回火條件被用于優化RAFM鋼的拉伸性能。例如，比利時根特大學的研究人員發現，改變退火溫度對馬氏體塊尺寸有很大影響，這導致RAFM鋼在不同溫度下的拉伸性能有一定的差異。因此，調整成分和熱處理條件來優化RAFM鋼的拉伸性能是一種有效的策略。然而，傳統的實驗試錯法難以實現多組分、復雜工藝參數的同時優化。

機器學習(ML)方法在解決多維和多尺度問題方面具有很大的優勢。目前，大部分研究者主要是建立從成分、工藝參數到性能的正向模型，并利用該模型在虛擬空間中預測和篩選性能優異的材料。但是，這種多維窮舉搜索過程是非常復雜和耗時的。一個更具吸引力的工作是建立面向性能要求的設計模型，它能夠根據目標性能快速設計出合理的成分和熱處理參數。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種高強韌耐高溫RAFM鋼及其基于機器學習的設計方法，其通過調整成分、工藝參數來提高RAFM鋼的使用溫度上限，使之更好的進入工業化應用，同時，通過構建機器學習模型來快速、高效地設計出合理的RAFM鋼成分和熱處理參數。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種高強韌耐高溫RAFM鋼，所述RAFM鋼的化學成分及質量百分比含量為：C：0.12～0.16％，Cr：9.5～10.5％，W：1.6～1.8％，Si：0.48～0.52％，Mn：0.6～0.7％，V：0.23～0.27％，Ta：0.10～0.26％，Zr：0.001～0.005％，Y：0.01～0.05％，Ti：0.002～0.012％，N：0.02～0.04％，其余為Fe和其他不可避免的雜質元素；所述RAFM鋼的熱處理參數為：正火溫度(NT)1010～1050℃，正火時間(Nt)20～55min，回火溫度(TT)600～720℃，回火時間(Tt)50～90min。

作為本發明的優選方式之一，所述RAFM鋼的化學成分及質量百分比含量為：0.13％C，9.5％Cr，1.7％W，0.49％Si，0.67％Mn，0.25％V，0.14％Ta，0.002％Zr，0.014％Y，0.01％Ti，0.021％N，其余為Fe和其他不可避免的雜質元素；所述RAFM鋼的熱處理參數為：正火溫度1010℃，正火時間36min，回火溫度660℃，回火時間76min。