[發明專利]一種耐高溫腐蝕的含鋁奧氏體不銹鋼及制備方法

在審

• 申請號: 202110460232.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113151747A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 馬趙丹丹;張瑞謙;王叢林;陳勇;唐睿
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/02;C21D1/18;G21C15/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 史麗紅

本發明公開一種耐高溫腐蝕的含鋁奧氏體不銹鋼及制備方法，包括如下重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：15～25％、Al：2.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量為Fe。本發明的含鋁奧氏體不銹鋼，將Cr含量提升至15～25wt.％，Al含量提升至2.5～8wt.％，即包含足夠高含量的Cr和Al元素，Cr和Al都是提高抗氧化性能的關鍵元素，高Cr和Al含量有助于Al?Cr氧化膜形成；在合金表面能夠形成穩定致密的Cr₂O₃氧化膜，提高材料抗氧化性能，同時在氧化氣氛中合金表面能夠形成Al₂O₃氧化膜，Al₂O₃層熱力學穩定性好，生長速率低，在極端環境中更具保護性，而且Al還會在基體中形成大量的B2?NiAl相，提高了材料在高溫氧化性氣氛中的使用溫度，提高材料的抗腐蝕性能，可在高溫極端環境下使用。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及一種耐高溫腐蝕的含鋁奧氏體不銹鋼及制備方法。

背景技術

超臨界反應堆，采用超臨界流體作為冷卻介質，利用擬臨界區物性突變現象，降低壓縮功耗，實現氣冷堆在中等堆芯出口溫度下達到較高效率的目標，逐步成為四代先進反應堆研究熱點。相對于系統設計，超臨界循環系統中關鍵部件，如用于渦輪、熱交換器、管道等結構材料，其抗腐蝕及高溫力學行為將是決定系統安全和部件壽命的重要因素。

含鋁的奧氏體不銹鋼(Alumina-Forming Stainless Steel，簡稱AFA)是一種通過表面形成Al₂O₃致密氧化膜，從而獲得優異抗氧化性的新型結構材料，可應用于更為苛刻的工作溫度和腐蝕環境。AFA合金相較于傳統的Cr氧化膜形成合金，具有超優越的抗高溫氧化性能、蠕變性能形成性好、焊接性好和更低的成本，在超臨界介質反應堆中具有很好的應用價值。

美國Brady等人公開一種含鋁的奧氏體不銹鋼，成分為：(15～21)％Ni-(10～15)％Cr-(2～3.5)％Al-(0.5～4)％Mn-(1～3)％Mo-(0.1～1)％Si-(0.1～1)％Nb-(0.05～0.15)％C，少于0.05％的N，Ti和V含量相加少于0.3％；后續又改進為：包括(15～30)％Ni-(10～15)％Cr-(2～5)％Al，Nb和Ta成分總共或者其中一個為0.6％～5％，Mo和Co提升至3％，增加1％W，增加0.5％Cu，Mn含量增至4％，同時包含1％Si，(0.05～0.15)％C，0.15％B，0.05％P，Y、La、Ce、Hf、和Zr其中一個元素的含量為1％，少于0.05％的N。改進的奧氏體不銹鋼表面具有致密連續的氧化膜，并有納米級別的NbC和TiC沉淀分布在基體上，同時基體具有穩定的fcc奧氏體結構，使得這種材料強度得到了步提升。

但是針對超臨界流體介質反應堆，其內部具有破壞性更強的腐蝕環境，因此對材料耐腐蝕性能要求更好，而目前的材料無法很好的滿足上述需求。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術存在的問題，提供了一種耐高溫腐蝕的含鋁奧氏體不銹鋼及制備方法，通過對耐腐蝕性能關鍵元素Cr、Al及進行改進，能夠在高溫、極端環境下形成更致密、更穩定的氧化膜，從而實現更高的耐腐蝕性能；同時具有較好的高溫力學性能，適應于更加復雜的運行環境。

本發明通過下述技術方案實現：

一種耐高溫腐蝕的含鋁奧氏體不銹鋼，包括如下重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：15～25％、Al：2.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量為Fe。

優選的，重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：20～25％、Al：3.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量為Fe。