[發(fā)明專利]一種耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113430455B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 陳勝虎;徐海濤;戎利建;楊紅義;龍斌;閆德勝;燕春光;楊志榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;中國原子能科學研究院
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/48;C22C38/58;C21D8/02;C22C33/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，屬于耐腐蝕合金材料領域。該不銹鋼化學成分：C≤0.15％；Ni：7.0～11.0％；Cr：13.0～17.0％；Mn：0～2.0％；Si：1.0～4.0％；Nb≤1.0％；余Fe。本發(fā)明通過將液態(tài)鉛鉍溶解傾向高的Ni、Mn元素含量控制在一定水平以下，抑制溶解性腐蝕，同時借助Si元素的添加提高表面形成腐蝕層的致密性，以降低腐蝕層的生長速率，從而提高耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能。通過奧氏體/鐵素體穩(wěn)定元素含量的平衡設計以保證單一的奧氏體組織，同時借助Nb對C的穩(wěn)定化以及彌散分布NbC對位錯的釘軋，保證了良好的高溫力學性能。

技術領域：

本發(fā)明涉及耐腐蝕合金材料技術領域，具體涉及一種耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法。

背景技術：

鉛鉍共晶(LBE)合金具有優(yōu)異的中子學性能、化學惰性、熱物理性能、抗輻照性能等優(yōu)點，被視為四代鉛冷快堆冷卻劑、ADS系統(tǒng)散裂靶及冷卻劑的首選材料。高溫、流動的液態(tài)鉛鉍合金會對結構材料產(chǎn)生極強的腐蝕作用，從而對反應堆的安全運行造成危害。奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)良的室溫和中高溫力學性能、耐腐蝕性能、成形性能以及焊接工藝性能，被視為四代快堆反應堆容器和堆內(nèi)構件的結構材料。然而，奧氏體不銹鋼在液態(tài)Pb-Bi合金中服役會發(fā)生顯著的溶解性腐蝕，限制了其在液態(tài)鉛鉍環(huán)境中的使用。這主要是由于Ni元素在液態(tài)Pb-Bi中的溶解度高，其溶解度比Fe、Cr等高3個數(shù)量級以上。Ni的溶解性腐蝕不僅會造成奧氏體基體力學性能的退化，而且由此引起的表面腐蝕層的破損或剝落從而阻塞流道。因此，基于奧氏體不銹鋼的化學成分與微觀組織控制以提高耐鉛鉍腐蝕性能是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容：

針對液態(tài)鉛鉍環(huán)境用奧氏體不銹鋼的需求，本發(fā)明的目的是提供一種耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，在提高耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能的同時，具有良好的高溫力學性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼，按重量百分比計，其化學成分如下：

C≤0.15％；Ni：7.0～11.0％；Cr：13.0～17.0％；Mn：0～2.0％；Si：1.0～4.0％；Nb≤1.0％；Fe及不可避免的殘余元素為余量。

按重量百分比計，該合金優(yōu)選的化學成分如下：

C：0.08～0.12％；Ni：8.0～10.0％；Cr：14.0～16.0％；Mn：0.4～0.8％；Si：2.2～3.0％；Nb：0.7～1.0％；；Fe及不可避免的殘余元素為余量。

所述不可避免的殘余元素包括：S含量控制在≤0.015wt.％，P含量控制在≤0.02wt.％。

根據(jù)公式(1)控制該不銹鋼中鐵素體/奧氏體穩(wěn)定元素含量的平衡，公式(1)中的元素符號表示該元素的重量百分比；

該不銹鋼按重量百分比計的化學成分中，Nb/C≥8。

所述耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的高強度奧氏體不銹鋼的制備方法為：首先按照合金成分配比稱取原材料進行熔煉，并澆鑄成鑄錠；然后將鑄錠進行鍛造和軋制；最后將軋制后的板材進行熱處理。

所述的熔煉方法為：電爐冶煉，或其他相當或更好的冶煉方法。

所述的鍛造工藝為：鑄錠在1100～1250℃保溫1h以上進行開坯鍛造，終鍛溫度在900℃以上。

所述的軋制工藝為：鍛坯在1100～1250℃保溫1h以上進行軋制，終鍛溫度在900℃以上，軋制變形量應控制在60％以上。

所述的熱處理制度如下：

(1)在1050～1150℃進行固溶處理，保溫30～60min后水冷至室溫；