一种提高铁素体-马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铁素体

【技术实现步骤摘要】
一种提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法


[0001]本专利技术涉及核用材料的腐蚀防护
，具体涉及一种提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法。

技术介绍

[0002]铅铋共晶合金由于中子吸收和慢化能力弱、熔点低、沸点高、化学稳定性好等优点，被用于四代铅铋冷却快堆的冷却剂、以及加速器驱动次临界系统(ADS)的冷却剂和散裂靶备选材料。然而，高温、流动的液态铅铋合金会对结构材料产生极强的腐蚀作用，对反应堆的安全运行造成危害。如何改善结构材料与液态铅铋合金的相容性成为亟待解决的问题。
[0003]9～12％Cr铁素体
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马氏体钢具有良好的热物理性能、优异的抗辐照肿胀性能、以及在液态铅铋共晶中较低的溶解腐蚀倾向，被视为四代铅铋冷却快堆和ADS中堆芯部件的首选结构材料。在控氧液态铅铋合金中服役，受限于铁素体
‑
马氏体钢中的Cr含量，表面生成的氧化层致密性不足，基体中的元素易于穿过氧化层而造成氧化腐蚀速度加快，并且致密性较差的氧化层也易于发生破损和剥落，同样会加速氧化腐蚀行为。较快的氧化腐蚀速度直接影响了铁素体
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马氏体钢在液态铅铋中的使用寿命和安全性。为解决上述问题，研究人员提出Si的添加可促进氧化层中富Si氧化物的形成，改善了抗液态铅铋腐蚀性能，但是过高的Si含量会促进δ
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铁素体和Laves相的形成，降低力学性能。尽管Al的添加对提高氧化层致密性的作用更明显，但Al具有强烈促进铁素体形成的作用，从而限制了Al的添加量。此外，也有研究人员提出晶粒细化的方法来提高抗液态铅铋腐蚀性能，但高温长期服役后，细晶组织的稳定性逐渐下降，导致力学性能和耐铅铋腐蚀性能的下降。因此，在不损伤铁素体
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马氏体钢力学性能的前提下，如何提高耐铅铋腐蚀性能是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对铁素体
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马氏体钢耐液态铅铋腐蚀技术的问题，本专利技术的目的是提供一种提高铁素体
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马氏体钢耐液态铅铋腐蚀性能的预处理方法，采用冷变形和高温氧化相结合的预处理方法，可促进铁素体
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马氏体钢表面致密性氧化膜的生成，以抵挡液态铅铋腐蚀，同时变形量和高温氧化制度的合理控制又不会损伤钢的力学性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法，具体包括如下步骤：
[0007]1)热处理：对铁素体
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马氏体钢进行淬火+回火的调质热处理，其中：淬火处理为950～1050℃保温30～90min后水冷，回火处理为700～800℃保温1～3h后空冷。
[0008]2)表面处理：对材料表面进行清洁处理，完全去除表面氧化皮，使其表面露出金属光泽，要求表面粗糙度小于1μm。
[0009]3)冷变形：在室温下进行冷变形处理，累积变形量为10～40％。
[0010]4)高温氧化：将冷变形后的材料进行氧化处理，氧化温度为500～650℃，氧化时间
为5～50h。
[0011]进一步的是，所述的铁素体
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马氏体钢为9～12％Cr铁素体
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马氏体钢。
[0012]进一步的是，所述的材料制品为板材、棒材和管材中的一种。
[0013]进一步的是，所述步骤2)中的表面处理方法为机械抛光和化学抛光中的一种。
[0014]进一步的是，所述步骤3)中的冷变形为冷轧、冷锻和冷挤压中的一种。
[0015]进一步的是，所述步骤3)中的最优冷变形量为10～30％。
[0016]进一步的是，所述步骤4)中的高温氧化处理气氛为空气或控氧环境。
[0017]本专利技术的设计思想是：
[0018]通过对铁素体
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马氏体钢进行冷变形预处理可增加材料内部的空位浓度和位错密度，显著提高合金元素的扩散速率，有利于高温氧化处理过程中形成均匀、致密的氧化膜，该氧化膜可有效抵挡液态铅铋的腐蚀。与此同时，合适的冷变形量未显著改变马氏体板条、晶粒尺寸、碳化物形貌和尺寸等微观组织，以及高温氧化制度未造成基体微观组织的退化，从而不会损伤力学性能。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：
[0020]1、本专利技术通过在铁素体
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马氏体钢表面形成厚度为0.1～20μm的致密性氧化膜，显著提高了耐铅铋腐蚀性能，本专利技术方法预处理后的铁素体
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马氏体钢在液态铅铋中的腐蚀速度显著低于未预处理样品。
[0021]2、本专利技术在提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的同时，不会损伤基体的力学性能。
[0022]3、本专利技术操作方便，不受工件尺寸和形状的限制，便于工业化推广。
[0023]4、与表面涂层、渗铝等工艺方法相比，本专利技术方法工艺更简单、成本更低。
附图说明
[0024]图1为9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢经冷变形预处理前后的SEM组织；其中：(a)为调质热处理态的组织；(b)20％冷变形预处理后的组织。
[0025]图2为20％冷变形处理9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢经600℃空气氧化20h后的表面氧化膜形貌。
[0026]图3为20％冷变形处理9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢经600℃空气氧化20h后氧化膜的元素含量。
[0027]图4为9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢经20％冷变形处理和600℃空气氧化处理20h后，在550℃饱和氧液态铅铋中放置500h后的腐蚀层截面形貌
[0028]图5为未经冷变形和高温氧化处理的9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢在550℃饱和氧液态铅铋中放置500h后的腐蚀层截面形貌
[0029]图6为600℃预氧化处理20h的9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢在550℃饱和氧液态铅铋中放置500h后的腐蚀层截面形貌
具体实施方式
[0030]下面的具体实施方式中，主要针对的是9％Cr的9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢，但本专利技术同样适用于其他的9～12％Cr铁素体
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马氏体钢。实施例将对本专利技术进行更为全面的描
述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施。
[0031]实施例1
[0032]本实施例提供9Cr2WVTa铁素体
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马氏体钢板材，化学成分(wt.％)为：C:0.11％，Cr:8.86％，W:1.62％，V:0.24％，Ta:0.11％，Mn:0.45％，Si:0.05％，S:0.005％，P:0.005％，余量为Fe。板材的预处理工艺步骤如下：
[0033]1)热处理：对铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法，其特征在于：该方法通过对铁素体
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马氏体钢进行冷变形和高温氧化的预处理，使得材料表面形成致密氧化膜，从而提高耐液态铅铋腐蚀性能，具体包括如下步骤：1)热处理：对铁素体
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马氏体钢进行淬火+回火的调质热处理，过程为：先进行淬火处理，具体为950～1050℃保温30～90min后水冷；再进行回火处理，具体为700～800℃保温1～3h后空冷；2)表面处理：对材料表面进行清洁处理，完全去除表面氧化皮，使其表面露出金属光泽，要求表面粗糙度小于1μm；3)冷变形：在室温条件下进行冷变形处理，累积变形量为10～40％；4)高温氧化：将冷变形后的材料进行氧化处理，氧化温度为500～650℃，氧化时间为5～50h。2.按照权利要求1所述的提高铁素体
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马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的预处理方法，其特征在于：铁素体
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马氏体钢为9～12％Cr铁素体
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马氏体钢。3.按照权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜虎，戎利建，姜海昌，闫德胜，赵明久，王本贤，胡小峰，宋元元，赵帅，张洋鹏，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：