热处理低活化钢的方法技术

本发明专利技术公开了一种热处理低活化钢的方法，该方法包括：(1)将低活化钢进行一次正火处理后冷却；(2)将步骤(1)得到的冷却后样品进行二次正火处理后冷却；(3)将步骤(2)得到的冷却后样品进行回火处理后冷却。由此，该方法可以获得均匀细小的原奥氏体晶粒和回火马氏体板条组织，从而使得低活化钢在受到冲击应力时，应力被分散在多个晶粒上，塑性变形较均匀，应力集中较小，细小的晶粒组织产生的晶界较多，裂纹不易扩展，因此可提高低活化钢的韧性。此外，该方法可进一步应用于低活化钢的性能优化以及商用聚变电站的结构材料的生产。及商用聚变电站的结构材料的生产。及商用聚变电站的结构材料的生产。

【技术实现步骤摘要】
热处理低活化钢的方法


[0001]本专利技术属于低活化钢
，具体涉及一种热处理低活化钢的方法。

技术介绍

[0002]作为我国战略新兴产业的重要组成部分，核能具有高能量密度，低碳清洁、稳定等优点，是非化石能源中能源供给的重要支柱，也是雾霾治理、保证能源安全的重要手段。我国已经把“适度发展核电”政策调整为“积极发展核电”，这对解决我国当前面临的能源短缺危机和环境污染问题具有重大意义。核能包括聚变能和裂变能。鉴于裂变能所需核燃料储量少、裂变反应产生难处理的放射性废物等等局限；聚变能拥有丰富的燃料资源，不产生长寿命放射性废物等优点，因此，聚变能被认为是一种用之不竭的永久性“清洁”能源，是全世界能源的未来。目前，核聚变实验装置已取得重大可喜进展，聚变堆研究已经成为国际研究热点。
[0003]9％Cr低活化钢因其具有较优的低活化特性、良好的抗辐照肿胀能力，较低的热膨胀系数、较高的热导率等优良性能，被认为是未来核聚变商用堆首选结构材料，9％Cr低活化钢在服役前，均需进行热处理，传统的热处理工艺为正火+回火处理方式。经传统热处理后的试样，具有大量弥散分布的析出相，较高的位错密度和较细的板条尺寸，但是材料奥氏体晶粒尺寸不均匀，获得的韧性较差。传统热处理后的析出相产生的析出相主要有M
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C6碳化物和MX颗粒，其中M
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C6碳化物尺寸较大，介于60～400nm，主要沿原奥氏体晶界、Packet边界、block边界等大角晶界处分布。MX颗粒在基体中弥散分布，尺寸介于20～50nm。在材料服役过程中，会析出另一种析出相Laves相颗粒，尺寸介于80～800nm，分布位置和M
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C6碳化物类似，易沿大角晶界处分布。
[0004]9％Cr低活化钢属于马氏体耐热钢范畴，其强度较高，抗拉强度约为700～800MPa，然而其韧性较低，服役前韧性约为160J，在材料服役前期，材料内部的位错和细小的析出相颗粒能够阻碍回火马氏体板条边界迁移，保证材料获得良好的服役性能。但是，随着服役时间增加，M
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C6和Laves相颗粒很容易在晶界位置粗化聚集，不能有效钉扎板条边界，造成马氏体板条边界迁移，板条粗化，材料强度和韧性均下降，尤其韧性下降迅速，因此，从源头改变组织结构提升材料韧性变得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种热处理低活化钢的方法，该方法可以获得均匀细小的原奥氏体晶粒和回火马氏体板条组织，从而使得低活化钢在受到冲击应力时，应力被分散在多个晶粒上，塑性变形较均匀，应力集中较小，细小的晶粒组织产生的晶界较多，裂纹不易扩展，因此可提高低活化钢的韧性。此外，该方法可进一步应用于低活化钢的性能优化以及商用聚变电站的结构材料的生产。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种热处理低活化钢的方法。根据本专利技术的
实施例，所述方法包括：
[0007](1)将低活化钢进行一次正火处理后冷却；
[0008](2)将步骤(1)得到的冷却后样品进行二次正火处理后冷却；
[0009](3)将步骤(2)得到的冷却后样品进行回火处理后冷却。
[0010]根据本专利技术实施例的热处理低活化钢的方法，该方法首先将低活化钢进行一次正火处理后冷却，从而获得大晶粒的马氏体组织，该组织晶粒和马氏体板条尺寸不均匀，不含析出相颗粒；然后将第一步得到的冷却后样品进行二次正火处理后冷却，从而获得小晶粒的马氏体组织，该组织晶粒和马氏体板条尺寸细小均匀，亦不含析出相颗粒；最后将第二步得到的冷却后样品进行回火处理后冷却，从而获得小晶粒的马氏体组织，该组织晶粒和马氏体板条尺寸细小均匀，组织中含有较多细小的析出相颗粒。相较于一次正火加回火的传统热处理方式，传统的正火工艺易造成晶粒尺寸不均匀，微观结构中回火马氏体板条宽度不均匀，并且析出相沿晶界尺寸较大，导致低活化钢的韧性差，而本专利技术通过采用二次正火加回火的热处理工艺可以获得均匀细小的原奥氏体晶粒和回火马氏体板条组织，从而使得低活化钢在受到冲击应力时，应力被分散在多个晶粒上，塑性变形较均匀，应力集中较小，细小的晶粒组织产生的晶界较多，裂纹不易扩展，因此可提高低活化钢的韧性。此外，该方法可进一步应用于低活化钢的性能优化以及商用聚变电站的结构材料的生产。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的热处理低活化钢的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述低活化钢包括9％Cr低活化钢、CLAM钢和P92耐热钢中的至少之一。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述9％Cr低活化钢包括：Cr 8.8～9.2wt％、W 1.4～1.6wt％、C 0.080～0.12wt％、N 0.030～0.060wt％、V 0.090～0.12wt％、Ta 0.10～0.15wt％、Si 0.10～0.15wt％、Mn 0.40～0.60wt％和余量的Fe及其他不可避免的杂质。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述CLAM钢包括：Cr 8.50～9.50wt％、C 0.070～0.12wt％、Mn 0.30～0.60wt％、V 0.15～0.25wt％、Ta 0.20～0.40wt％、W 1.5～2.5wt％和余量Fe及其他不可避免的杂质。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述P92耐热钢包括：Cr 8.50～9.50wt％、C 0.070～0.13wt％、Si≤0.50wt％、Mn 0.30～0.60wt％、V 0.15～0.25wt％、Nb 0.04～0.09wt％、Ni≤0.40wt％、N 0.030～0.070wt％、Mo 0.30～0.60wt％、Al≤0.40wt％、W 1.5～2.5wt％和余量Fe及其他不可避免的杂质。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述一次正火处理的温度为所述低活化钢的奥氏体化温度以上100～150℃，保温时间为30～60min。由此，可以获得大奥氏体晶粒组织。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述冷却速率为30～50℃/s。由此，可以获得奥氏体晶粒尺寸较大的马氏体组织。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述二次正火处理的温度为所述低活化钢的奥氏体化温度以上100～150℃，保温时间为5～15min。由此，可以细化低活化钢的晶粒组织，从而提高韧性。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述冷却速率为30～50℃/s。由此，可以
获得奥氏体晶粒尺寸细小均匀的马氏体组织。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述回火处理的温度为760～800℃，保温时间为90～120min。由此，可以提高低活化钢的韧性。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述冷却速率为5～10℃/s。由此，可以提高低活化钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热处理低活化钢的方法，其特征在于，包括：(1)将低活化钢进行一次正火处理后冷却；(2)将步骤(1)得到的冷却后样品进行二次正火处理后冷却；(3)将步骤(2)得到的冷却后样品进行回火处理后冷却。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述低活化钢包括9％Cr低活化钢、CLAM钢和P92耐热钢中的至少之一。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述9％Cr低活化钢包括：Cr 8.8～9.2wt％、W 1.4～1.6wt％、C 0.080～0.12wt％、N 0.030～0.060wt％、V 0.090～0.12wt％、Ta 0.10～0.15wt％、Si 0.10～0.15wt％、Mn 0.40～0.60wt％和余量Fe及其他不可避免的杂质。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述CLAM钢包括：Cr 8.50～9.50wt％、C 0.070～0.12wt％、Mn 0.30～0.60wt％、V 0.15～0.25wt％、Ta 0.20～0.40wt％、W 1.5～2.5wt％和余量Fe及其他不可避免的杂质；任选地，所述P92耐热钢包括：Cr 8.50～9.50wt％、C 0.070～0.13wt％、Si≤0.50wt％、Mn 0.30～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，刘震，霍晓杰，杨志刚，陈浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：