高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术属于高温用奥氏体不锈钢结构材料领域，具体涉及一种高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢及其制备方法。按重量百分比计，钢的化学成分为：C：0.06～0.12％；Si：2.0～3.0％；Mn：0～1.0％；S：0～0.005％；P：0～0.01％；Cr：13.0～17.0％；Ni：8.0～15.0％；Cu：0～1.0％；Mo：0.5～2.0％；Nb：8

【技术实现步骤摘要】
高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温用奥氏体不锈钢结构材料领域，具体涉及一种高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢及其制备方法，主要用于核能领域面临高温铅铋腐蚀环境的新型紧固件结构材料。

技术介绍

[0002]铅冷快堆是指采用液态铅或铅铋合金冷却的快中子反应堆。作为第四代反应堆六种主要堆型之一，铅冷快堆能很好地满足安全性、经济性、持续性和核不扩散的目标要求，受到国际上重点关注，未来将有广阔的发展空间。由于铅冷快堆内环境恶劣，结构材料在服役过程中除了承受高温、应力、辐照环境外，还面临着液态金属的强烈腐蚀，现有常规材料无法直接使用满足长期服役要求。因此，不同部件材料的选用是限制铅冷快堆技术发展和应用的关键。
[0003]紧固件是铅冷快堆内的结构部件之一，担负着极为关键的连接作用，关乎堆内构件的安全运行。鉴于铅冷快堆内的恶劣服役环境，紧固件材料要求同时具备较高的高温强度、良好的持久抗力，更重要的是，还应具备优异的耐液态铅铋腐蚀和抗应力松弛性能，而难点在于国内外没有可供借鉴和参考的钢种。因此，如何通过成分设计和组织调控获得同时具有高的热强性、高的持久抗力、耐铅铋腐蚀和优异抗应力松弛的紧固件材料是铅冷快堆技术发展和应用必须解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀和抗应力松弛的奥氏体不锈钢及其制备方法，获得同时具有高的热强性、高的持久抗力、优异耐铅铋腐蚀和优异抗应力松弛的紧固件用奥氏体不锈钢材料。<br/>[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：
[0007]C：0.06～0.12％；Si：2.0～3.0％；Mn：0～1.0％；S：0～0.005％；P：0～0.01％；Cr：13.0～17.0％；Ni：8.0～15.0％；Cu：0～1.0％；Mo：0.5～2.0％；Nb：8
×
100C～1.0％；O：0～0.003％；N：0～0.03％；余量为Fe。
[0008]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，铬当量按式(1)计算：
[0009]Cr当量＝100
×
(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]镍当量按式(2)计算：
[0011]Ni当量＝100
×
(Ni+30
×
C+0.5
×
Mn+0.5
×
Cu)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]Cr当量和Ni当量满足：Cr当量&lt;20；Ni当量&gt;14。
[0013]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，不锈钢的组织为单一奥氏体。
[0014]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
[0015](1)按化学成分要求混合原料，经过真空感应冶炼和真空自耗熔炼获得钢锭；
[0016](2)将钢锭进行均质化处理，均质化处理工艺为：钢锭的装炉温度小于700℃，随炉升至1100～1200℃保温4小时以上；
[0017](3)均质化处理后的钢锭进行锻造，初锻温度1080～1180℃，终锻温度850～950℃，锻造中进行纵
‑
横
‑
纵三向反复大压下量锻打，反复次数不小于3次，单次变形量&gt;10％，总锻造比&gt;20，锻造后空冷至室温；
[0018](4)锻造后进行变形量30％以上冷变形；
[0019](5)冷变形后进行热处理。
[0020]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，优选的，步骤(3)中，单次变形量&gt;12％，总锻造比&gt;25；步骤(4)中，变形量&gt;35％。
[0021]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(5)中的热处理工艺为：
[0022](1)在1000～1150℃保温0.5～2小时，空冷至室温；
[0023](2)在800～900℃保温2～4小时，空冷至室温。
[0024]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，该不锈钢在550℃的屈服强度≥200MPa，抗拉强度≥480MPa，延伸率≥40.0％。
[0025]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，该不锈钢在饱和氧浓度、550℃液态铅铋合金(45％Pb
‑
Bi)中腐蚀3000小时后氧化膜厚度不超过30μm，具有优异的耐液态铅铋腐蚀性能。
[0026]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，该不锈钢在550℃、260MPa应力下持久断裂时间大于1000小时。
[0027]所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，该不锈钢在550℃、初始应力为120MPa，保持400小时后的剩余应力大于70MPa。
[0028]本专利技术的设计思想为：
[0029]本专利技术通过向奥氏体不锈钢中加入适量Si元素，增强奥氏体不锈钢中自身Cr元素的抗氧化性能，使其高温条件下生成致密的富Cr和富Si氧化层，保证钢优异的耐液态铅铋腐蚀性能；
[0030]本专利技术通过加入Mo元素提高钢的热强性，保证钢较高的初始高温强度和长时良好的持久抗力；
[0031]本专利技术通过添加C、Nb和Cu形成高密度的纳米尺寸NbC和富Cu析出相，保证钢优异的抗应力松弛和蠕变性能；
[0032]本专利技术通过不同元素间的配比，调控Cr当量和Ni当量，获得单一的奥氏体组织，保证钢的高温长时组织稳定性。
[0033]以上成分设计是材料具备良好综合性能的前提基础，组织调控是进一步提高各项性能的保障。通过采取真空感应和真空自耗双真空纯净化冶炼和控制热、冷加工、热处理等手段进行组织参数，诸如纯净度、晶粒大小、碳化物数量密度和位错密度的调控，保证专利技术钢各项性能的进一步提高。
[0034]本专利技术中主要元素含量说明如下：
[0035]C：0.06～0.12wt％
[0036]C是提高Ni当量最有效的元素之一，它可以扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织。本专利技术钢中C的另一重要作用是与Nb形成纳米尺寸NbC，组织中形成高密度细小弥散的NbC粒子钉扎位错，提高钢的高温抗应力松弛能力和蠕变强度。本专利技术钢中C的含量与Nb的含量遵循理想化学配比原则，保证Nb的含量是C含量的8倍。C或Nb含量过低则形成的NbC密度低，作用较小；而C含量过高会与钢中的Cr元素早期形成M
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C6碳化物，反而恶化综合性能。因此，本专利技术钢的C含量为0.06～0.12wt％。
[0037]Si：2.0～3.0wt％
[0038]Si与O的结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.06～0.12％；Si：2.0～3.0％；Mn：0～1.0％；S：0～0.005％；P：0～0.01％；Cr：13.0～17.0％；Ni：8.0～15.0％；Cu：0～1.0％；Mo：0.5～2.0％；Nb：8
×
100C～1.0％；O：0～0.003％；N：0～0.03％；余量为Fe。2.根据权利要求1所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，其特征在于，铬当量按式(1)计算：Cr当量＝100
×
(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)(1)镍当量按式(2)计算：Ni当量＝100
×
(Ni+30
×
C+0.5
×
Mn+0.5
×
Cu)(2)Cr当量和Ni当量满足：Cr当量&lt;20；Ni当量&gt;14。3.根据权利要求1所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢，其特征在于，不锈钢的组织为单一奥氏体。4.一种权利要求1～3任一所述的高温紧固件用耐液态铅铋腐蚀奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按化学成分要求混合原料，经过真空感应冶炼和真空自耗熔炼获得钢锭；(2)将钢锭进行均质化处理，均质化处理工艺为：钢锭的装炉温度小于700℃，随炉升至1100～1200℃保温4小时以上；(3)均质化处理后的钢锭进行锻造，初锻温度1080～1180℃，终锻温度850～950℃，锻造中进行纵
‑
横...

【专利技术属性】
技术研发人员：严伟，徐海涛，戎利建，刘新鹏，史显波，韩丽青，张舒展，燕春光，杨红义，李依依，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：