一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.08

【技术实现步骤摘要】
一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及核电用材
，尤其涉及一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的高速发展以及人类生活水平的日益提高，人们对电能的需求急剧增长。传统煤、石油和天然气等化石能源不仅存在环境污染问题，而且是不可再生资源。而核能是一种高效、低碳清洁、可以依赖的最有前途的能源。我国目前已有9座核电反应堆机组，主要堆型是压水堆，压水堆主要利用铀
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235作为裂变燃料，而铀
‑
235只占天然铀的0.7％。对于压水堆堆型，燃烧一次只能消耗投入铀资源的0.45％左右，剩下99％无法利用。快堆能将铀资源的利用率提高到60％
‑
70％。在快堆的六种参考堆型中(钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、高温气冷堆、熔盐堆、超临界水堆)，铅冷快堆采用液态铅或铅铋合金作为冷却剂，具有较高的固有安全性，同时在再生燃料循环、放射性废物后处理、反应堆系统简化、缩短换料周期等方面都有其独特的优势，受到了国际上的重点关注。
[0003]堆芯结构材料的选择是限制铅冷快堆发展和应用的关键问题之一。由于铅冷快堆堆芯温度高、辐照剂量高、冷却剂腐蚀性强、密度大、流速快，对材料具有较强的冲蚀和腐蚀作用，结构材料中的组分元素，如Ni会逐渐溶解和质量迁移至冷却剂中，同时冷却剂也会沿晶界向材料内扩散，发生腐蚀破坏，从而影响反应堆的安全运行。9
‑
12(wt.％)Cr铁素体/马氏体耐热钢具有优异的力学性能、耐热、低膨胀、抗中子辐照等特点，在核电领域获得了大量的应用，是铅冷却快堆建设所需的关键结构材料。但普通铁素体/马氏体，如T/P91耐热钢的耐液态铅腐蚀性能较差，如何提高其耐液态铅腐蚀性能是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，通过适当的稀土含量可以净化钢液，细化晶粒，变质夹杂物，从而提高钢的塑性、强度、高温氧化性能和腐蚀性能。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术所提出的一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.08
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0.12％，Si：0.5
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2.0％，Al：0.5
‑
3.50％，Cr：9.0
‑
12.0％，V：0.20
‑
0.40％，Nb：0.04
‑
0.10％，Ta：0.15
‑
0.22％，W：1.5
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2.5％，，B：0.006
‑
0.01％，La：0.1
‑
1.2％，Mo，Ni，Mn，Co为残余元素，S≤0.008％，P≤0.008％，余量为Fe。
[0007]一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、冶炼：采用“真空感应熔炼”的单次冶炼或“真空感应熔炼+真空自耗电弧熔炼”的双联冶炼；
[0009]S2、开坯；
[0010]S3、正火处理；
[0011]S4、回火处理。
[0012]进一步的，所述单次冶炼具体包括：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、镧金属等配料，放入150kg真空感应熔炼炉中，对150kg加压感应熔炼炉进行抽真空，极限真空度为6
×
10
‑2Pa，电源功率为160kW，频率为2500Hz，真空度小于10
‑1Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40kW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；炉料熔清后调低功率到10
‑
20kW，进行精炼，精炼40
‑
80分钟，真空度≤10
‑3Pa，脱离O、N、H元素；并按总重量的0.05
‑
0.1％添加脱氧剂Ca，控制钢液温度比熔点高150
‑
200℃，带电浇入锭模中，降温；待炉内气压与大气压平衡后，将溶液浇铸至模具中得到铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉，冷却后脱模取出耐热钢，将铸锭切除冒口，得到待加工铸锭。
[0013]进一步的，所述双联冶炼具体包括：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、镧金属等配料，对150kg加压感应熔炼炉进行抽真空，极限真空度为6
×
10
‑2Pa，电源功率为160kW，频率为2500Hz，真空度小于10
‑3Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40kW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；炉料熔清后调低功率到10
‑
20kW，进行精炼，精炼40
‑
80分钟，真空度≤10
‑1Pa，脱离O、N、H元素；并按总重量的0.05
‑
0.1％添加脱氧剂Ca，控制钢液温度比熔点高150
‑
200℃，带电浇入锭模中，降温；待炉内气压与大气压平衡后，将溶液浇铸至模具中得到铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉，冷却后脱模取出耐热钢，将铸锭切除冒口，得到待加工铸锭，并加工成自耗电极，再利用真空自耗电弧熔炼炉进行二次冶炼，最终得到合金铸锭；
[0014]进一步的，所述锻造开坯具体包括：将铸锭在热处理炉升温至680
‑
880℃时装料，随炉加热至980
‑
1200℃，保温3
‑
6小时均质化处理后出炉锻造，锻造分三火次完成；第一火次锻造经多次墩粗后得到方坯；再对方坯进行回炉加热，在980
‑
1200℃保温2
‑
6小时后出炉锻造第二火次，第二火次采用单向拔长锻造得到长方坯；再在980
‑
1200℃下回炉保温2
‑
6小时后锻造第三火次，第三火次采用模锻得到圆棒坯；锻后水冷。
[0015]进一步的，所述正火处理具体包括：将开坯后坯料放入热处理炉中，在850
‑
1050℃下对其进行正火处理，保温时间为80
‑
180min，然后油冷淬火。
[0016]进一步的，所述回火处理具体包括：将正火后试样放入热处理炉中，在730
‑
780℃下对其进行回火处理，保温时间为80
‑
180min，然后空冷。
[0017]进一步的，所述回火处理后进行预处理，包括：预处理前需进行表面打磨，表面粗糙度＜0.7，随后随炉升温至720
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800℃，保温10
‑
20h，最终空冷至室温。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术制备出的耐热钢不仅具有良好耐液态铅腐蚀性能，还具有良好的室温、高温力学性能，同时可有效地提高马氏体不锈钢的耐铅铋腐蚀性能、抗辐照和抗高温氧化性能，且可以大幅度降低原材料成本。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.08
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0.12％，Si：0.5
‑
2.0％，Al：0.5
‑
3.50％，Cr：9.0
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12.0％，V：0.20
‑
0.40％，Nb：0.04
‑
0.10％，Ta：0.15
‑
0.22％，W：1.5
‑
2.5％，，B：0.006
‑
0.01％，La：0.1
‑
1.2％，Mo，Ni，Mn，Co为残余元素，S≤0.008％，P≤0.008％，余量为Fe。2.一种如权利要求1所述的铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、冶炼：采用“真空感应熔炼”的单次冶炼或“真空感应熔炼+真空自耗电弧熔炼”的双联冶炼；S2、锻造开坯；S3、正火处理；S4、回火处理。3.根据权利要求2所述的一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述单次冶炼具体包括：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、镧金属等配料，放入150kg真空感应熔炼炉中，对150kg加压感应熔炼炉进行抽真空，极限真空度为6
×
10
‑2Pa，电源功率为160kW，频率为2500Hz，真空度小于10
‑1Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40kW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；炉料熔清后调低功率到10
‑
20kW，进行精炼，精炼40
‑
80分钟，真空度≤10
‑1Pa，脱离O、N、H元素；并按总重量的0.05
‑
0.1％添加脱氧剂Ca，控制钢液温度比熔点高150
‑
200℃，带电浇入锭模中，降温；待炉内气压与大气压平衡后，将溶液浇铸至模具中得到铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉，冷却后脱模取出耐热钢，将铸锭切除冒口，得到待加工铸锭。4.根据权利要求2所述的一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述双联冶炼具体包括：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、镧金属等配料，对150kg加压感应熔炼炉进行抽真空，极限真空度为6
×
10
‑2Pa，电源功率为160kW，频率为2500Hz，真空度小于10
‑1Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40kW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；炉料熔清后调低功率到10
‑
20kW，进行精炼，精炼40
‑
80分钟，真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾泽瑶，罗许，黄洁，刘序江，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：