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：0.02

【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
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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％
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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，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，还具有良好室温、高温力学性能。
[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：0.02
‑
0.120％，Si：0.5
‑
2.0％，Al：0.5
‑
3.50％，Cr：9.0
‑
15.0％，Ni：1.5
‑
4.0％，V：0.10
‑
0.30％，Nb：0.02
‑
0.10％，Ta：0.05
‑
0.20％，W：1.5
‑
2.5％，B：0.006
‑
0.01％，La：0.1
‑
1.2％，Y：0.05
‑
0.8，Ce：0.05
‑
0.3％，Mo，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、锻造或轧制开坯：
[0010]S3、正火处理；
[0011]S4、回火处理；
[0012]S5、预处理。
[0013]进一步的，所述单次冶炼的具体过程如下：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、并放入150kg真空感应熔炼炉中，对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30
‑
90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℃；
[0014]除氧过程结束后，调高功率到160kW，进行钇金属、镧铝合金、铈铁等钇源、铈源、镧源合金添加，进行精炼，精炼60
‑
100分钟，真空度≤10
‑1Pa，炉料熔清后，调低功率至10
‑
20kW，进行精炼，精炼30
‑
60分钟，真空度≤10
‑1Pa，带电浇入锭模中，锭模底部铺有纳米级Fe2O3，Fe3O4粉末为氧载体，熔融后为游离[O]源，在钢液中充分反应结合生成Y2O3、CeO2等弥散分布稀土氧化，降温；
[0015]Fe2O3和Fe3O4的氧含量分别为30.06％、27.64％，且需要过量添加，单一Fe2O3、Fe3O4或Fe2O3+Fe3O4添加量为La，Y，Ce的1
‑
5倍，以质量分数计算；
[0016]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，冷却后脱模取出含试验料，将铸锭切除冒口，得到待加工铸锭。
[0017]进一步的，所述双联冶炼的具体过程如下：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、钇金属、镧铝合金和铈铁等配料，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30
‑
60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℃；
[0018]除氧过程结束后，调高功率到160kW，进行钇金属、镧铝合金、铈铁等钇源、铈源、镧源合金添加，进行精炼，精炼60
‑
100分钟，真空度≤10
‑1Pa，炉料熔清后，调低功率至10
‑
20kW，进行精炼，精炼30
‑
60分钟，真空度≤10
‑1Pa，带电浇入锭模中，锭模底部铺有纳米级Fe2O3，Fe3O4,WO3粉末为氧载体，熔融后为游离[O]源，在钢液中充分反应结合生成Y2O3、CeO2等弥散分布稀土氧化，降温；
[0019]Fe2O3和Fe3O4的氧含量分别为30.06％、27.64％，且需要过量添加，单一Fe2O3、Fe3O4或Fe2O3+Fe3O4添加量为La，Y，Ce的1
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5倍，以质量分数计算；WO3的氧含量为20.8％，需要过量添加，纳米WO3添加量为La，Y，Ce的1
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【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：0.02
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0.120％，Si：0.5
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2.0％，Al：0.5
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3.50％，Cr：9.0
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15.0％，Ni：1.5
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4.0％，V：0.10
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0.30％，Nb：0.02
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0.10％，Ta：0.05
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0.20％，W：1.5
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2.5％，B：0.006
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0.01％，La：0.1
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1.2％，Y：0.05
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0.8，Ce：0.05
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0.3％，Mo，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、锻造或轧制开坯：S3、正火处理；S4、回火处理；S5、预处理。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：所述单次冶炼的具体过程如下：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、并放入150kg真空感应熔炼炉中，对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
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20kW，进行精炼，精炼30
‑
90分钟，真空度≤10
‑1Pa，脱离O、N、H元素；并按总重量的0.05
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0.1％添加脱氧剂Ca，控制钢液温度比熔点高150
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200℃；除氧过程结束后，调高功率到160kW，进行钇金属、镧铝合金、铈铁等钇源、铈源、镧源合金添加，进行精炼，精炼60
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100分钟，真空度≤10
‑1Pa，炉料熔清后，调低功率至10
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20kW，进行精炼，精炼30
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60分钟，真空度≤10
‑1Pa，带电浇入锭模中，锭模底部铺有纳米级Fe2O3，Fe3O4,WO3粉末为氧载体，熔融后为游离[O]源，在钢液中充分反应结合生成Y2O3、CeO2等弥散分布稀土氧化，降温；Fe2O3和Fe3O4的氧含量分别为30.06％、27.64％，且需要过量添加，单一Fe2O3、Fe3O4或Fe2O3+Fe3O4添加量为La，Y，Ce的1
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5倍，以质量分数计算；WO3的氧含量为20.8％，需要过量添加，纳米WO3添加量为La，Y，Ce的1
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5倍，以质量分数计算；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，冷却后脱模取出试验料，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：所述双联冶炼的具体过程如下：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁等配料，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...

【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：