一种适用于缩径处理的不锈钢及其生产工艺和超导线圈铠甲管材制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于缩径处理的不锈钢及其生产工艺和超导线圈铠甲管材，属于不锈钢技术领域。该不锈钢制备为：在真空熔炼炉中加入熔炼原料后抽真空处理；升温至材料熔清后充入氮气至0.02～0.1MPa并保持；加入含锰材料；待含锰材料熔化后加入Cr2N；待Cr2N熔化且钢液液面无气泡后加入含硼材料；熔化后浇铸即得到不锈钢。本发明专利技术限定0.01％≤Nb≤0.08％，并添加微量B。Nb主要与N形成MX相，能够产生一定沉淀强化效果，但同时也会影响产品的低温塑韧性；而B元素会抑制时效后晶界敏化。本发明专利技术为了保证不锈钢强度，对管材进行缩径冷加工处理，并控制Nb元素含量与缩径冷加工工艺，以获得时效后优良的强塑性匹配。得时效后优良的强塑性匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于缩径处理的不锈钢及其生产工艺和超导线圈铠甲管材


[0001]本专利技术涉及不锈钢
，具体涉及一种适用于缩径处理的不锈钢及其生产工艺和超导线圈铠甲管材。

技术介绍

[0002]为实现可控核聚变，当前研究的主流承载设备为“托卡马克”环形装置，托卡马克包含大量的超导线圈结构，该结构通过导入超高电流形成超强磁场控制等离子的运动，进而实现核聚变反应，产生能量。超导线圈结构由内部超导丝材和外部铠甲管材组成，铠甲管材为内部超导丝材提供足够的强度支撑。为了使两者充分贴合，超导丝材需穿入铠甲管材中，然后对管材进行冷挤压处理，即缩径处理。将冷挤压复合后的超导线圈经过超导成相热处理后方可具备低温超导性能，然而缩径及热处理过程极大的降低了业界主流奥氏体不锈钢的韧塑性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种适用于缩径处理的不锈钢及其生产工艺和超导线圈铠甲管材，该不锈钢在经过缩径以及时效处理后仍能具有优良的韧塑性，可制作为超导线圈铠甲管材。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种适用于缩径处理的不锈钢的生产工艺，其包括如下步骤(1)
‑
(9)：
[0006](1)在熔炼炉中根据不锈钢成分加入相应比例的纯铁、含钼材料、含钒材料、含铌材料、含硅材料、含镍材料以及含铬材料；
[0007](2)对熔炼炉进行抽真空处理；
[0008](3)升温直至材料熔清；
[0009](4)熔清后控制所述熔炼炉的温度为1500℃
±
20℃；
[0010](5)充入氮气使所述熔炼炉的压力达到0.02～0.1MPa；
[0011](6)在钢液中加入含锰材料；
[0012](7)待所述含锰材料完全熔化后分批次(分2
‑
3次)加入Cr2N；
[0013](8)待所述Cr2N完全熔化且钢液液面无气泡涌出后加入含硼材料；
[0014](9)含硼材料熔化后进行浇铸即可得到所述的不锈钢。
[0015]上述步骤(1)中，Nb元素的加入量为：0.01≤Nb≤0.08wt.％；
[0016]上述步骤(8)中，B元素加入量为：0.0015％≤B≤0.0050wt.％
[0017]上述步骤(7)中，Cr2N的加入量按照不锈钢中氮收得率为50～70％计算。
[0018]上述步骤(2)中，真空处理后熔炼炉内真空度为60Pa以上。
[0019]上述步骤(8)加入含硼材料熔化后搅拌10s～60s即可进行浇铸。
[0020]本专利技术还提供一种采用上述生产工艺制备而成的适用于缩径处理的不锈钢，按重
量百分含量计，该不锈钢化学成分如下：
[0021]C＜0.015％，Cr 18～25％，Ni 10～15％，Mn 1～10％，Mo 1～3％，Si<1.0％，N 0.25～0.45％，Nb 0.01～0.08％，V 0.1％～0.3％，S＜0.008％，P＜0.02％，B 0.0010～0.0050％，Fe为余量。
[0022]本专利技术还提供利用所述不锈钢制备的超导线圈铠甲管材，该管材的加工工艺包括如下步骤(A)
‑
(F)：
[0023](A)电渣重熔：对上述不锈钢铸锭进行电渣重熔处理得到电渣锭；
[0024](B)锻造：将所述电渣锭锻造成锻棒；
[0025](C)热挤压：将所述锻棒进行热挤压使其成形为相应管材；
[0026](D)冷拔或冷轧处理：将所述热挤压管材进行冷拔或冷轧处理获得相应管材；
[0027](E)固溶处理：对所述管材进行固溶处理；固溶处理的温度为1020℃～1150℃；
[0028](F)缩径处理：对固溶处理后的管材进行冷变形处理得到缩径后的管材；
[0029](G)时效处理：对缩径后的管材进行时效处理。
[0030]上述步骤(F)中缩径处理使所述管材内孔直径减小1.5～5mm，长度增加2％至8％。
[0031]所述铠甲管材在
‑
269℃拉伸，其屈服强度≥1500MPa；抗拉强度为≥1800MPa，且延伸率≥25％；
‑
269℃下的断裂韧性＞130MPa
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。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1、本专利技术限定了Nb含量为0.01≤Nb≤0.08wt.％，Nb元素为强氮化物生成元素，在固溶和时效阶段会与N元素结合形成弥散NbN强化相，在一定程度上能够提升低温强度，但当Nb＞0.08wt.％时，经研究发现，由于Nb元素的强偏析能力，过量Nb将导致大尺寸一次MX相的析出，MX相为硬脆相，在缩径处理过程中易与基体产生不协调变形，进而产生微孔隙，降低管材的低温韧塑性。因此本专利技术为了保证不锈钢管材经过缩径和时效处理之后的塑韧性，严格控制了Nb含量。
[0034]2、在管材制备过程中必须经过时效处理，经研究发现，由于时效之前的缩径变形过程将大量位错引入材料基体中，因此加速了时效过程中的应变诱导析出现象，导致较多的析出相将在位错或晶界处析出，进而降低了材料的低温塑韧性，为抑制有害相(如沿晶碳氮化物)析出，因此向本专利技术中添加了微量B元素。
[0035]3、本专利技术的不锈钢的氮元素含量较高，在生产工艺中采用加入氮化物并充入额定压力氮气的方法，共同提高氮元素的合金化程度。同时控制氮化物含量和氮分压的相对比例来保证不锈钢的氮含量不低于0.25wt％，从而确保氮在低温下具有充足的固溶强化作用。
[0036]4、仅通过沉淀硬化和氮元素的固溶强化并不能满足铠甲材料的强度要求，因此本专利技术将管材进行了缩径处理，经研究发现适用于缩径的专利技术钢须满足0.01≤Nb≤0.08wt％，经缩径处理后，在
‑
269℃超低温条件下，其屈服强度≥1500MPa；抗拉强度为≥1800MPa，且延伸率≥25％；断裂韧性＞130MPa
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性能。
具体实施方式
[0037]本专利技术下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
[0038]除非另有定义，本专利技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本专利技术。
[0039]本专利技术的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
[0040]在本专利技术中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于缩径处理的不锈钢的生产工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤(1)
‑
(9)：(1)在熔炼炉中根据不锈钢成分加入相应比例的纯铁、含钼材料、含钒材料、含铌材料、含硅材料、含镍材料以及含铬材料；(2)对熔炼炉进行抽真空处理；(3)升温直至炉内材料熔清，得到钢液；(4)熔清后控制所述熔炼炉的温度为1500℃
±
20℃；(5)充入氮气使所述熔炼炉的压力达到0.02～0.1MPa；(6)在钢液中加入含锰材料；(7)待所述含锰材料完全熔化后分批次加入Cr2N；(8)待所述Cr2N完全熔化且钢液液面无气泡涌出后加入含硼材料；(9)含硼材料熔化后进行浇铸即得到所述的不锈钢。2.根据权利要求1所述的适用于缩径处理的不锈钢的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中，Nb元素的加入量为：0.01≤Nb≤0.08wt.％；步骤(8)中，B元素加入量为：0.0015≤B≤0.0050wt.％；步骤(7)中，Cr2N的加入量按照不锈钢中氮收得率为50～70％计算。3.根据权利要求1或2所述的适用于缩径处理的不锈钢的生产工艺，其特征在于：按质量百分含量计，该不锈钢化学成分如下：C＜0.015％，Cr 18～25％，Ni 10～15％，Mn 1～10％，Mo 1～3％，Si<1.0％，N0.25～0.45％，Nb 0.01～0.08％，V 0.1～0.3％，S＜0.008％，P＜0.02％，B 0.0010～0.0050％，Fe为余量。4.根据权利要求1所述的适用于缩径处理的不锈钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)中，真空处理后熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，翟汝宗，孙明月，刘生，张洪林，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：