本發(fā)明涉及核電用低活化馬氏體鋼制備，具體為一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、核聚變反應(yīng)堆要求安全、可靠且高效運行，而實現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵在于服役于其中的結(jié)構(gòu)材料，由這些結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的關(guān)鍵部件(如第一壁、轉(zhuǎn)換部件)維持著反應(yīng)堆的正常運行。與其他材料相比，低活化鐵素體耐熱鋼因其低廉的成本、良好的高溫蠕變性能和高溫抗輻照性而被認(rèn)為是未來核聚變系統(tǒng)最佳備選結(jié)構(gòu)材料之一。低活化鐵素體/馬氏體鋼相對奧氏體不銹鋼來說，具有較低的輻照腫脹和熱膨脹系數(shù)，高的熱導(dǎo)率等優(yōu)良的熱物理特性，較好的耐液態(tài)金屬腐蝕能力。同時過去三十年，世界各國一直在積極發(fā)展低活化鐵素體鋼，在研發(fā)用于核裂變反應(yīng)堆芯部的傳統(tǒng)鐵素體/馬氏體鋼方面積累了許多經(jīng)驗。

2、目前國際上廣泛開展的低活化鐵素體/馬氏體鋼研究主要集中在以下幾種：中國研制的clam鋼；日本研制的f82h鋼、jlf系列；歐洲正在研究的eurofer97；美國研究的9cr-2wvta鋼。上述鋼種主要通過熔煉鑄造法制備，標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝為正火加高溫回火。正火加熱過程應(yīng)保證其完全奧氏體化和析出相的溶解。為了實現(xiàn)強(qiáng)度和塑性的良好結(jié)合，正火處理結(jié)束后必須對馬氏體鋼進(jìn)行回火處理。雖然不同型號馬氏體鋼的成分稍有不同，但是它們的微觀組織都非常相似。在原奧氏體晶界、馬氏體塊界和馬氏體板條界處有m23c6碳化物析出，在板條內(nèi)部有mx碳氮化物析出。

3、目前低活化馬氏體鋼的最高使用溫度為550℃，通過現(xiàn)有的合金成分設(shè)計準(zhǔn)則及制備工藝仍存在如下問題：一是過多關(guān)注碳化物的析出強(qiáng)化效應(yīng)，忽略了馬氏體基體的強(qiáng)化，力學(xué)性能提升有限；二是現(xiàn)有的制備工藝較為復(fù)雜，熔煉鑄造后仍需經(jīng)過鍛造、軋制等多道工序，既需要更多的時間和能源，也容易引入處理中的誤差，使制備過程成本高且制備效率低。

4、因此有必要發(fā)明一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼及其制備方法來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的低活化馬氏體鋼力學(xué)性能不足、制備工藝較為復(fù)雜的問題，提供了一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼及其制備方法。

2、本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：以cr、mn、fe為主要原料，通過霧化制粉獲得預(yù)合金化粉末，且預(yù)合金化粉末的主要原料的質(zhì)量百分比為cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量為fe；

5、s2：將預(yù)合金化粉末裝入不銹鋼包套中，在450℃的溫度下對不銹鋼包套中的混合粉末進(jìn)行脫氣，直到不銹鋼包套的真空度達(dá)到0.002pa；

6、s3：將真空度達(dá)到0.002pa的不銹鋼包套封焊，放入熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行固化成型，加熱速率為5℃～10℃/min，成型溫度為1150℃，保溫時間為3h，成型壓力為150mpa，隨爐冷卻至室溫后，得到具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼。

7、進(jìn)一步地，所述預(yù)合金化粉末的原料還包括ti，且其質(zhì)量百分比為0.05％～0.2％。

8、進(jìn)一步地，所述預(yù)合金化粉末的原料還包括c，且其質(zhì)量百分比為0％～0.1％。

9、一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼，該馬氏體鋼是基于上述的一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法獲得的。

10、本發(fā)明的關(guān)鍵在于預(yù)合金化粉末的原料組成設(shè)計、熱等靜壓的工藝參數(shù)。預(yù)合金化粉末的主要原料及質(zhì)量百分比為cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量為fe，決定了脫氣后的預(yù)合金化粉末會在熱等靜壓成型過程中，通過高溫加熱過程發(fā)生奧氏體相變，通過冷卻過程發(fā)生鐵素體相變及馬氏體相變；不同于以往的低活化馬氏體鋼中0.5％的mn含量，本發(fā)明中將mn含量提升至2％～3％，有利于在馬氏體相變過程中生成一定量的孿晶。熱等靜壓工藝參數(shù)將影響高溫加熱過程中的奧氏體相變和冷卻過程中的馬氏體相變。本發(fā)明中預(yù)合金化粉末的原料組成設(shè)計和熱等靜壓成型過程中的加熱速率至關(guān)重要，二者共同決定了熱等靜壓成型后馬氏體鋼中馬氏體組織的微觀亞結(jié)構(gòu)特征，從而顯著影響制備得到的低活化馬氏體鋼的力學(xué)性能。

11、本發(fā)明通過調(diào)整低活化馬氏體鋼的原料組成設(shè)計，采用霧化制粉加熱等靜壓的方法制備了低活化馬氏體鋼，且制備得到的馬氏體鋼中具有一定量的孿晶亞結(jié)構(gòu)，在室溫及650℃時表現(xiàn)出良好的強(qiáng)塑性，無需對其進(jìn)行高溫回火熱處理亦可保證其塑性，工藝簡單，目的性強(qiáng)，對進(jìn)一步改善現(xiàn)有低活化馬氏體鋼的力學(xué)性能具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：所述預(yù)合金化粉末的原料還包括ti，且其質(zhì)量百分比為0.05％～0.2％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：所述預(yù)合金化粉末的原料還包括c，且其質(zhì)量百分比為0％～0.1％。

4.一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼，該馬氏體鋼是基于如權(quán)利要求1～3任意一項所述的一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼的制備方法獲得的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及低活化馬氏體鋼制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼及其制備方法，其制備方法包括以下步驟：以Cr、Mn、Fe為主要原料，通過霧化制粉獲得預(yù)合金化粉末，且預(yù)合金化粉末的主要原料的質(zhì)量百分比為Cr：8％～10％、Mn：2％～3％，余量為Fe；將預(yù)合金化粉末裝入不銹鋼包套中，在450℃的溫度下對不銹鋼包套中的混合粉末進(jìn)行脫氣；將真空度達(dá)到0.002Pa的不銹鋼包套封焊，放入熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行固化成型，隨爐冷卻至室溫后，得到具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的馬氏體鋼。解決了傳統(tǒng)低活化馬氏體鋼制備工藝復(fù)雜、流程較多、力學(xué)性能不佳的問題，為研發(fā)新型高性能低活化馬氏體鋼提供了新的技術(shù)路線。

技術(shù)研發(fā)人員：周曉勝,李國棟,原梅妮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28