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。
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。