專利名稱：一種超臨界水堆用馬氏體鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超臨界水堆燃料包殼管用馬氏體鋼，具有高溫強(qiáng)度高、耐超臨界水腐蝕，并具有低的感生放射活性。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增加，核能作為一種安全、清潔、高效的能源形式逐漸顯露出了其在新能源領(lǐng)域中的重要地位。目前國(guó)際上已經(jīng)進(jìn)入第四代核能系統(tǒng)的研發(fā)階段，作為第四代核能系統(tǒng)六種候選堆型中唯一的水冷堆，超臨界水堆更符合我國(guó)核電相關(guān)單位經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)傳承性的要求。超臨界水堆在各方面性能均較現(xiàn)有輕水堆核電站有較大提高的同時(shí)，也在材料、反應(yīng)堆設(shè)計(jì)等方面提出了新的挑戰(zhàn)。作為超臨水堆中工況條件最為苛刻的燃料包殼管，其內(nèi)壁面臨著強(qiáng)烈的中子輻照、裂變氣·體壓力與腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆和包殼與芯塊相互作用等危害；外壁受到超臨界水高溫、壓力、沖刷、振動(dòng)和腐蝕以及氫脆等威脅。這就要求包殼材料具有高溫強(qiáng)度高、高溫韌性好、抗高溫蠕變、抗高溫腐蝕、抗輻照脆性及低活性?，F(xiàn)有的水冷堆、超臨界火電站用包殼管或冷卻管材料均不適用于超臨界水堆的服役環(huán)境。鐵素體馬氏體鋼因具有熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小，輻照腫脹低等優(yōu)點(diǎn)，是核反應(yīng)堆關(guān)鍵部件的優(yōu)選材料。國(guó)際上研究的比較成熟的的鐵素體馬氏體鋼主要有EUR0FER97鋼，日本的F82H，美國(guó)的HT9、HCM12A鋼等(表I給出了它們的主要成分)，這些鋼大多數(shù)定位在7-9wt%的鉻含量，以便獲得強(qiáng)韌性高的單相馬氏體鋼。但在550-650°C，25MPa的超臨界水環(huán)境下，7-9wt%鉻含量的馬氏體鋼存在嚴(yán)重的腐蝕增重，隨溫度每升高100°C，腐蝕增重提高4-5倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足超臨界工況對(duì)材料的需求。因此需要針對(duì)超臨界水堆的工況條件，開發(fā)高溫強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、低感生放射活性的鐵素體馬氏體鋼。表權(quán)利要求
1.一種超臨界水堆用馬氏體鋼，其特征在于其中各種成分占總質(zhì)量的百分比:C0.09 0.11、Crll.7 12.2、Mn0.95 1.05、Mo0.95 1.05、Wl.05 1.15、Ni0.95 1.1、N0.05 0.07、Ta0.13 0.18、A10.04 0.06、Si0.12 0.18、V0.18 0.23、B〈0.001、S〈0.003、P〈0.005、Fe 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超臨界水堆用馬氏體鋼的制備方法，其特征在于通過(guò)熱軋制制成，并且進(jìn)行熱處理，具體步驟如下: (a)制備鋼錠或者連續(xù)澆鑄鋼棒，具有以下各種成分占總質(zhì)量的百分比:C0.09、.11、Crll.7 12.2、Mn0.95 1.05、Mo0.95 1.05、Wl.05 1.15、Ni0.95 1.1、N0.05 0.07、Ta0.13 0.18、A10.04 0.06、Si0.12 0.18、V0.18 0.23、B〈0.001、S〈0.003、P〈0.005、Fe 余量; (b)通過(guò)鋼錠或者連續(xù)澆鑄鋼棒的鍛造或者軋制進(jìn)行第一次熱變形，得到半成品； (c)將所述半成品加熱到1150°C 1200°C的范圍，通過(guò)熱軋制再次變形直至得到所要求的形狀及尺寸的制品； Cd)將冷卻至室溫的制品加熱到95(Tl050°C溫度范圍保持15 25min，進(jìn)行奧氏體化熱處理； (e)將奧氏體化熱處理后的制品冷卻至50°C以下，然后再將制品加熱到75(T800°C溫度范圍保持10(Tl30min，進(jìn)行回火熱處理得到馬氏體制品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界水堆用馬氏體鋼的制備的方法，其特征在于馬氏體制品通過(guò)冷擠壓的方式制成無(wú)縫管件，冷擠壓工藝中需要中間道次退火，退火工藝為800 0C /40min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界水堆用馬氏體鋼的制備的方法，其特征在于步驟(b)的鍛造或者軋制的溫度范圍在1100°C、00°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界水堆用馬氏體鋼的制備的方法，其特征在于步驟(b)的熱變形之后的冷卻作業(yè)先是灰沙冷卻至600°C后在空氣中進(jìn)行，并冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界水堆用馬氏體鋼的制備的方法，其特征在于步驟(c)的為控軋控冷工藝，開始軋制溫度在1100°C，終軋溫度控制在900°C左右，軋后采用在線噴霧冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于步驟(d)的奧氏體化的熱處理制度為:95(Tl050°C /15 25min淬火；75(T80(TC /12(Tl50min回火，奧氏體化熱處理之后的冷卻作業(yè)在水中進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于步驟(e)的回火熱處理之后的冷卻作業(yè)在空氣中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超臨界水堆燃料包殼管用馬氏體鋼。鋼的成分為C0.09~0.11、Cr11.7~12.2、Mn0.95~1.05、Mo0.95~1.05、W1.05~1.15、Ni0.95~1.1、N0.05~0.07、Ta0.13~0.18、Al0.04~0.06、Si0.12~0.18、V0.18~0.23、B<0.001、S<0.003、P<0.005、Fe余量；通過(guò)熱軋制制成，并且進(jìn)行熱處理，熱處理制度為950~1050℃/15~25min淬火；750~800℃/120min回火。本發(fā)明材料具有高溫強(qiáng)度高、韌脆轉(zhuǎn)變低、抗高溫蠕變、抗超臨界水腐蝕、輻照感生放射性低等優(yōu)良綜合性能。通過(guò)提高Cr的含量，以保證其耐超臨界水腐蝕性能；通過(guò)加入W、V、Ta、Mn、Mo來(lái)增加其淬透性及抗輻照性能，使其能得到全馬氏體組織；通過(guò)控制Ni、Mo含量，以降低其感生放射性。
文檔編號(hào)C21D8/00GK103194692SQ20131014788
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者燕青芝, 洪志遠(yuǎn), 葛昌純 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)