[发明专利]一种耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢

说明书

技术领域

本发明属于耐热金属材料领域，具体涉及一种具有优良强韧性、优良高温蠕变性能、耐液态金属腐蚀性能的马氏体耐热钢，特别是涉及一种耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢。

背景技术

液态金属如液态铅、铅铋等具有高导热率、低熔点和高沸点、低蒸汽压等优良特性，被世界各国设计用作快中子反应堆、聚变反应堆以及加速器驱动次临界系统等先进核反应系统回路或包层的冷却剂，同时由于其优良的中子学特性和抗辐照损伤性能还被设计用作加速器驱动次临界系统的高能中子靶靶材。在这些先进核反应系统中，结构材料与作为冷却剂或中子靶的液态金属直接接触，产生严重的腐蚀，如氧化腐蚀、氧化层剥落、合金元素溶解以及脆化等等。以上要求结构材料不仅需具备良好的强韧性、还需在高温下具备良好的热强性、耐液态金属腐蚀等综合性能。铬含量为9-12%的高铬马氏体耐热钢以其优良的热强性、抗高温氧化性能以及较低的成本等优势，成为了先进核反应堆液态金属回路结构材料的首选候选材料。世界各国在选择材料时，优先考虑已经商业化应用于火电机组及裂变堆等非液态金属腐蚀环境下工作的耐热钢，如在加速器驱动次临界系统中，美国选择了T91、HT9高铬马氏体钢作为高负载部分（包壳、散裂靶结构）的结构材料。T91等马氏体耐热钢的最初用途为火电机组蒸汽回路等高温部件的结构材料，尽管具备良好的抗空气或水蒸气氧化性能，但其耐液态金属腐蚀性能较差。

在现有技术中，专利文献1提供了与本发明相近、同一领域的马氏体结构材料。这种马氏体结构材料尽管具有良好的抗氧化性能，但是由于其组织中存在含量≤5%的δ铁素体，其强韧性特别是韧性较低，而且高温蠕变持久性能也较低。另外，该专利文献中并未提到本发明中的特征，即获得全部马氏体组织，改善韧性和高温蠕变强度。

专利文献1：申请号201210589995.0。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备优良强韧性、优良高温蠕变性能和耐液态金属腐蚀性能的高铬马氏体耐热钢。本发明在专利文献1的基础上，设计出更为合理的高硅和高铬含量来提高耐液态金属腐蚀性能，并通过较大幅度的调整碳、锰等元素含量来抑制δ铁素体生成以获得全马氏体组织，提高强韧性，采用钽、铌、钒等微合金化元素进行复合强化提高高温蠕变性能，从而使耐热钢具有优良的强韧性、高温蠕变性能和耐液态金属腐蚀性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征为所述耐热钢的合金元素重量百分比为：0.18%≤C≤0.26%，1.0%＜Si≤1.5%，10%＜Cr≤11.5%，1.0%＜W≤1.5%，0%＜Mn＜1.0%，Ta+Nb：≤0.3%，0%＜V≤0.2%，余量为铁；其中Ta和Nb不能同时为0。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢中，C优选为0.20wt.%≤C≤0.24wt.%。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢中，Cr优选为10wt.%＜Cr≤11wt.%。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢中，Mn优选为0.5wt.%≤Mn＜1.0wt.%。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢中，Ta+Nb优选为0.1wt.%≤(Ta+Nb)≤0.2wt.%。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢中：P＜0.005wt.%，S＜0.004wt.%，Cu＜0.01wt.%，Ti<0.010wt.%，Al<0.010wt.%，Co<0.005wt.%。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢为全部马氏体组织。

本发明所述耐液态金属腐蚀高铬马氏体耐热钢，其特征在于，所述马氏体耐热钢在液态金属中腐蚀后，表面生成富含硅和铬且具有保护性的致密氧化膜。

以下对构成本发明所述的马氏体耐热钢中的各元素作用及范围限定理由进行说明：