[发明专利]一种提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属防护技术，具体提供一种提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法。

背景技术

低活化铁素体/马氏体钢由于低的热膨胀系数、高的热导率、优良的抗辐照肿胀和抗辐照脆性等优越性能，被选作未来ADS散裂靶的候选结构材料。由于Pb-Bi合金具有良好的中子学性能、优良的导热性能以及液态Pb-Bi不存在辐照损伤等优点，Pb-Bi合金被选作未来ADS系统的中子产生靶兼冷却剂。由于ADS系统的工作环境温度在300-700℃区间，因此液态铅铋合金不可避免地将会对结构材料产生腐蚀，腐蚀方式主要有以下几种：1)材料中的组分元素在Pb-Bi合金中的溶解和质量迁移；2)组分元素与Pb-Bi合金中的杂质氧发生化学反应；3)Pb-Bi合金沿材料晶界渗透导致的晶界脆化；4)磨蚀与气蚀。为提高结构材料的耐铅铋腐蚀性能，一般认为若能在材料表面形成一层致密均匀且稳定的保护膜将铅铋合金与结构材料相隔离，那么这将会有效地降低铅铋合金对结构材料的腐蚀破坏。为此，研究人员提出以下几种防护机制：1)结构材料的表面处理与改性；2)在Pb-Bi合金中添加除氧剂和抑制剂；3)精确控制Pb-Bi合金中的氧含量或氧分压。其中控制Pb-Bi合金中的氧含量或氧分压是现在的研究热点，但如何实现仍是现在亟待解决的问题。

本发明提出利用表面纳米化与预氧化处理相结合的办法,在材料表面形成一层致密的保护性氧化膜,从而有效地降低铅铋合金对结构材料的腐蚀。表面纳米化技术是最近提出的一种材料表面改性方式，它利用表面机械碾压处理(SMGT)等方法使金属材料表面发生严重塑性流变，从而形成一层由表及里依次为纳米晶、亚微米晶和微米晶的梯度结构。利用SMGT细化材料表面晶粒，有望使合金元素在预氧化处理时发生选择性氧化，快速形成具有较好综合性能的外氧化层，从而在铅铋环境中起到保护结构材料的作用。

发明内容

针对ADS散裂靶候选结构材料——低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能较差，难以在铅铋合金中长时间使用等问题，本发明提供了一种提高其耐铅铋腐蚀性能的方法，通过表面机械碾压处理(SMGT)及高温预氧化相结合的工艺，在低活化钢的纳米晶表层形成一层致密均匀的富锰、铬氧化膜；该氧化膜均匀、致密、稳定，从而可以有效地降低液态铅铋合金对低活化铁素体/马氏体钢的腐蚀，使其满足服役条件的要求。

为了实现本发明目的，设计如下技术方案：

一种提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法，其特征在于：通过高温预氧化处理具有纳米晶表层的低活化钢来提高材料的耐铅铋腐蚀性能。

其中，高温预氧化处理的处理温度为550～650℃，时间为20～80h，介质为空气；低活化铁素体/马氏体钢的纳米晶表层可以通过表面机械碾压处理(SMGT)的方法制备。

本发明所述提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法，其特征在于：低活化钢在表面机械碾压处理前的热处理制度为：950～1050℃保温0.5～1.5小时水淬，600～800℃保温1～2小时空冷。

本发明所述提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法，其特征在于：低活化铁素体/马氏体钢表面形成的纳米晶尺寸<100nm，组织细化层>50μm。

本发明所述提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法，其特征在于：腐蚀环境为铅铋共晶合金(Pb-55 at.％Bi)，500～600℃，饱和氧压时，防铅铋腐蚀性能最佳。

本发明所述提高低活化铁素体/马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)、对低活化铁素体/马氏体钢进行热处理得到回火态组织，热处理制度为950～1050℃保温0.5～1.5小时水淬，600～800℃保温1～2小时空冷；

(2)、将回火态的低活化铁素体/马氏体钢进行表面机械碾压处理，在材料表面制备晶粒尺寸<100nm的纳米晶，并且有>50μm组织细化层形成；

(3)、对具有纳米晶表面的低活化铁素体/马氏体钢进行预氧化处理，处理制度为：550～650℃，保温20～80h，介质为空气；最终在低活化铁素体/马氏体钢表面形成一层致密均匀且较为稳定的氧化膜，该氧化层可有效地阻挡铅铋合金对结构材料的腐蚀。

本发明的原理是：