[发明专利]一种耐液态铅或铅铋腐蚀高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐液态铅或铅铋腐蚀高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，属于核用耐热金属材料生产制造技术领域。该耐热钢化学成分：0.14％≤C≤0.22％，0.8％≤Si≤1.6％，0.5％≤Mn≤0.9％，10.5％≤Cr≤12.5％，0.5％≤Ni≤0.9％，0.5％≤Mo≤1.0％，0.5％≤W≤1.0％，0.05％≤Nb≤0.5％，0.05％≤V≤0.6％，Ce≤0.06％，B≤0.015％，N≤0.05％，余为铁。制备过程为熔炼→均质化→热加工→冷加工→热处理。本发明通过添加Si，基于内氧化原理提高材料耐液态铅(铅铋)腐蚀性能，同时材料具备良好的室温、高温力学性能。

技术领域

本发明属于核用耐热耐辐照耐腐蚀结构材料技术领域，具体涉及一种耐液态铅或铅铋腐蚀高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，该铁素体/马氏体耐热钢应用于铅或铅铋冷却反应堆。

背景技术

铅(铅铋)快堆是采用液态铅或铅铋合金作为冷却剂的快中子反应堆，是国际上重点发展的六种四代反应堆之一。液态铅或铅铋合金作为冷却剂时，与常用结构材料的相容性差，特别是奥氏体不锈钢会产生较严重的Ni溶解腐蚀，此外FCC结构的奥氏体钢会在快堆强辐照下产生严重辐照肿胀。因此，铬含量为9～12wt.％的铁素体/马氏体耐热钢成为包壳管、外套管、换热管等部件的重要候选材料。而提高此类材料高温强度、耐铅铋腐蚀性能成为铅或铅铋冷却反应堆用结构材料重要研发目标。

为提高铁素体/马氏体耐铅铋腐蚀性能，现有技术方案主要有两种。一种是内生氧化法，一种是表面涂层法。内生氧化法的主要原理是在合金中添加一定量的Si或Al，通过控制液态铅(铅铋)中的氧含量，使合金表面产生稳定均匀的氧化物保护膜。而表面涂层法则是在合金钢的表面直接涂镀保护膜。相比于表面涂层的方法，内氧化法设计的合金在表面氧化膜破损或者脱落的情况下，可自动修复受损部位，具有较高的安全性和可靠性，也是较易实现工业化生产的解决方法。本发明即提供了一种基于Si内氧化法来提高材料耐液态铅(铅铋)腐蚀性能的高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢。

发明内容

针对四代铅冷快堆液态铅铋冷却剂的使用环境，本发明提供了一种耐液态铅或铅铋腐蚀的高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，在提高材料耐液态铅或铅铋腐蚀性能的同时，使其具有良好的高温力学性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种耐液态铅或铅铋腐蚀高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢，按重量百分比计，其化学成分为：C 0.14～0.22％，Si 0.8～1.6％，Mn 0.5～0.9％，Cr 10.5～12.5％，Ni 0.5～0.9％，Mo 0.5～1.0％，W 0.5～1.0％，Nb 0.05～0.5％，V 0.05～0.6％，Ce≤0.06％，B≤0.015％，N≤0.05％，余量为铁和其他不可避免的残余元素。

该耐热钢化学成分中，残余元素按重量百分比计控制为：P≤0.015％，S≤0.005％，O≤0.006％，H≤0.0002％。

该耐热钢化学成分中，C+N为0.15～0.22wt.％，Mo+W为1.0～1.7wt.％，Nb+V为0.3～0.8wt.％，Ni+Mn≥1.1wt.％。

所述的耐液态铅或铅铋腐蚀高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，包括如下步骤：

1)熔炼铸锭：熔炼设备为真空感应炉，或者熔炼设备为真空感应炉和电渣重熔炉，或者熔炼设备为真空感应炉和真空自耗炉。

2)均质化：将铸锭进行均质化处理，均质化保温区间为1000℃～1200℃，保温时间为3h～25h；均质化处理的目的是均匀钢中成分、调整δ-铁素体含量。

3)热加工；将经步骤(2)均质化处理后的样品进行热加工，热加工可单独采用锻造工艺或者采用锻造+轧制联合工艺；其中：锻造或轧制过程中保温温度1000℃～1180℃，保温时间≥40min；锻造过程中锻比≥3，轧制过程中轧比≥2。