[发明专利]一种预氧化处理提高铁素体/马氏体钢耐铅（铅铋）腐蚀性能的方法

说明书

本发明公开了一种预氧化处理提高铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能的方法，属于耐热结构材料的腐蚀防护技术领域。该方法通过控制气体种类、气体流量和氧化温度，直接在合金表面原位生成致密的富铬富锰保护性氧化层，提升了铁素体/马氏体钢的耐铅(铅铋)腐蚀性能。同时，该方法预氧化采用的温度和时间等参数与铁素体/马氏体钢的回火热处理参数相同，将预氧化处理与回火热处理结合一起，在不影响材料力学性能的同时，提升了预氧化处理的效率。本发明方法操作方便，不受工件尺寸和形状限制，成本较低，便于工业化推广。

技术领域

本发明涉及结构材料的表面防护处理技术领域，具体为一种预氧化处理提高铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能的方法。

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。铬含量为9～12wt.％的铁素体/马氏体耐热钢是铅(铅铋)冷却快堆包壳管、外套管、换热管等部件的重要候选材料。但铁素体/马氏体钢与液态铅或铅铋合金的相容性差，直接与其接触时存在较严重的腐蚀问题，影响反应堆的安全性。因此，提升铁素体/马氏体钢的耐铅铋腐蚀性能迫在眉睫。

表面防护预处理是提升铁素体/马氏体钢的耐铅(铅铋)腐蚀性能的方向之一。研究人员曾通过表面渗Al、Cr以及激光脉冲沉积等方法实现了铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能的提升，但此类方法所需设备成本昂贵且工艺复杂，对用于细径无缝管以及特殊形状部件的生产加工也较困难，获得的防护层质量稳定差，难以大规模推广应用。

预氧化处理作为表面防护处理方法的一种，其原理是将工件放置于高温氧化性气氛中，通过不同元素的选择性氧化，使材料表面生成一层致密的氧化膜，进而实现结构材料本体与腐蚀介质隔离的目的。预氧化处理不受部件形状限制，所获得的氧化膜也相对均匀，是有效提升核用铁素体/马氏体钢部件耐铅(铅铋)腐蚀性能的技术之一。但目前公开的钢用预氧化处理工艺温度较高，在800℃附近，这会引起铁素体/马氏体钢力学性能的急剧下降。目前所选用的氧化性气体通常为空气或空气与水的混合气体，其与钢反应所形成的氧化膜为富Cr氧化层或富Fe、Cr的氧化层，厚度较厚，不适用于类似薄壁管材等部件的防护处理，其耐铅(铅铋)腐蚀性能也有待进一步提升。此外，在目前已公开的预氧化方法中，预氧化处理通常是作为额外的工序开展，需购置额外的设备并消耗额外的能量，增加较多的生产成本。而预氧化过程对工件的再加热也相当于一次热处理，会引起铁素体/马氏体钢性能的变化，甚至力学性能的恶化。

发明内容

为了解决铅(铅铋)冷却快堆中结构部件防护处理存在的一系列工艺和技术问题，本发明目的在于提供一种预氧化处理提高铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能的方法，该方法将预氧化过程与铁素体/马氏体钢的回火过程结合在一起，通过控制气氛、气体流量和温度，直接在铁素体/马氏体钢的表面形成一层致密、均匀的富铬富锰氧化膜，进而有效提升铁素体/马氏体钢的耐铅(铅铋)腐蚀性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种预氧化处理提高铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能的方法，该方法是对铁素体/马氏体钢进行回火热处理的同时完成预氧化处理过程，通过预氧化处理在铁素体/马氏体钢表面原位生成一层富铬富锰保护膜；该方法具体包括如下步骤：

1)正火处理：对铁素体/马氏体钢进行正火热处理；

2)表面处理：去除正火后合金表面氧化皮和缺陷，并进行清洁，使表面粗糙度小于0.8μm；

3)回火和预氧化处理：将经步骤(2)表面处理后的钢放置于氧化性气氛中，并在680～790℃同时进行回火和预氧化处理，从而提高铁素体/马氏体钢耐铅(铅铋)腐蚀性能。

所述铁素体/马氏体钢为9～12％Cr体系耐热钢。

进一步地，步骤(1)中，正火温度为950℃～1080℃，正火保温时间为5min～2h。