[发明专利]一种聚变堆用低活化马氏体钢的冶炼生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种适用于聚变堆的低活化马氏体钢的冶炼制备方法。

背景技术

中国低活化马氏体钢CLAM是申请人研发的一种具有自主知识产权的聚变堆结构材料，属于高纯净马氏体钢，要求对杂质进行严格控制。

T91/P91钢是一种改进型商用马氏体耐热钢，具有良好的高温热强性和抗氧化性能，被广泛用于电站锅炉中的过热器和再热器管道，该钢纯度要求高(S≤0.010wt％，P≤0.020wt％)，目前国内主要依靠进口。

但是采用电弧炉冶炼工艺无法制备出合格CLAM钢，主要原因是：(1)由于在非真空环境下熔炼，主合金元素会产生一定的烧损，如C容易氧化，Mn容易挥发，Cr容易吸收空气中的N，难以做到成分的精确控制；(2)由于CLAM钢对杂质元素要求极为严格，因此很难采用传统的脱硫、脱氧和脱磷工艺来实现杂质元素如O≤0.01％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al≤0.01％(质量百分数)的控制要求。

发明内容

针对电弧炉冶炼工艺存在的问题，本发明开发了一种聚变堆用低活化马氏体钢冶炼生产方法，在适当控制原材料纯净度的基础上，采用“真空感应熔炼(主熔炼工艺)+电渣重熔(辅助熔炼工艺，属于可选工艺)”的方式。真空感应熔炼时，采用合适熔炼工艺，实现对合金元素及O、Al的控制，S和P则主要取决于原材料及真空熔炼前处理工艺，电渣重熔时，选择合适渣系和重熔工艺，进一步降低气体元素和S、P的含量，同时显著地解决成分偏析，去除夹杂物，熔炼出成分和内部组织合格的CLAM钢。最后锻造开坯，热轧制备成所需的CLAM钢型材。

本发明的技术方案如下：

一种聚变堆低活化马氏体钢的冶炼生产方法，其特征在于：包括以下过程：

第一步，在真空感应炉内对炉料进行熔炼：

1)用FeCa合金对纯铁进行脱S处理；

2)熔炼前对合金元素如Cr、W、V、Ta、Mn进行高温真空脱水除气处理；或者采用非真空脱水除气处理工艺：首先对Al₂O₃粉或CaF₂粉进行高温脱水，然后用Al₂O₃粉或CaF₂粉包埋合金以隔绝空气，最后在非真空环境下加热脱水除气，加热温度300～800℃；

3)按照目标马氏体钢设计成分进行配料，纯铁装入真空感应炉，合金元素按Cr、W、V、Ta、C、Mn顺序装入真空合金料斗；

4)真空感应熔炼炉抽真空至0.1～10Pa后，充高纯氩气至0.005～0.08MPa，熔化纯铁，并加C脱O至5～100ppm；

5)合金化：通过料斗加入纯金属Cr和W，升温至1450～1650℃，熔化完成后依次加入纯金属V、Ta，待熔化后，抽真空至0.1～10Pa以下保持3～10分钟；然后充氩气至0.005～0.08MPa后加入纯C和纯金属Mn；

6)在线检测合金元素成分并依据测试结果增补合金元素，待成分合格后在1450～1550℃出钢并进行真空浇注得铸锭；

检查铸锭成分和内部组织，若满足要求，即可完成熔炼工作，否则需进行第二步辅助熔炼；

第二步，对铸锭进行锻造以制备重熔自耗电极，锻造温度800～1200℃，奥氏体化保温时间45～75min，锻造比＞4∶1；然后在真空电渣炉或氩气保护的普通电渣炉中重熔精炼，冶炼出成分和内部组织合格的CLAM钢铸锭：

1)选用高纯Al₂O₃+CaF₂或者CaO+Al₂O₃+CaF₂作为电渣；

2)对电渣进行干燥处理，熔化后注入到真空电渣炉或普通电渣炉的结晶器中；

对于真空电渣重熔炉，抽真空至0.1～5Pa后充高纯氩气至0.005～0.05MPa；

对于普通电渣重熔炉，向结晶器中充高纯氩气保护；

3)采用电流大小来控制重熔自耗电极的熔化速度，电流范围为200～500A；

4)重熔结束后，取出重熔铸锭。

所述的聚变堆结构材料低活化马氏体钢冶炼生产方法，其特征在于：锻造开坯，热轧制备所需型材：

1)锻造开坯时的工艺参数为：初始锻造温度1100～1200℃，保温时间45～75min，终锻温度800～900℃，锻造比＞4∶1；