[发明专利]一种消除核电管道铸造不锈钢中σ相的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料热处理领域，涉及一种消除不锈钢中脆性第二相的方法，具体涉及一种消除核电管道铸造不锈钢中σ相的热处理方法。

背景技术

压水堆核电站一回路主管道作为承压系统边界的重要组成部分对核电站的安全发挥着重要的屏障作用，通常采用奥氏体-铁素体型双相组织不锈钢铸造而成。这种材料中铁素体相发挥着提高强度、降低焊接热裂性、提高耐应力腐蚀等作用；然而，铁素体的存在亦带来热老化脆化、中高温敏化脆化问题，后者主要由σ相析出造成([1]R.N.Gunn.Cambridge England:Abington,1997:175.[2]K.H.Lo,et al.Materials Science and Engineering R,2009,65(4-6):39-104.[3]Y.Q.Wang,et al.Nuclear Engineering and Design.2013,259:1-7.)。核电管道的生产、安装过程中不可避免的进行热处理和焊接，而企业生产实际证明此过程中会产生σ相。研究表明σ相是一种硬而脆的金属间化合物，它不仅增加不锈钢的硬度、显著降低不锈钢的韧性使其变脆，而且降低不锈钢的点蚀和晶间腐蚀性能，所以通常认为其析出对材料有非常害([4]Y.S.Ahn et al.Materials Science and Technology,2000,16(4):382-388.[5]Y.Q.Wang,B.Yang,H.C.Wu,et al.Materials Transactions.2013,54(5):839-843.[6]Park C J,et al.Corrosion,2005,61(1):76-83.)。σ相的存在降低核电管道的服役性能，危害核电站的安全运行，因此抑制或消除σ相的析出显得尤为重要。

通常，通过添加适当合金元素以及压力加工等方法可以有效延缓或抑制σ相的析出([7]O.Smuk,et al.Metallurgical and Materials Transactions A,2004,35(7):2103-2109.[8]C.C.Hsieh,et al.ISRN Metallurgy,2012,2012:1-16.)，然而上述方法只是预防性措施，而不能消除已析出的σ相，并且调整合金成分会影响材料的组织和性能，涉及到冶炼、成型等多个工序，不利于核电管道的严格生产要求。对于生产工艺固定、材料成分一定的合金，退火(固溶)处理是消除σ相的唯一方法。有研究表明，SAF2205不锈钢在高于1050℃固溶处理时发生σ→γ相变，σ相溶解到奥氏体基体中([9]R.Badji,et al.Materials Science and Engineering A,2008,496(1–2):447-454.)，但是核电管道铸造不锈钢的组织和成分都与SAF2205明显不同，需要探索新的σ相的最佳消除工艺。因此，开发一种有针对性的消除核电管道不锈钢中σ相的热处理方法，对于改善管道材料性能、保证核电站安全性具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对核电管道铸造不锈钢中σ相的消除方法，以期应用此方法可以消除核电管道不锈钢由于σ相析出导致的中高温敏化脆性现象，使材料力学性能恢复到不含σ相的水平，从而达到改善管道性能、延长使用寿命的目的。

为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明一种消除核电管道铸造不锈钢中σ相的方法，采用等温退火处理方法对含σ相的所述铸造不锈钢进行处理，具体工艺参数是：

退火温度：900～1000℃；退火时间：0.25～35h；冷却方式：水淬至室温。

进一步的，所述退火温度为950℃，退火时间0.5h。

本发明具体包括以下步骤：

(1)观察时效钢件组织，测定时效钢件中σ相的含量；

(2)将含σ相的钢件进行900～1000℃退火处理，时间0.25～35h，测定σ相的含量；

(3)测试退火处理后钢件的冲击韧性、微区硬度。

所述步骤(1)、(2)采用光学显微镜(OM)或扫描电子显微镜(SEM)观察组织并拍摄图片，每个试样最少拍摄20个视场，采用金相分析软件统计σ相数量，以面积分数代替体积分数，这样简便可靠。

所述步骤(3)测试室温下V型缺口试样的夏比冲击功，试样尺寸：10mm×10mm×55mm，表面粗糙度R_a优于5μm，端部除外。