[发明专利]一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.08‑0.12％，Si：0.5‑3.0％，Al：0.5‑4.50％，Cr：9.0‑12.0％，V：0.20‑0.30％，Nb：0.04‑0.08％，Ta：0.08‑0.22％，W：1.5‑2.0％，B：0.006‑0.01％，Ce：0.05‑1.2％，Mo，Ni，Mn，Co等为残余元素，S≤0.008％，P≤0.008％，余量为Fe。经冶炼、锻造、正火、回火等步骤制备。本发明不仅具有良好耐液态铅腐蚀性能，还具有良好室温、高温力学性能，同时有效提高了马氏体不锈钢的耐铅铋腐蚀性能或抗辐照或抗高温氧化性能，且可以大幅度降低原材料的成本。

技术领域

本发明涉及核电用材技术领域，尤其涉及一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的高速发展以及人类生活水平的日益提高，人们对电能的需求急剧增长。传统煤、石油和天然气等化石能源不仅存在环境污染问题，而且是不可再生资源。而核能是一种高效、低碳清洁、可以依赖的最有前途的能源。我国目前已有9座核电反应堆机组，主要堆型是压水堆，压水堆主要利用铀-235作为裂变燃料，而铀-235只占天然铀的0.7％。对于压水堆堆型，燃烧一次只能消耗投入铀资源的0.45％左右，剩下99％无法利用。快堆能将铀资源的利用率提高到60％-70％。在快堆的六种参考堆型中(钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、高温气冷堆、熔盐堆、超临界水堆)，铅冷快堆采用液态铅或铅铋合金作为冷却剂，具有较高的固有安全性，同时在再生燃料循环、放射性废物后处理、反应堆系统简化、缩短换料周期等方面都有其独特的优势，受到了国际上的重点关注。

堆芯结构材料的选择是限制铅冷快堆发展和应用的关键问题之一。由于铅冷快堆堆芯温度高、辐照剂量高、冷却剂腐蚀性强、密度大、流速快，对材料具有较强的冲蚀和腐蚀作用，结构材料中的组分元素，如Ni会逐渐溶解和质量迁移至冷却剂中，同时冷却剂也会沿晶界向材料内扩散，发生腐蚀破坏，从而影响反应堆的安全运行。9-12(wt.％)Cr铁素体/马氏体耐热钢具有优异的力学性能、耐热、低膨胀、抗中子辐照等特点，在核电领域获得了大量的应用，是铅冷却快堆建设所需的关键结构材料。但普通铁素体/马氏体，如T/P91耐热钢的耐液态铅腐蚀性能较差，如何提高其耐液态铅腐蚀性能是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢及其制备方法，通过适当的稀土含量可以净化钢液，细化晶粒，变质夹杂物，从而提高钢的塑性、强度、高温氧化性能和腐蚀性能。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.08-0.12％，Si：0.5-3.0％，Al：0.5-4.50％，Cr：9.0-12.0％，V：0.20-0.30％，Nb：0.04-0.08％，Ta：0.08-0.22％，W：1.5-2.0％，B：0.006-0.01％，Ce：0.05-1.2％，Mo，Ni，Mn，Co为残余元素，S≤0.008％，P≤0.008％，余量为Fe。

一种铅铋堆用铁素体/马氏体耐热钢的制备方法，包括以下步骤：

S1、冶炼：采用“真空感应熔炼”的单次冶炼或“真空感应熔炼+真空自耗电弧熔炼”的双联冶炼；

S2、锻造开坯；

S3、正火处理；

S4、回火处理。

进一步的，所述单次冶炼包括：按实际加入重量百分比计算纯铁、铬铁、钒铁、铈金属等配料放入150kg真空感应熔炼炉中，对150kg加压感应熔炼炉进行抽真空，极限真空度为6×10^-2Pa，电源功率为160kW，频率为2500Hz，真空度小于10-¹Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40kW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；