[发明专利]一种分段调控高硅高铬耐热钢中δ铁素体的方法

说明书

本发明公开了一种分段调控高硅高铬耐热钢中δ铁素体的方法，属于核用耐热钢生产制造技术领域。该方法是对Si大于0.8％且Cr大于10％耐热钢在制备过程中进行δ铁素体调控，本发明通过成分和加工工艺协同调控减少δ铁素体，对铸态、均质化态、热加工态和正火态四个阶段组织中δ铁素体的含量和形态分阶段提出了控制标准和控制方法，实现了材料终态组织中δ铁素体的大幅降低或消除。本发明方法降低了常规成分调控对力学性能和耐腐蚀性能的不利影响，获得了综合性能优异的高硅高铬耐热钢。

技术领域

本发明涉及耐热钢生产技术领域，具体涉及一种分段调控高硅高铬耐热钢中δ铁素体的方法。

背景技术

液态铅铋共晶(LBE)合金具有熔点低、沸点高、导热能力优秀和中子屏蔽能力强的特点，是核反应堆一级回路较理想的冷却介质，由铅铋冷却的快中子反应堆(LFR)是第四代反应堆重点发展的堆型之一。

12Cr体系的铁素体/马氏体钢耐热钢高温力学性能较好，是制造快中子反应堆中服役温度最高的燃料包壳的候选材料之一。但是，LBE合金作为冷却剂时，其使用温度高、流速大、侵蚀性强，会严重腐蚀与其接触的燃料包壳结构件，进而威胁反应堆运行安全。为了提高铁素体/马氏体耐铅铋腐蚀性能，通常会往合金中添加超过0.8％的Si，再通过控制液态铅(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。但Si为δ铁素体形成元素，其添加会引起δ铁素体含量的增加，严重恶化材料力学性能。

在已有公开技术中，通常通过成分优化限定合金CNB值＜12来降低其δ铁素体析出倾向，或通过高温长时固溶处理使δ铁素体回溶来获得δ铁素体较少的组织。以上两种方法对Cr含量小于10％且Si含量较低的耐热钢具备可行性，但对于Cr含量大于10％且Si含量大于0.8％的耐热钢不具备可行性。一方面，高铬高硅铁素体马氏体耐热钢其铁素体析出倾向较大，为使其CNB值＜12，势必需要大幅增加奥氏体稳定元素C、N的含量或者降低δ铁素体稳定元素V、Nb的含量。而C或N含量的增加或降低合金的可焊性，V和Nb的减少则会降低合金高温力学性能。另一方面，由合金相图可知，高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢中δ铁素体消失的区间较窄或不存在，单纯依靠高温固溶处理并不能减少/消除δ铁素体，相反，若工艺参数设置不当，还存在δ铁素体含量进一步增加的风险。因此，解决高硅高铬耐热钢δ铁素体稳定减少/消除成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分段调控高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢中δ铁素体的方法，该方法解决了其δ铁素体析出倾向较高的问题，最终使δ铁素体含量降低。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分段调控高硅高铬耐热钢中δ铁素体的方法，该方法是在高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢的制备过程中对其进行δ铁素体调控，所述调控包括成分设计调控、均质化调控、热加工调控和正火调控四个阶段，每个阶段分别设置δ铁素体合理的含量和形态调控目标。

所述高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢的制备过程包括如下步骤：

(1)进行高硅高铬铁素体/马氏体耐热钢化学成分设计，根据所设计化学成分进行配料熔炼并浇注铸锭；

(2)均质化处理：对铸锭进行均质化处理，均质化温度950～1120℃；当均质化温度大于1080℃时，均质化时间大于3h但小于15h；当均质化温度低于1080℃时，均质化时间大于5h但小于40h

(3)热变形处理：采用锻造、轧制、挤压或穿管方式进行热变形处理；变形前的保温温度小于1120℃，到温后保温时间小于5h；热变形过程可回炉重烧，重烧时温度不高于1080℃，到温后保温时间不超过2h；变形比≥6。

(4)热处理(正火处理)：正火时温度控制区间为960～1080℃，正火保温温度为10min～60min。