专利名称：一种超临界水堆用马氏体钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种超临界水堆燃料包壳管用马氏体钢，具有高温强度高、耐超临界水腐蚀，并具有低的感生放射活性。
背景技术：
随着经济发展对能源需求的不断增加，核能作为一种安全、清洁、高效的能源形式逐渐显露出了其在新能源领域中的重要地位。目前国际上已经进入第四代核能系统的研发阶段，作为第四代核能系统六种候选堆型中唯一的水冷堆，超临界水堆更符合我国核电相关单位经验和技术传承性的要求。超临界水堆在各方面性能均较现有轻水堆核电站有较大提高的同时，也在材料、反应堆设计等方面提出了新的挑战。作为超临水堆中工况条件最为苛刻的燃料包壳管，其内壁面临着强烈的中子辐照、裂变气·体压力与腐蚀、燃料肿胀、吸氢致脆和包壳与芯块相互作用等危害；外壁受到超临界水高温、压力、冲刷、振动和腐蚀以及氢脆等威胁。这就要求包壳材料具有高温强度高、高温韧性好、抗高温蠕变、抗高温腐蚀、抗辐照脆性及低活性。现有的水冷堆、超临界火电站用包壳管或冷却管材料均不适用于超临界水堆的服役环境。铁素体马氏体钢因具有热导率高、热膨胀系数小，辐照肿胀低等优点，是核反应堆关键部件的优选材料。国际上研究的比较成熟的的铁素体马氏体钢主要有EUR0FER97钢，日本的F82H，美国的HT9、HCM12A钢等(表I给出了它们的主要成分)，这些钢大多数定位在7-9wt%的铬含量，以便获得强韧性高的单相马氏体钢。但在550-650°C，25MPa的超临界水环境下，7-9wt%铬含量的马氏体钢存在严重的腐蚀增重，随温度每升高100°C，腐蚀增重提高4-5倍，远远不能满足超临界工况对材料的需求。因此需要针对超临界水堆的工况条件，开发高温强度高、耐腐蚀性好、低感生放射活性的铁素体马氏体钢。表权利要求
1.一种超临界水堆用马氏体钢，其特征在于其中各种成分占总质量的百分比:C0.09 0.11、Crll.7 12.2、Mn0.95 1.05、Mo0.95 1.05、Wl.05 1.15、Ni0.95 1.1、N0.05 0.07、Ta0.13 0.18、A10.04 0.06、Si0.12 0.18、V0.18 0.23、B〈0.001、S〈0.003、P〈0.005、Fe 余量。
2.根据权利要求1所述一种超临界水堆用马氏体钢的制备方法，其特征在于通过热轧制制成，并且进行热处理，具体步骤如下: (a)制备钢锭或者连续浇铸钢棒，具有以下各种成分占总质量的百分比:C0.09、.11、Crll.7 12.2、Mn0.95 1.05、Mo0.95 1.05、Wl.05 1.15、Ni0.95 1.1、N0.05 0.07、Ta0.13 0.18、A10.04 0.06、Si0.12 0.18、V0.18 0.23、B〈0.001、S〈0.003、P〈0.005、Fe 余量; (b)通过钢锭或者连续浇铸钢棒的锻造或者轧制进行第一次热变形，得到半成品； (c)将所述半成品加热到1150°C 1200°C的范围，通过热轧制再次变形直至得到所要求的形状及尺寸的制品； Cd)将冷却至室温的制品加热到95(Tl050°C温度范围保持15 25min，进行奥氏体化热处理； (e)将奥氏体化热处理后的制品冷却至50°C以下，然后再将制品加热到75(T800°C温度范围保持10(Tl30min，进行回火热处理得到马氏体制品。
3.根据权利要求2所述超临界水堆用马氏体钢的制备的方法，其特征在于马氏体制品通过冷挤压的方式制成无缝管件，冷挤压工艺中需要中间道次退火，退火工艺为800 0C /40min。
4.根据权利要求2所述超临界水堆用马氏体钢的制备的方法，其特征在于步骤(b)的锻造或者轧制的温度范围在1100°C、00°C。
5.根据权利要求2所述超临界水堆用马氏体钢的制备的方法，其特征在于步骤(b)的热变形之后的冷却作业先是灰沙冷却至600°C后在空气中进行，并冷却至室温。
6.根据权利要求2所述超临界水堆用马氏体钢的制备的方法，其特征在于步骤(c)的为控轧控冷工艺，开始轧制温度在1100°C，终轧温度控制在900°C左右，轧后采用在线喷雾冷却。
7.根据权利要求2的方法，其特征在于步骤(d)的奥氏体化的热处理制度为:95(Tl050°C /15 25min淬火；75(T80(TC /12(Tl50min回火，奥氏体化热处理之后的冷却作业在水中进行。
8.根据权利要求2的方法，其特征在于步骤(e)的回火热处理之后的冷却作业在空气中进行。
全文摘要
本发明属于金属材料领域，涉及一种超临界水堆燃料包壳管用马氏体钢。钢的成分为C0.09~0.11、Cr11.7~12.2、Mn0.95~1.05、Mo0.95~1.05、W1.05~1.15、Ni0.95~1.1、N0.05~0.07、Ta0.13~0.18、Al0.04~0.06、Si0.12~0.18、V0.18~0.23、B<0.001、S<0.003、P<0.005、Fe余量；通过热轧制制成，并且进行热处理，热处理制度为950~1050℃/15~25min淬火；750~800℃/120min回火。本发明材料具有高温强度高、韧脆转变低、抗高温蠕变、抗超临界水腐蚀、辐照感生放射性低等优良综合性能。通过提高Cr的含量，以保证其耐超临界水腐蚀性能；通过加入W、V、Ta、Mn、Mo来增加其淬透性及抗辐照性能，使其能得到全马氏体组织；通过控制Ni、Mo含量，以降低其感生放射性。
文档编号C21D8/00GK103194692SQ20131014788
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者燕青芝, 洪志远, 葛昌纯 申请人:北京科技大学