本发明涉及材料加工技术领域，是一种有效提高聚变堆用工业规模低活化马氏体钢板材的强度的加工方法。
背景技术：
核聚变能作为一种取之不尽的“清洁”能源，是当前国际上的研究热点。包层作为聚变堆中重要的取能和产氚部件，其研制技术是聚变能发展的关键技术之一。在包层研发技术方面，结构材料是最基本的制约因素，主要原因是包层在聚变堆内的服役条件极为恶劣，要面临高温、高热流密度、高能中子(14MeV)辐照、强电磁辐射、复杂机械载荷和液态金属PbLi腐蚀等极端条件。聚变堆内这种极端的工况对结构材料的综合性能要求十分苛刻。低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)由于具有较好的耐热性、导热性、抗辐照肿胀和抗液态PbLi腐蚀等优点，因而被普遍认为是未来聚变示范堆和首座商用聚变核电站包层的首选结构材料。2002年中国科学院核能安全技术研究所开始研发中国抗辐照低活化钢CLAM(China Low Activation Martensitic)钢。到目前为止，CLAM钢进行了100余炉次的冶炼，开展了纯净化冶炼工艺的探索，冶炼制备水平已达工业规模，材料的性能指标已满足聚变堆550℃运行工况下的使用要求。提高未来聚变堆的运行温度可有效提高聚变堆的发电效率，这需要进一步提高CLAM钢的使用温度。由于低活化马氏体钢在高温运行时受到高温软化和蠕变的限制，使得上限运行温度要求不得超过550℃，限制了聚变堆的发电效率。目前氧化物弥散强化技术是提高低活化钢使用温度较有前景的途径，但由于制备工艺和技术的限制，ODS低活化钢目前还处于研发阶段，单批次产量小，批次间稳定性差、尺寸小，无法较快进入工业化应用阶段。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种改进低活化马氏体钢力学性能的热机械处理方法，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，经锻造、轧制后获得板材的基础上，通过二次高温轧制后水冷与高温回火相结合的形变热处理提高CLAM钢的性能。本发明的技术方案使低活化马氏体钢在保持良好韧性的同时显著提高了其强度以及高温性能，为提高其使用温度提供一种有效的途径。
本发明的技术方案如下：
一种改进低活化马氏体钢力学性能的热机械处理方法，如图1所示，板材的形变热处理工艺如下：
(1)二次轧制工艺：由一种聚变堆用低活化马氏体钢，其主要成分为Cr8.5～9.5％，W 1.2～1.8％，V 0.15～0.25％，Ta 0.10～0.20％，Mn 0.40～0.50％，C 0.8～0.12％,其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后获得的低活化马氏体钢板材，将钢板在1100～1200℃保温40～100min后进行二次轧制，轧制的变形量为50％～70％，终轧温度≥1000℃，轧制后板材快速水冷至室温。高温轧制阶段，材料变形的同时发生回复再结晶，细化晶粒改善组织，使材料具有高强度的同时保持良好的韧性。此轧制阶段的温度高于低活化马氏体钢奥氏体化温度，轧制后迅速水冷，等同淬火工艺，得到马氏体体组织，为回火工艺奠定基础。
(2)回火工艺：将二次轧制后的板材在100min内加热至740±20℃，根据材料厚度大小保温60～100min后出炉空冷，即可获得性能改进的板材。回火工艺大大减轻了原马氏体基体由于过饱和引起的点阵畸变，弥散的析出第二相粒子，提高材料的韧性。
本发明与现有低活化马氏体板材制备工艺相比的优点在于：
(1)通过增加二次轧制与回火工艺使低活化马氏体钢板材的晶粒细化，组织均匀。
(2)通过增加二次轧制与回火工艺使低活化马氏体钢板材达到更好的强度与韧性相配合的机械性能，显著提高材料的强度。其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥650MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥200J。优于聚变堆的设计要求。
(3)通过二次轧制与回火工艺使低活化马氏体钢板材得到更优异的高温性能。低活化马氏体钢板材650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
(4)相比于ODS技术，本发明操作方法简单，工艺可重复性好，可实现工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明的工艺图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据：
实施例1
本发明一种改进低活化马氏体钢，其主要成分为Cr 9.0％，W 1.5％，V 0.20％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后得到厚度为100mm的钢板。
(1)热轧工艺：将已经过热处理的CLAM钢板材在1100～1200℃保温90min后进行轧制，入炉温度不超过600℃，变形量50％左右，终轧温度≥1000℃。
(2)热处理：轧制后板材快速水冷，而后进行740±20℃/100min回火处理，回火炉初始温度不超过100℃，升温速率不超过120℃/h，回火后直接出炉空冷即可获得成品板材。
(3)将所得钢板进行性能测试，得到其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥700MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥210J；650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
实施例2
改进低活化马氏体钢，其主要成分为Cr 8.8％，W 1.5％，V 0.18％，Ta 0.16％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后得到厚度为80mm的钢板。
(1)热轧工艺：将已经过热处理的CLAM钢板材在1100～1200℃保温90min后进行轧制，入炉温度不超过600℃，变形量60％左右，终轧温度≥1000℃。
(2)热处理：轧制后板材快速水冷，而后进行740±20℃/100min回火处理，回火炉初始温度不超过100℃，升温速率不超过120℃/h，回火后直接出炉空冷即可获得成品板材。
(3)将所得钢板进行性能测试，得到其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥690MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥210J；650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
实施例3
改进低活化马氏体钢，其主要成分为Cr 9.0％，W 1.4％，V 0.18％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后得到厚度为54mm的钢板。
(1)热轧工艺：将已经过热处理的CLAM钢板材在1100～1200℃保温80min后进行轧制，入炉温度不超过600℃，变形量60％左右，终轧温度≥1000℃。
(2)热处理：轧制后板材快速水冷，而后进行740±20℃/80min回火处理，回火炉初始温度不超过100℃，升温速率不超过120℃/h，回火后直接出炉空冷即可获得成品板材。
(3)将所得钢板进行性能测试，得到其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥660MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥210J；650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
实施例4
改进低活化马氏体钢，其主要成分为Cr 9.0％，W 1.5％，V 0.20％，Ta 0.14％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后得到厚度为36mm的钢板。
(1)热轧工艺：将已经过热处理的CLAM钢板材在1100～1200℃保温80min后进行轧制，入炉温度不超过600℃，变形量50％左右，终轧温度≥1000℃。
(2)热处理：轧制后板材快速水冷，而后进行740±20℃/80min回火处理，回火炉初始温度不超过100℃，升温速率不超过120℃/h，回火后直接出炉空冷即可获得成品板材。
(3)将所得钢板进行性能测试，得到其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥660MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥210J；650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
实施例5
改进低活化马氏体钢，其主要成分为Cr 8.8％，W 1.4％，V 0.20％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余为Fe元素。按此成分配比，在真空感应炉内对炉料进行熔炼，所得铸锭经锻造、轧制后得到厚度为28mm的钢板
(1)热轧工艺：将已经过热处理的CLAM钢板材在1100～1200℃保温50min后进行轧制，入炉温度不超过600℃，变形量60％左右，终轧温度≥1000℃。
(2)热处理：轧制后板材快速水冷，而后进行740±20℃/80min回火处理，回火炉初始温度不超过100℃，升温速率不超过120℃/h，回火后直接出炉空冷即可获得成品板材。
(3)将所得钢板进行性能测试，得到其室温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥660MPa，抗拉强度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，断面收缩率Z≥70％；室温横向冲击功和纵向冲击功Akv≥210J；650℃时的高温力学性能为：屈服强度Rp0.2≥330PMa，抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。
通过本发明所述及的方法，低活化马氏体钢板的屈服强度由原来的530MPa增加到650MPa以上，抗拉强度由原来的660MPa提高到830MPa以上，同时可使韧性满足聚变堆的使用要求。通过二次轧制后高温回火的方式可将CLAM钢板材的使用上限温度由现在的550℃提高至650℃。各均满足聚变堆的设计要求，也适合在裂变堆中的应用。