一种马氏体不锈钢锻件材料及其制造方法和应用与流程

本发明涉及冶金，具体涉及一种马氏体不锈钢锻件材料及其制造方法和应用。

背景技术：

1、根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国反应堆冷却剂泵(核主泵)行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，反应堆冷却剂泵长期工作在高温、高压、放射性环境中，需要具备以下特点：耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐辐射、可长期可靠运行、且易于维护；密封严格，反应堆冷却剂带有放射性物质，其泄露需严格控制在一定范围内；可提供足够转动惯量，在保证反应堆冷却剂稳定循环的同时，断电后需尽量长时间维持冷却剂流动以冷却堆芯。总的来看，反应堆冷却剂泵在材料选择、结构设计、制造工艺等方面要求高。

2、叶轮是反应堆冷却剂泵内关键动力输出部件。张芷模等人在《ap1000核主泵叶轮典型质量问题及监造预防措施》一文中指出，ap1000主泵的60年设计寿命周期内，叶轮将在高温、高压的环境下运行经受近万亿次循环。由于铸件的致密性、内部组织中微观晶粒的相互应力作用，astm a743 ca6nm材料制造工艺参数的严格限制、叶片内部缺陷有效检查手段的缺少等，导致焊接修补和无损检测次数较多，质量控制难度大。在后续的运行中，容易发生质量事故，降低运行可靠性。张志善在《核电主给水泵叶轮不同加工成形状态对比试验》中，通过金相组织、力学性能、全面腐蚀、表面粗糙度等对比试验分析，论证了马氏体不锈钢0cr13ni4mo锻造叶轮在使用性能、寿命以及对整机运行可靠性等方面均优于铸造成形叶轮。同样的，刘祥松等人在《核主泵高温工况下叶轮结构力学分析》一文中，以田湾核电站主泵锻造叶轮为分析对象，计算叶轮的最大应力变形区和最大应力。由此可见，随着数控技术的发展，一体化铣制叶轮正逐步替代铸造叶轮。而叶轮锻件材料，有采用astm a-182f6nm的，有采用din 1.4313或rcc-m z5cnd13-04的，而我国的国家标准gb或机械部标准jb中均没有相似的锻件材料牌号。同时，astm或rcc-m以及din等标准中的锻件，在化学成分方面，碳含量都限制在小于等于0.06％，h、o、n气体含量没有要求。同时，在冲击性能方面没有要求。叶轮属于转动部件，运行条件苛刻，高温、高压、离心力和水相互作用参数的振动、轴向推力产生的弯曲变形等，这些都是叶轮在安全服役中容易发生危险的因素。

技术实现思路

1、基于以上因素，本发明目的在于解决目前用于核主泵的铸造叶轮缺陷多、有效检测手段缺乏、锻件材料没有相应的国家标准等问题，提供一种马氏体不锈钢锻件材料及其制造方法，用于核主泵锻造叶轮的制造。

2、一种马氏体不锈钢锻件材料，按重量百分比其化学成分为：c:0.03-0.05％、mn:0.5-1.0％、si:≤0.6％、s:≤0.03％、p:≤0.03％、cr:11.5-14.0％、ni:3.5-5.5％、mo:0.4-0.8％、co:≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

3、进一步地，所述的马氏体不锈钢锻件材料的化学成分中气体含量还应满足：n:≥150ppm、h:≤3ppm、o:≤80ppm。

4、进一步地，逆变奥氏体含量为15-20％。

5、上述的马氏体不锈钢锻件材料的熔炼方法，包括：电炉熔炼、真空吹氧脱碳精炼和电渣重熔三联工艺，得到上述化学成分重量百分比的坯料。

6、进一步地，所述电炉熔炼和真空吹氧脱碳精炼包括：按上述的化学成分重量百分比取原料，电炉熔炼钢水，经预脱碳、脱磷及合金化后，倒入真空吹氧脱碳精炼炉进行脱碳、脱氧、脱硫、脱气及还原，成分合格后出钢浇注成钢锭。

7、进一步地，所述电渣重熔：采用caf2、al2o3、cao和mgo多元渣系，还原状态下，熔炼电压为75-90v，电流为16-20ka。

8、上述的马氏体不锈钢锻件材料的锻造方法，将熔炼得到的坯料在奥氏体单相区进行锻造，始锻温度1200±20℃，终锻温度850±20℃，总锻比大于5，锻造后空冷至室温。

9、上述的马氏体不锈钢锻件材料的热处理方法，包括：

10、淬火，温度为1050±10℃；

11、一次回火，温度为670±10℃；

12、二次回火，温度为610±10℃。

13、进一步地，所述淬火，保温时间为截面厚度50mm/h，其中最小保温时间不小于1h，空冷至室温；

14、所述一次回火，保温时间为截面厚度25mm/h，空冷至室温；

15、所述二次回火，保温时间为截面厚度25mm/h，空冷至室温。

16、上述的马氏体不锈钢锻件材料的应用，用于制造高温高压辐射环境中的转动零件。

17、本发明提供的一种马氏体不锈钢锻件材料，具有高强度、高韧性和良好耐腐蚀性能，可用于加工核主泵叶轮等高温高压辐射环境中的转动零件。

技术特征：

1.一种马氏体不锈钢锻件材料，其特征在于，按重量百分比其化学成分为：c:0.03-0.05％、mn:0.5-1.0％、si:≤0.6％、s:≤0.03％、p:≤0.03％、cr:11.5-14.0％、ni:3.5-5.5％、mo:0.4-0.8％、co:≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的马氏体不锈钢锻件材料，其特征在于，所述的马氏体不锈钢锻件材料的化学成分中气体含量还应满足：n:≥150ppm、h:≤3ppm、o:≤80ppm。

3.如权利要求1所述的马氏体不锈钢锻件材料，其特征在于，逆变奥氏体含量为15-20％。

4.权利要求1～3任一项所述的马氏体不锈钢锻件材料的熔炼方法，其特征在于，包括：电炉熔炼、真空吹氧脱碳精炼和电渣重熔三联工艺，得到权利要求1或2的化学成分重量百分比的坯料。

5.如权利要求4所述马氏体不锈钢锻件材料的熔炼方法，其特征在于，

6.权利要求4所述的马氏体不锈钢锻件材料的熔炼方法，其特征在于，所述电渣重熔：采用caf2、al2o3、cao和mgo多元渣系，还原状态下，熔炼电压为75-90v，电流为16-20ka。

7.如权利要求1所述的马氏体不锈钢锻件材料的锻造方法，其特征在于：将熔炼得到的坯料在奥氏体单相区进行锻造，始锻温度1200±20℃，终锻温度850±20℃，总锻比大于5，锻造后空冷至室温。

8.权利要求1所述的马氏体不锈钢锻件材料的热处理方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的马氏体不锈钢锻件材料的热处理方法，其特征在于，

10.权利要求1所述马氏体不锈钢锻件材料的应用，其特征在于：用于制造高温高压辐射环境中的转动零件。

技术总结
本发明公开了一种马氏体不锈钢锻件材料，按重量百分比化学成分为：C:0.03‑0.05％、Mn:0.5‑1.0％、Si:≤0.6％、S:≤0.03％、P:≤0.03％、Cr:11.5‑14.0％、Ni:3.5‑5.5％、Mo:0.4‑0.8％、Co:≤0.05％，气体含量还应满足：N:≥150ppm、H:≤3ppm、O:≤80ppm，余量为铁和不可避免的杂质。并公开了所述马氏体不锈钢锻件材料的制造方法，包括熔炼、锻造和热处理方法。本发明通过严格控制材料的主要化学成分含量，特别是碳含量、钴含量和气体成分氮，提高材料的抗拉强度和耐腐蚀性，且不降低材料的韧性，最终制造出具有高强度、高韧性和良好耐腐蚀性能的用于制造核主泵叶轮的材料。

技术研发人员：王冬颖,朱琳琳,姚景文,陆达,雍兴平,陈炜,周太勇
受保护的技术使用者：沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12