CN113699450A - 一种低活化钢及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低活化钢及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113699450A
CN113699450A CN202111000887.0A CN202111000887A CN113699450A CN 113699450 A CN113699450 A CN 113699450A CN 202111000887 A CN202111000887 A CN 202111000887A CN 113699450 A CN113699450 A CN 113699450A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
activation steel
activation
steel
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111000887.0A
Other languages
English (en)
Inventor
孙宝茹
安昭兰
沈同德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN202111000887.0A priority Critical patent/CN113699450A/zh
Publication of CN113699450A publication Critical patent/CN113699450A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/13—First wall; Blanket; Divertor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种低活化钢及其制备方法和应用。本发明提供的低活化钢，包括以下质量百分含量的元素组分：0.08～0.12％C，0.07～0.1％N，8.5～9.2％Cr，0.48～0.52％Mn，0.25～0.33％V，1.0～1.2％W，0.12～0.15％Ta，0.24～0.26％Si，0.4～0.6％La和余量的Fe；所述低活化钢的析出相尺寸≤27nm。本发明在低活化钢中掺杂镧元素有效促进低活化钢中MX相的析出，减少粗大析出相M23C6相的生成，并且部分镧元素会存在于MX相边界抑制MX相的长大，从而减小了低活化钢析出相的尺寸，提高了析出相的密度，利于提高抗辐照性能。

Description

一种低活化钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种低活化钢及其制备方法和应用。
背景技术
随着化石能源的燃烧所带来的环境问题日益严重，清洁的核能资源成为近年来应用最为广泛的新型能源之一。低活化铁素体马氏体钢具有较高的热导率、稳定性高、较高的蠕变强度、低活化等优点成为核聚变反应堆的主要候选材料。但是低活化铁素体马氏体钢的安全服役温度在550℃以下，在较高温度下低活化铁素体马氏体钢的力学性能显著下降，严重影响核聚变堆的发电效率。因此提高低活化铁素体马氏体钢的高温稳定性是提高核聚变发电效率的一个重要途径。
科研人员多年研究发现，减小低活化铁素体马氏体钢中析出相尺寸能够提高低活化铁素体马氏体钢的高温稳定性。低活化铁素体马氏体钢中的析出相主要分为两种：MX((Ta,V)(C,N))相与M23C6(M为富Cr相)相。细小的纳米析出相MX颗粒相在材料受到辐照时能够有效在颗粒/基体相界面吸收缺陷，从而提高材料的抗辐照损伤性能，另一方面大量的纳米析出相的存在还能够在不牺牲材料塑性的前提下增强材料的屈服强度、抗拉强度等力学性能。
目前，国内外主要是通过调节低活化钢的成分和合理的热处理工艺两种方法改善低活化钢中纳米析出相尺寸。例如Development of castable nanostructured alloys asa new generation RAFM steels(Journal of Nuclear Materials,2018.11.1,511,598～604)通过改变N元素含量与添加Ti元素等合金成分设计手段减小低活化铁素体马氏体钢中纳米析出相的尺寸提高低活化铁素体马氏体钢中纳米析出相的密度，从而改善材料的力学性能。再如Improvement of High-Temperature Mechanical Properties of Low-CarbonRAFM Steel by MX precipitates(Acta Mtallurgica Sinica(English Leters),2018,7,706～712)，通过降低元素C、N的质量百分比，来限制M23C6的长大与增加MX纳米析出相的密度。又如中国专利CN105274445 A通过粉末冶金、包套和热等静压等手段配合以合适热处理工艺，制备出晶粒尺寸细小、高析出密度的低活化钢-氧化物弥散强化钢(ODS)。由现有技术可知通过对熔炼制备的低活化钢进行元素调控或者改变热处理工艺以及机械合金化等手段可以得到高温稳定性低活化钢。
然而现有的低活化钢中纳米析出相尺寸大多为40～150nm；随着科技的发展核聚变堆第一壁材料对低活化钢的高温稳定性的要求有了更高的要求，所以需要进一步降低低活化钢中纳米析出相尺寸。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低活化钢及其制备方法和应用，本发明提供的低活化钢具有较小的析出相尺寸，能够作为核聚变堆第一壁材料使用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低活化钢，包括以下质量百分含量的元素组分：
Figure BDA0003235352500000021
所述低活化钢的析出相尺寸≤27nm。
优选的，包括以下质量百分含量的元素组分：
Figure BDA0003235352500000022
Figure BDA0003235352500000031
本发明还提供了上述技术方案所述低活化钢的制备方法，包括以下步骤：
按照元素种类和配比将原料混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭依次进行轧制和回火处理，得到所述低活化钢。
优选的，所述轧制的温度为950～1050℃，所述轧制的保温时间为4～6min。
优选的，所述轧制为多道次轧制，每道次轧制的压下量独立为1.8～2.2mm；所述多道次轧制的总变形量为78～82％。
优选的，所述回火处理的温度为770～970℃；所述回火处理的保温时间为38～42min。
优选的，所述回火处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为氩气。
优选的，所述La元素的原料为铁镧中间合金。
优选的，所述铁镧中间合金中La元素和Fe元素的质量比为10～30:70～90。
本发明还提供了上述技术方案所述低活化钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的低活化钢在制备核聚变堆第一壁材料中的应用。
本发明提供了一种低活化钢，包括以下质量百分含量的元素组分：0.08～0.12％C，0.07～0.1％N，8.5～9.2％Cr，0.48～0.52％Mn，0.25～0.33％V，1.0～1.2％W，0.12～0.15％Ta，0.24～0.26％Si，0.4～0.6％La和余量的Fe。本发明在低活化钢中掺杂镧元素有效促进低活化钢中MX相的析出，减少粗大析出相M23C6相的生成，并且部分镧元素会存在于MX相边界抑制MX相的长大，从而减小了低活化钢析出相的尺寸，同时提高了析出相的密度，有利于提高抗辐照性能。
本发明还提供了上述技术方案所述低活化钢的制备方法，包括以下步骤：按照元素种类和配比将原料混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭；将所述铸锭依次进行轧制和回火处理，得到所述低活化钢。本发明经过轧制引入大量位错，从而形成更多的形核位点；本发明在回火处理时MX析出相和M23C6碳化物通过热力学扩散的方式析出，增大了析出相的密度，减小了析出相的尺寸。
附图说明
图1为实施例2制备得到的低活化钢的TEM图；
图2为实施例2制备得到的低活化钢的EDS图；
图3为实施例1～3和对比例1的低活化钢拉伸曲线对比图；
图4为实施例1～3和对比例1的屈服强度和抗拉强度对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种低活化钢，包括以下质量百分含量的元素组分：
Figure BDA0003235352500000041
所述低活化钢的析出相尺寸≤27nm。
在本发明中，所述低活化钢包括0.08～0.12％C，优选为0.1～0.11％。在本发明中，碳元素可以和金属元素形成碳化物。
在本发明中，所述低活化钢包括0.07～0.1％N，优选为0.08～0.09％，在本发明中，氮元素可以和金属元素形成氮化物。
在本发明中，所述低活化钢包括8.5～9.2％Cr，优选为8.8～9％。在本发明中，铬元素可以和碳元素形成M23C6，可以提高钢的耐蚀性和抗氧化性，能提高钢的韧脆转变温度。
在本发明中，所述低活化钢包括0.48～0.52％Mn，优选为0.5～0.51％。在本发明中，锰元素可以改善钢的热加工性能。
在本发明中，所述低活化钢包括0.25～0.33％V，优选为0.3～0.32％。在本发明中，钒元素可以和其他元素形成MX析出相。
在本发明中，所述低活化钢包括1.0～1.2％W，优选为1.05～1.1％。在本发明中，钨元素可以延迟M23C6粗化，有固溶强化的作用。
在本发明中，所述低活化钢包括0.12～0.15％Ta，优选为0.13～0.14％。在本发明中，钽元素可以与其他元素形成MX析出相。
在本发明中，所述低活化钢包括0.24～0.26％Si，优选为0.245～0.25％。在本发明中，硅元素可以提高钢的抗氧化能力。
在本发明中，所述低活化钢包括0.4～0.6％La，优选为0.45～0.5％。在本发明中，所述镧元素能够有效促进低活化钢中MX相的析出，减少粗大析出相M23C6相的生成，并且部分镧元素会存在于MX相边界抑制MX相的长大，从而减小了低活化钢析出相的尺寸，同时提高了析出相的密度，提高了抗辐照性能。本发明限定La元素的用量在上述范围内可以改善低活化钢的拉伸性能。
在本发明中，所述低活化钢还包括余量的Fe。
在本发明中，所述低活化钢析出相的平均尺寸≤27nm，优选为10.3～26.3nm，析出相的密度为1.8×1021～7.1×1022m-3。
本发明还提供了上述技术方案所述低活化钢的制备方法，包括以下步骤：
按照元素种类和配比将原料混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭依次进行轧制和回火处理，得到所述低活化钢。
本发明按照元素种类和配比将原料混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭。在本发明中，所述La元素的原料优选为铁镧中间合金。在本发明中，所述铁镧中间合金中La元素和Fe元素的质量比优选为10～30:70～90，更优选为20～25:75～80。在本发明中，所述铁镧中间合金优选为将La元素和Fe元素进行真空熔炼制备得到；所述真空熔炼的真空度优选为5.4～5.8×10-3Pa，更优选为5.6×10-3Pa。在本发明中，所述真空熔炼优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氩气，所述氩气的纯度优选为99.9～99.99％，更优选为99.98～99.99％。在本发明中，所述真空熔炼优选伴随搅拌，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述磁力搅拌的电流优选为18～22A，更优选为20A。
制备得到镧铁中间合金后优选还包括：将所述镧铁中间合金进行线切割后依次进行打磨、超声清洗和干燥。本发明对所述线切割后中间合金的尺寸无特殊限定，只要利于和其他元素进行配料即可。在本发明的实施例中，所述线切割后中间合金为5mm*5mm*2mm的块体。在本发明中，所述打磨优选采用砂纸。本发明对砂纸的目数没有特殊限定，只要能够去掉中间合金表面的氧化皮即可。在本发明中，所述超声清洗用溶剂优选为乙醇，所述超声清洗的功率优选为90～100W，更优选为99～100W；所述超声清洗的时间优选为8～12min，更优选为10min。本发明对所述干燥无特殊限定，只要能够除去中间合金表面的溶剂即可。在本发明的实施例中采用吹干的方式。
在本发明中，所述镧铁中间合金的熔点比纯金属镧低，先将镧元素和部分铁元素熔炼制备得到镧铁中间合金利于镧在熔体的扩散和合金的均一化，同时也可降低铸锭熔炼的温度，提高镧的收得率。
得到镧铁中间合金后本发明将镧铁中间合金和其他元素的原料按照元素配比混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭。在本发明中，所述熔炼优选为真空熔炼，所述真空熔炼的真空度优选为5.4～5.8×10-3Pa，更优选为5.6×10-3Pa。在本发明中，所述真空熔炼优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氩气，所述氩气的纯度优选为99.9～99.99％，更优选为99.98～99.99％。在本发明中，所述真空熔炼优选伴随搅拌，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述磁力搅拌的电流优选为18～22A，更优选为20A。本发明在熔炼过程中优选进行翻转，所述翻转的次数优选为5～7次，更优选为6次。本发明对所述浇铸无特殊限定，采用本领域常规的方式即可。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭依次进行轧制和回火处理，得到所述低活化钢。在本发明中，所述轧制优选为多道次轧制，每道次轧制的压下量独立的优选为1.8～2.2mm，更优选为2mm；所述多道次轧制的总变形量优选为78～82％，更优选为80％。在本发明中，每道次轧制的温度独立的优选为950～1050℃，更优选为970～1000℃；每道次轧制的保温时间优选为4～6min，更优选为5min。
在本发明中，所述轧制完成后优选还包括：将所述轧制完成后的铸锭空冷至室温，所述室温的温度优选为20～30℃，更优选为22～25℃。
在本发明中，所述回火处理的温度优选为770～970℃，更优选为870～900℃；所述回火处理的保温时间优选为38～42min，更优选为40min。在本发明中，所述回火处理优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氩气，所述氩气的纯度优选为99.9～99.99％，更优选为99.98～99.99％。
在本发明中，所述回火处理后优选还包括：将回火处理的产物冷却至室温。在本发明中，所述室温的温度优选为20～30℃，更优选为23～25℃。本发明对所述冷却的方式无特殊要求，只要能够冷却至室温即可。在本发明的实施例中，所述冷却为空冷。
本发明经过轧制使合金组织产生位错为析出相提供了大量形核位置，回火处理使析出相析出，在轧制和回火处理的共同作用提高了低活化钢中析出相的密度。
本发明还提供了上述技术方案所述低活化钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的低活化钢在制备核聚变堆第一壁材料中的应用。将本发明提供的低活化钢作为核聚变堆第一壁材料能够在服役条件下安全服役。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将镧和铁按照质量比20:80混合在纯度为99.99％的氩气下进行真空熔炼(真空度为5.6×10-3Pa)，真空熔炼伴随磁力搅拌(电流为20A)；将真空熔炼得到的镧铁合金熔液制备得到镧铁中间合金；
将所述镧铁中间合金线切割为5mm*5mm*2mm的块体，利用砂纸将得到的块体打磨除去表面氧化皮后在乙醇中进行超声清洗(100W，10min)，吹干，得到块体铁镧中间合金；
将所述块体铁镧中间合金、碳、铬、锰、钒、钨、铊、硅和铁按照如下质量百分数C：0.1％，N:0.08％，Cr：9％，Mn:0.5％，V:0.3％，W:1.1％，Ta:0.14％，Si:0.25％，La:0.5％，Fe：88.03％混合在纯度为99.99％的氩气下进行真空熔炼(真空度为5.6×10-3Pa)后浇铸得到铸锭；真空熔炼伴随磁力搅拌(电流为20A)，真空熔炼过程中翻转6次；
将所述铸锭进行4道次轧制，每道次轧制前在1050℃保温5min，每道次轧制的压下量为2mm，轧制的总变形量为80％；轧制完成后空冷至25℃；
将轧制后的产品在纯度为99.99％的氩气气氛下770℃保温40min后空冷至25℃，得到低活化钢。
实施例2
按照实施例1的方法制备低活化钢，不同之处在于，回火温度为870℃。
实施例3
按照实施例1的方法制备低活化钢，不同之处在于，每道次轧制的保温温度为970℃，回火温度为970℃。
对比例1
以质量百分含量计，将0.1％C、0.06％N、9％Cr、0.5％Mn、0.3％V、1.1％W、0.14％Ta、0.25％Si和88.55％Fe混合在纯度为99.99％的氩气下进行真空熔炼(真空度为5.6×10-3Pa)后浇铸得到铸锭；真空熔炼伴随磁力搅拌(电流为20A)，真空熔炼过程中翻转6次；
将所述铸锭进行4道次轧制，每道次轧制前在1100℃保温5min，前面三道次轧制压下量为2mm,最后一道次压下量为1mm，轧制的总变形量为70％；轧制完成后空冷至25℃；
将轧制后的产品在纯度为99.99％的氩气气氛下1150℃保温60min后空冷至25℃，然后在纯度为99.99％的氩气气氛下750℃保温60min后空冷至25℃，得到低活化钢CNA1。
将实施例2制备得到的低活化钢进行透射电镜观察，得到TEM图，如图1所示。由图2可以看出，低活化钢中含有较多的细小且密度较高的MX(M为Ta/V，X为C/N)相析出物，细小的析出相极大的改善了低活化钢的强度与塑性。
将实施例2制备得到的低活化钢用透射电镜的能谱仪分析，得到EDS图，如图2所示。由图2可知实施例制备得到的低活化钢中La元素在MX析出相处发生偏聚，形成了La元素包覆MX相的核壳结构型的MX相，极大的提高了低活化钢的强度与稳定性。
使用Nano Measurer软件根据透射电镜照片测量计算得到实施例1～3和对比例1的低活化钢的析出相尺寸和析出相密度，其结果列于表1中。
表1实施例1～3和对比例1的低活化钢的析出相尺寸和析出相密度
Figure BDA0003235352500000091
由表1可知本发明提供的低活化钢具有较小的析出相尺寸，具有较高的析出相密度。
按照GBT228-2002检测实施例1～3和对比例1的低活化钢的屈服强度、抗压强度，其结果列于表2中。检测过程中分别对实施例1～3和对比例1的低活化钢进行线切割，取三个样品进行检测取平均值。
采用设备仪器型号为Instron5982的万能材料试验机(生产商：英斯特朗，美国)在室温下对实施例1～3和对比例1的低活化钢进行拉伸试验，拉伸速率为1×10-3s-1，拉伸曲线如图3所示。
表2实施例1～3和对比例1的低活化钢的力学性能
Figure BDA0003235352500000092
根据表2的数据绘制实施例1～3和对比例1制备得到的低活化钢的屈服强度和抗拉强度对比图，得到图4。
结合表2和图3、4可知本发明提供的低活化钢具有较高的屈服强度和抗拉强度。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种低活化钢，包括以下质量百分含量的元素组分：
Figure FDA0003235352490000011
所述低活化钢的析出相尺寸≤27nm。
2.根据权利要求1所述低活化钢，其特征在于，包括以下质量百分含量的元素组分：
Figure FDA0003235352490000012
3.权利要求1或2所述低活化钢的制备方法，包括以下步骤：
按照元素种类和配比将原料混合进行熔炼、浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭依次进行轧制和回火处理，得到所述低活化钢。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述轧制的温度为950～1050℃，所述轧制的保温时间为4～6min。
5.根据权利要求3或4所述制备方法，其特征在于，所述轧制为多道次轧制，每道次轧制的压下量独立为1.8～2.2mm；所述多道次轧制的总变形量为78～82％。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述回火处理的温度为770～970℃；所述回火处理的保温时间为38～42min。
7.根据权利要求3或6所述制备方法，其特征在于，所述回火处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为氩气。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述La元素的原料为铁镧中间合金。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述铁镧中间合金中La元素和Fe元素的质量比为10～30:70～90。
10.权利要求1或2所述低活化钢或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的低活化钢在制备核聚变堆第一壁材料中的应用。
CN202111000887.0A 2021-08-30 2021-08-30 一种低活化钢及其制备方法和应用 Pending CN113699450A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111000887.0A CN113699450A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种低活化钢及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111000887.0A CN113699450A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种低活化钢及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113699450A true CN113699450A (zh) 2021-11-26

Family

ID=78656453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111000887.0A Pending CN113699450A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种低活化钢及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113699450A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110162764A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Korea Atomic Energy Research Institute High-cr ferritic/martensitic steel having improved creep resistance and preparation method thereof
CN103160745A (zh) * 2013-02-25 2013-06-19 宝钢特种材料有限公司 一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢及其制造方法
CN103409690A (zh) * 2013-07-18 2013-11-27 清华大学 低活化钢及其制备方法
CN106119730A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有高温机械性能的低活化马氏体钢及热处理工艺方法
CN106756434A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 东北大学 氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法
CN109609849A (zh) * 2018-12-28 2019-04-12 西安交通大学 一种含Si低活化马氏体钢及其热处理方法
US20190144962A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 University Of Science And Technology Beijing Method for preparing oxide dispersion strengthening f/m steel using smelting and casting process
CN112695256A (zh) * 2020-11-27 2021-04-23 中国核动力研究设计院 一种铁素体马氏体钢包壳材料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110162764A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Korea Atomic Energy Research Institute High-cr ferritic/martensitic steel having improved creep resistance and preparation method thereof
CN103160745A (zh) * 2013-02-25 2013-06-19 宝钢特种材料有限公司 一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢及其制造方法
CN103409690A (zh) * 2013-07-18 2013-11-27 清华大学 低活化钢及其制备方法
CN106119730A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有高温机械性能的低活化马氏体钢及热处理工艺方法
CN106756434A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 东北大学 氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法
US20190144962A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 University Of Science And Technology Beijing Method for preparing oxide dispersion strengthening f/m steel using smelting and casting process
CN109609849A (zh) * 2018-12-28 2019-04-12 西安交通大学 一种含Si低活化马氏体钢及其热处理方法
CN112695256A (zh) * 2020-11-27 2021-04-23 中国核动力研究设计院 一种铁素体马氏体钢包壳材料及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张纪涛: "稀土/过渡金属掺杂可铸纳米结构钢的制备与力学性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
施正等: "低活化钢中MX相析出行为研究", 《原子能科学技术》 *
李晶: "《特殊钢中碳化物控制》", 31 July 2019, 冶金工业出版社 *
王龙妹: "《稀土在低合金及合金钢中的应用》", 31 May 2016, 冶金工业出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3689009B2 (ja) 高耐食性高強度オーステナイト系ステンレス鋼とその製法
CN105274445B (zh) 一种氧化物弥散强化低活化钢及其制备方法
CN109811116B (zh) 一种耐事故包壳用FeCrAl基合金纳米晶材料的制备方法
CN111961893B (zh) 一种高强度高塑性高熵合金及其制备方法
CN109763066B (zh) 一种超高参数汽轮机关键热端部件用耐热钢
CN114231765B (zh) 一种高温合金棒材的制备方法与应用
CN112981186B (zh) 低层错能的高温合金、结构件及其应用
CN115341126A (zh) 一种耐高温中子慢化及吸收一体化复合屏蔽钇基合金材料
CN111455222A (zh) 一种具有优异高温性能的FeCoVZr软磁合金及其制备方法
CN114622120B (zh) 一种TRIP辅助AlFeMnCoCr三相异质高熵合金及其制备方法
CN114622138B (zh) 一种11b掺杂氧化物弥散强化合金、制备方法及其应用
CN110629128A (zh) 一种FeCrAlZr包壳材料及制备方法
CN111676409B (zh) 一种低密度低成本Fe-Mn-Al-C中熵合金的制备方法
CN115652171B (zh) 一种高强析出强化型高熵合金及其制备方法
CN113699450A (zh) 一种低活化钢及其制备方法和应用
CN113528979A (zh) 一种高强度rafm钢及其新型热处理工艺
CN105239010B (zh) 一种Cr‑Y‑O纳米团簇氧化物弥散强化低活化钢
CN113736966B (zh) 一种具有双重异质结构的FeCrAl基合金及其制备方法
JPH10265867A (ja) 高機能合金とその製造法及び用途
JP2000282101A (ja) 酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法
CN115011886B (zh) 一种析出强化的高强度抗氧化铁基高温合金及其制备方法
CN112375992B (zh) 一种Fe-Mn-Al-C-Cr-Mo轻质耐热钢及其制备方法
CN116426836B (zh) 一种Fe-Mn-Al-C-Nb-V奥氏体轻质钢及其制备方法
US20230295786A1 (en) Non-magnetic stainless steel with high strength and superior corrosion resistance and preparation method thereof
CN118703829A (zh) 一种高耐热高强高导铜铬合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211126

RJ01 Rejection of invention patent application after publication