CN114592158A - 一种强抗质子辐照新型304l不锈钢材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，基于304L不锈钢的成分牌号，在304L不锈钢的粉料中添加钼元素、钴元素、铜元素以及稀土元素，并控制粉料中的硫元素含量和磷元素含量，定制得到成形粉料；步骤2，通过激光打印机使用成形粉料进行SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料。
Description
技术领域
本发明属于核电领域，具体涉及一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法。
背景技术
能源是人类文明和工业发展的重要资源，环境污染和能源短缺已成为全世界面临的共同难题。核能作为新型能源具有绿色清洁、环境友好和能量密度高等突出优点，因而受到国内外的广泛关注。快速发展和安全利用核能，也成为我们国家具有战略意义的决策。发展核能，首要解决的问题之一就是选择合适的金属结构材料，以满足核电设备长期安全运行的要求。核用构件长期经受高温高压和中子辐照等苛刻的运行环境，对材料的综合性能提出了很高的要求。先进核能系统的发展迫切需要能够承受极端运行环境和降低生产成本的技术。增材制造(Additive manufacturing，AM)技术具有一体成型复杂零件和降低成本方面具有巨大的潜力，因此AM技术被提出用于制造核用构件。AM是基于计算机辅助三维(3D)几何设计逐层制造组件的过程。与传统工艺相比，它不仅能够缩短加工周期，降低生产成本，而且具有设计灵活、材料利用率和成型精度高等优点，具有广阔的应用前景。不锈钢由于同时具有高温力学、耐腐蚀、耐辐照以及可焊接等优异的综合性能，作为首选材料被广泛用于制备重要的核电金属构件。3D打印奥氏体不锈钢具有与传统制备显著不同的微观组织结构，主要是由于成型过程具有温度梯度高、冷却速度快的特点，导致了细晶组织的产生，3D打印不锈钢的组织特征为多尺度分级结构，具体表现为生成柱状晶组织和晶内胞状亚结构，胞晶尺寸为亚微米级或纳米级，胞晶壁由高密度位错组成。此外，在3D打印奥氏体不锈钢中，还发现了δ铁素体、σ相和纳米尺度的氧化物颗粒等。这些组织结构特征，恰与提高材料抗辐照性能的原理一致。但是现有技术中，3D打印得到304L不锈钢的抗质子辐照性能较差。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法。
本发明提供了一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，基于304L不锈钢的成分牌号，在304L不锈钢的粉料中添加钼元素、钴元素、铜元素以及稀土元素，并控制粉料中的硫元素含量和磷元素含量，定制得到成形粉料；
步骤2，通过激光打印机使用成形粉料进行SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料。
在本发明提供的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，钼元素的添加量为0.1wt％-1wt％，钴元素的添加量为0.005wt％-0.02wt％，铜元素的添加量为0.01wt％-0.05wt％。
在本发明提供的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，控制硫元素的含量≤0.01wt％，控制磷元素的含量为0.01wt％～0.04wt％。
在本发明提供的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，稀土元素为Ce。
在本发明提供的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，通过激光打印机进行SLM成形时，工艺参数如下：激光功率为200W-300W，扫描速度为1000mm/s-1200mm/s，层厚为35μm-45μm，并采用错层扫描策略，层与层之间夹角60°-70°。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，以304L不锈钢为基材，添加阻碍奥氏体晶粒长大的元素，并控制有害元素含量，通过SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料，成形件具有纳米孔和亚晶界等特征，可作为缺陷汇来吸收辐照诱导的缺陷，有效增强了304L不锈钢的抗质子辐照性能。
附图说明
图1是本发明的实施例中制备得到的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的金相组织；
图2是本发明的对比例1中制备材料的金相组织。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例>
本实施例的一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，基于304L不锈钢的成分牌号，在304L不锈钢的粉料中添加钼元素、钴元素、铜元素以及稀土元素Ce，并控制粉料中的硫元素含量和磷元素含量，定制得到成形粉料。
本实施例中，成形粉料中钼元素含量为0.83wt％，钴元素含量为0.016wt％，铜元素含量为0.032wt％，硫元素含量为0.003wt％，磷元素含量为0.027wt％，成形粉料中的其他参数同市场常规。
步骤2，通过EOS290激光打印机使用成形粉料进行SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料。
本实施例中，激光打印机的工艺参数如下：激光功率：220W，扫描速度：1100mm/s，扫描间距：0.08mm，层厚：40μm。采用错层扫描，层与层之间夹角67°。
图1是本发明的实施例中制备得到的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的金相组织。
如图1所示，通过SLM成形得到的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的金相组织中无或存在极少缺陷，材料相对密度达到99.9％，力学性能优异。
<对比例1>
本对比例1的制备方法中不对硫元素含量和磷元素含量进行控制，其余步骤与实施例相同。
图2是本发明的对比例1中制备材料的金相组织。
如图2所示，本对比例1中打印得到的材料的金相组织中出现明显孔缺陷，材料致密度达到90.1％，力学性差。
<对比例2>
本对比例2的制备方法中不加入稀土元素Ce，其余步骤与实施例相同。
本对比例2中打印得到的材料的金相组织中等轴晶晶粒宽度增加，晶粒粗化，抗质子辐照性能差。
<对比例3>
本对比例3的制备方法中使用的成形粉料中钼元素含量为0.05wt％，钴元素含量为0.001wt％，铜元素含量为0.005wt％，其余步骤与实施例相同。
本对比例3中打印得到的材料的金相组织中晶粒变粗，材料致密度达到90.8％，抗质子辐照性能差。
<对比例4>
本对比例4的制备方法中不使用SLM成形，通过普通3D打印材料，其余步骤与实施例相同。
本对比例4中打印得到的材料的金相组织中晶粒粗化，无纳米孔和亚晶界，抗质子辐照性能差。
<对比例5>
本对比例5的制备方法中进行SLM成形时，不采用层与层之间夹角67°的错层扫描，其余步骤与实施例相同。
本对比例5中打印得到的材料的金相组织中出现孔缺陷，材料致密度达到91.2％，抗质子辐照性能较差。
根据实施例与对比例1-对比例5制备的材料进行对比分析，只有通过本发明的一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法得到的材料，才具有纳米孔和亚晶界等特征，能够作为缺陷汇吸收辐照缺陷，从而增强304L不锈钢的抗质子辐照性能。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，以304L不锈钢为基材，添加阻碍奥氏体晶粒长大的元素，并控制有害元素含量，通过SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料，成形件具有纳米孔和亚晶界等特征，可作为缺陷汇来吸收辐照诱导的缺陷，有效增强了304L不锈钢的抗质子辐照性能。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于304L不锈钢的成分牌号，在所述304L不锈钢的粉料中添加钼元素、钴元素、铜元素以及稀土元素，并控制所述粉料中的硫元素含量和磷元素含量，定制得到成形粉料；
步骤2，通过激光打印机使用所述成形粉料进行SLM成形，得到强抗质子辐照新型304L不锈钢材料。
2.根据权利要求1所述的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，其特征在于：
其中，所述钼元素的添加量为0.1wt％-1wt％，所述钴元素的添加量为0.005wt％-0.02wt％，所述铜元素的添加量为0.01wt％-0.05wt％。
3.根据权利要求1所述的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，其特征在于：
其中，步骤1中，控制所述硫元素的含量≤0.01wt％，控制所述磷元素的含量为0.01wt％～0.04wt％。
4.根据权利要求1所述的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，其特征在于：
其中，步骤1中，所述稀土元素为Ce。
5.根据权利要求1所述的强抗质子辐照新型304L不锈钢材料的制备方法，其特征在于：
其中，步骤2中，通过所述激光打印机进行所述SLM成形时，工艺参数如下：激光功率为200W-300W，扫描速度为1000mm/s-1200mm/s，层厚为35μm-45μm，并采用错层扫描策略，层与层之间夹角60°-70°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220607 |
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