[发明专利]一种强化V-4Cr-4Ti合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚变堆低活化结构材料的强化方法技术领域，具体涉及一种强化V-4Cr-4Ti合金的工艺方法，该工艺可以通过一定热处理与冷加工的结合，制备出高强度钒合金。

背景技术

钒合金由于具有低活化特性、高的高温强度、良好抗中子辐照能力以及与液态Li良好相容性而被选作为聚变堆V-Li包层的结构材料，其中V-4Cr-4Ti合金是首选。V-4Cr-4Ti合金在高温条件下仍能保持较高的强度和良好的高温抗蠕变性能，可能的运行温度可至750℃。国际上规定了V-4Cr-4Ti合金的低活化标准，要求其C、N、O杂质总含量低于800wppm，从而避免钒基脆性相在晶界的偏析和沉淀[W.R.Johnson,J.P.Smith.Fabrication of a 1200kg ingot ofV-4Cr-4Ti alloy for the DⅢ-Dradiative divertor program,Journal of Nuclear Materials 258-263(1998)1425-1430]。但是为了保证合金的强化作用，合金中需有足够的C、N、O来保证形成Ti-(CON)析出物，以起到弥散强化的作用。

为了提高V-4Cr-4Ti合金的强度，一般的热处理方法为固溶处理与时效处理的结合，这样可以在时效过程中产生足够的Ti-(CON)沉淀物起到弥散强化的作用。冷加工可对合金产生塑性变形，在变形的过程中可引入大量位错，位错与时效过程中的沉淀产生复杂的相互作用，可进一步提高合金的强度。

但在这种钒铬钛合金的传统强化方法中，对固溶、时效和冷加工的处理顺序和具体工艺参数直接影响到最终得到的合金强度，因此，亟需对这些方面进行探索研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种合金强化方法，以熔炼制备的V-4Cr-4Ti合金为基础，采用热处理与冷加工相互结合的方法来提高其强度。

为了实现这一目的，本发明采用的技术方案是：一种强化V-4Cr-4Ti合金的方法，

包括以下步骤：

1.采用真空电子束熔炼炉、电弧熔炼炉或者感应悬浮炉进行熔炼，浇注制备成V-4Cr-4Ti合金锭；

2.制备封装合金锭的不锈钢包套，把合金锭放入包套内，抽真空至3～5×10^-2Pa，然后以3～5℃/min的速度升温至800～850℃，保温时间1～3h；保温结束后，将包套封口焊接，以便对其在热加工变形中进行防氧化保护；

3.将包套真空封装后的合金升温至1150～1200℃后保温，然后进行模锻，控制每道次模锻变形量不高于15%；经每道次模锻后的合金，去除包套后，切除微裂纹等缺陷部位，再将合金锭加工成规则的形状，再次包套封装；重复3～5道模锻，至变形量达到50%；

4.将包套真空封装后的钒合金升温至900～1050℃后保温30～60min；然后进行热轧，控制每道次热轧变形量不高于15%；经包套热轧后的合金，去除包套后，切除微裂纹等缺陷部位，再将合金锭加工成规则的形状，再次包套封装；重复3～5次热轧，至总变形量50～70%，并控制合金板材厚度在4.8-5.2mm；

5.在室温空气气氛条件下，将合金冷轧，控制冷加工变形量到85～95%；

6.将合金在1100℃、真空度小于4×10^-6torr的气氛条件下，进行一小时的固溶热处理，随炉冷却至室温；

7.将合金进行时效处理和冷加工处理，分别处理1-2次，先后顺序没有限制；其中时效处理的工艺参数是：600℃、20h，真空度小于4×10^-6torr；冷加工处理的工艺参数是：控制每次冷加工变形量在10～20%；

8.将经过时效和冷加工处理的合金进行清洗，最终得到强化后的V-4Cr-4Ti合金。

进一步的，如上所述的一种强化V-4Cr-4Ti合金的方法，步骤1中，V-4Cr-4Ti合金锭中，C、N、O杂质总含量400-800wppm。

进一步的，如上所述的一种强化V-4Cr-4Ti合金的方法，步骤2中，不锈钢包套采用型号为1Cr8Ni9Ti的不锈钢，包套厚度1mm。

进一步的，如上所述的一种强化V-4Cr-4Ti合金的方法，步骤3中，保温时间按合金锭直径计算，合金锭直径厚度每毫米对应需要保温时间1～1.5min；模锻采用压力为1～3T的空气锤进行。