[发明专利]一种适用于核电站屏蔽泵转子的马氏体不锈钢

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别是提供了一种适用于核电站屏蔽泵转子的马氏体不锈钢。

背景技术

核安全是核电产业健康快速发展的最重要基础。核电站的主要结构件基本上是由钢铁材料制造的。在压水堆核电站的一回路中，钢铁材料的用量达到80%以上。核电建设在选材决策上是趋于保守的，基本上选用相对成熟的有使用经验的钢铁材料技术。这里所说的钢铁材料技术至少应包含以下几层含义：

（1）材料的稳定的内控成分范围和生产方案；

（2）材料工业现场生产制造过程；

（3）材料服役过程性能演变评估。只有上述内容都成熟才可能说这个钢铁材料技术成熟了。钢铁材料技术是核电机组自主化设计和制造的前提，如果没有我国自己的钢铁材料技术，关键材料技术基本依靠进口解决，我国就难以实现百万千瓦核电机组技术自主化设计和制造。

冷却剂循环泵对保证堆芯热量的导出有重要作用，是核岛主回路中唯一转动的设备，属于核安全一级，被形象的称为反应堆的心脏。一旦出现问题，将影响冷却剂的流量，直接威胁核电站安全。我国的AP1000核电机组选用了单级屏蔽泵，主泵轴材料采用耐蚀不锈钢。

因此，有必要提供一种用于主泵轴的不锈钢材料，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是在ASTM403不锈钢的基础上，进行成分优化及性能改进，提出一种适用于核电站屏蔽泵转子的马氏体不锈钢，该材料经热处理后，抗拉强度≥540MPa、屈服强度R_P0.2≥345MPa、伸长率A≥22.0%、面缩率Z≥55.0%、冲击吸收功A_ku2≥78J，硬度≥HBW159，且满足下列磁性能要求：

表1转子磁性能要求

本发明所提出的高强度、高硬度不锈钢材料成分的设计基础是根据本发明的目的和在制备导弹弹射发射装置锁制钩时对所选材料的使用性能，并对现有技术中材料成分的设计不足所进行的研究工作。我们是通过对多组材料成分、性能的实验和系统分析研究后，针对材料中各元素的基本作用所进行成分的优化设计和合理调整。

因此，本发明的耐腐蚀、高强度、高硬度不锈的化学成分（Wt%）：C：0.06%～0.13%；Mn：0.25%～0.80%；Si：≤0.5；Cr：11.5%～13.0%；Ni：≤0.50%；Mo：0.20～0.60%；N：0.02%～0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质。

本材料的研发成功为转子用钢特别是AP1000主泵轴转子用钢提供了一种高塑韧性、高导磁性能的新型不锈钢材料。

综上所述，本发明提出的马氏体不锈钢，性能满足AP1000核电机组转子用钢的设计要求，经热处理后，抗拉强度≥540MPa、屈服强度R_P0.2≥345MPa、伸长率A≥22.0%、面缩率Z≥55.0%、冲击吸收功A_ku2≥78J，硬度≥HBW159，且满足相关导磁性能要求。

具体实施方式

本发明耐腐蚀、高强度、高硬度不锈钢材料的设计原理及依据如下：

本发明不锈钢材料中加入适量的碳，会对提高是马氏体时效不锈钢的综合性能起到非常重要的作用。因为该不锈钢的强度和硬度随着碳的含量的增加而增加，为实现超高强度的设计目的，碳含量在允许的范围尽量高。但是碳含量增加带来耐蚀性和韧性的显著降低，以及焊接困难等不利的影响，无法满足耐环境腐蚀和高韧性的设计要求。影响耐蚀性和韧性的主要原因是碳在含铬低的钢中会形成渗碳体的化合物（Fe，Cr）₃C，在含铬高时会形成（Fe，Cr）₇C或（Cr、Fe）₂₃C₆，碳的含量越高，钢中被消耗的铬就会越多，由于铬形成化合物析出，钢中固溶体的铬含量被降低，而铬是对材料耐蚀性贡献很大的元素，这样会影响钢的耐蚀性，同时形成的碳化物会使钢的韧性降低。为了获得高强度、高硬度、耐腐蚀良好等综合性能，一般马氏体铬镍不锈钢的碳含量不超过0.2%。因此本发明不锈钢材料成分中碳含量定在0.06%～0.13%。

锰元素在马氏体不锈钢中的作用除了可以脱氧外，还可以稳定奥氏体，改善钢的热塑性。在铬镍系不锈钢中，锰元素的含量一般不超过2%，正常生产中多控制在1.5%左右。因此本发明不锈钢材料成分中锰含量定在0.25%～0.80%。