[发明专利]一种耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，属于耐腐蚀合金材料领域。该不锈钢化学成分：C≤0.15％；Ni：7.0～11.0％；Cr：13.0～17.0％；Mn：0～2.0％；Si：1.0～4.0％；Nb≤1.0％；余Fe。本发明通过将液态铅铋溶解倾向高的Ni、Mn元素含量控制在一定水平以下，抑制溶解性腐蚀，同时借助Si元素的添加提高表面形成腐蚀层的致密性，以降低腐蚀层的生长速率，从而提高耐液态铅铋腐蚀性能。通过奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡设计以保证单一的奥氏体组织，同时借助Nb对C的稳定化以及弥散分布NbC对位错的钉轧，保证了良好的高温力学性能。

技术领域：

本发明涉及耐腐蚀合金材料技术领域，具体涉及一种耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术：

铅铋共晶(LBE)合金具有优异的中子学性能、化学惰性、热物理性能、抗辐照性能等优点，被视为四代铅冷快堆冷却剂、ADS系统散裂靶及冷却剂的首选材料。高温、流动的液态铅铋合金会对结构材料产生极强的腐蚀作用，从而对反应堆的安全运行造成危害。奥氏体不锈钢由于其优良的室温和中高温力学性能、耐腐蚀性能、成形性能以及焊接工艺性能，被视为四代快堆反应堆容器和堆内构件的结构材料。然而，奥氏体不锈钢在液态Pb-Bi合金中服役会发生显著的溶解性腐蚀，限制了其在液态铅铋环境中的使用。这主要是由于Ni元素在液态Pb-Bi中的溶解度高，其溶解度比Fe、Cr等高3个数量级以上。Ni的溶解性腐蚀不仅会造成奥氏体基体力学性能的退化，而且由此引起的表面腐蚀层的破损或剥落从而阻塞流道。因此，基于奥氏体不锈钢的化学成分与微观组织控制以提高耐铅铋腐蚀性能是亟待解决的问题。

发明内容：

针对液态铅铋环境用奥氏体不锈钢的需求，本发明的目的是提供一种耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，在提高耐液态铅铋腐蚀性能的同时，具有良好的高温力学性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢，按重量百分比计，其化学成分如下：

C≤0.15％；Ni：7.0～11.0％；Cr：13.0～17.0％；Mn：0～2.0％；Si：1.0～4.0％；Nb≤1.0％；Fe及不可避免的残余元素为余量。

按重量百分比计，该合金优选的化学成分如下：

C：0.08～0.12％；Ni：8.0～10.0％；Cr：14.0～16.0％；Mn：0.4～0.8％；Si：2.2～3.0％；Nb：0.7～1.0％；；Fe及不可避免的残余元素为余量。

所述不可避免的残余元素包括：S含量控制在≤0.015wt.％，P含量控制在≤0.02wt.％。

根据公式(1)控制该不锈钢中铁素体/奥氏体稳定元素含量的平衡，公式(1)中的元素符号表示该元素的重量百分比；

该不锈钢按重量百分比计的化学成分中，Nb/C≥8。

所述耐液态铅铋腐蚀的高强度奥氏体不锈钢的制备方法为：首先按照合金成分配比称取原材料进行熔炼，并浇铸成铸锭；然后将铸锭进行锻造和轧制；最后将轧制后的板材进行热处理。

所述的熔炼方法为：电炉冶炼，或其他相当或更好的冶炼方法。

所述的锻造工艺为：铸锭在1100～1250℃保温1h以上进行开坯锻造，终锻温度在900℃以上。

所述的轧制工艺为：锻坯在1100～1250℃保温1h以上进行轧制，终锻温度在900℃以上，轧制变形量应控制在60％以上。

所述的热处理制度如下：

(1)在1050～1150℃进行固溶处理，保温30～60min后水冷至室温；