專利名稱：超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料及其制造工藝，具體是一種超臨界水冷核反應(yīng)堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料及其制造工藝。
背景技術(shù)：
超臨界水冷堆是第四代核反應(yīng)堆，具有熱效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、安全性好、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，其燃料包殼材料是超臨界水冷堆的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)注的超臨界水冷堆包殼材料主要分為鎳基合金和奧氏體不銹鋼兩大類。由于鎳基合金中鎳含量高而導(dǎo)致中子經(jīng)濟(jì)性不高，因此奧氏體不銹鋼成為燃料包殼侯選的熱門材料。然而，在超臨界水冷堆運(yùn)行工況下，要求燃料包殼的穩(wěn)態(tài)溫度為500 650°C，瞬態(tài)溫度為800°C，事故工況溫度要達(dá)到1000°C以上，而且包殼運(yùn)行在輻照環(huán)境下，不但需要其材料有良好的高溫耐腐蝕性能、力學(xué)性能，尤其對(duì)材料的抗輻照腫脹性能有更高的要求。而目前應(yīng)用成熟的奧氏體不銹鋼 如316Ti、310S、TP347HFG、HR3C，在超臨界工況下都存在著不同的問題，如316Ti擁有較好的高溫強(qiáng)度和抗輻照性能，但是高溫耐腐蝕性能不滿足要求；310S擁有較好的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，其抗輻照腫脹性能很差；TP347HFG擁有較好的高溫強(qiáng)度，但是高溫耐腐蝕性能不滿足要求，而且該材料的輻照性能未有相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；而HR3C也擁有較好的高溫強(qiáng)度，但是輻照性能未知。目前這些成熟的奧氏體不銹鋼，不能完全滿足第四代核反應(yīng)堆超臨界工況環(huán)境條件的要求，因而開發(fā)一種能滿足超臨界工況要求的新的奧氏體不銹鋼包殼材料勢(shì)在必行。經(jīng)檢索，未見能滿足超臨界工況要求的新的奧氏體不銹鋼包殼材料和具體制備工藝的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于為超臨界水冷核反應(yīng)堆燃料包殼材料，提供一種能滿足超臨界工況要求，具有耐高溫、耐蝕性及抗輻照腫脹綜合性能優(yōu)異的奧氏體不銹鋼新材料及其制
造工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料，其合金組成包含以下按重量百分比計(jì)量的合金元素
Si 0. I I. 5% ;
Mn 0. I 2. 0% ;
Ti 0. 03 1% ;
Nb 或 Zr : 0. 01 1% ;
Y0.01 0.5%，
Cr 15 35% ；Ni 12. O 35% ；
余量為Fe。制造所述超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料，釆用以下工藝步驟 步驟一配料
按照上述奧氏體不銹鋼新材料合金組成元素配料，并補(bǔ)加該新材料合金重量0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將坩堝和鑄造模具放置在高溫干燥箱內(nèi)加熱至200°C 1200°C，保溫Ih 10h，進(jìn)行除 氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
將除氣后的坩堝和鑄造模具從高溫干燥箱中取出，先將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝中，打開真空感應(yīng)爐爐門，依次將鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y和0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca，依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時(shí)送電熔煉坩堝中的FeXr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C 1600°C，初始功率為5 KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其它未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y配料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將加料器中的脫氧劑Ca放入熔池中對(duì)合金熔液進(jìn)行脫氧，在1450°C 1650°C溫度時(shí)，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；
步驟四電弧熔煉
將出爐的鑄錠切除冒口，在950°C 1150°C將其鍛造成0 50mnT60mm的圓棒，打磨光潔制成自耗電極；將其通過氬弧焊焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達(dá)l(T2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于I. OPa/min時(shí)開始通電起弧，在電壓20疒35V，電流為1200A 2000A下熔化自耗電極，使其合金熔液進(jìn)入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)進(jìn)行熔煉，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐。步驟五鍛造
在1000°C 1150°C溫度下對(duì)出爐的合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為I. 5飛.0 ；
步驟六熱軋
在950°C 1100°C溫度下將鍛造的合金錠進(jìn)行熱軋，軋制變形量為209^80%，鍛造的合金錠被軋制成板材；
步驟七熱處理
將軋制成的合金板材放入真空熱處理爐中，將其加熱到950°C 1150°C，再保溫5min 60min,然后空冷退火；
步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，冷軋量為59^20%，然后置于真空熱處理爐中進(jìn)行真空退火，退火溫度為850°C 1050°C，退火時(shí)間為20mirT60min ；
步驟九重復(fù)步驟八的冷軋和真空退火工藝過程2飛次。本發(fā)明向奧氏體不銹鋼中添加微量的Ti、Nb或Zr、Y，通過細(xì)化晶粒、形成在晶體內(nèi)或晶界的碳化物釘扎，在提高合金力學(xué)性能和腐蝕性能的同時(shí)大大提高合金的抗輻照腫脹性能，從而使改性后的合金材料滿足超臨界工況對(duì)包殼材料的綜合需求。對(duì)于步驟一合金的配料中添加Ti，一方面使奧氏體不銹鋼晶粒細(xì)化，而細(xì)晶界可以增加吸收輻照產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷的尾閭，不但可以抑制空位的聚集，同時(shí)可以改善輻照產(chǎn)生的缺陷，從而改善合金的輻照脆化。另一方面Ti在結(jié)晶時(shí)與C形成碳化物在晶體內(nèi)或晶界的釘扎，抑制空洞的長(zhǎng)大和聚集，從而抑制輻照腫脹。再次，固溶在合金中的Ti隨著輻照作用的進(jìn)行，Ti與合金輻照產(chǎn)生的空位缺陷形成“Ti-空位”復(fù)合體，Ti-空位”復(fù)合體再捕獲Ti形成Ti沉淀物，從而占據(jù)空位缺陷，阻止空位長(zhǎng)大，抑制輻照腫脹。但是，Ti加入量應(yīng)嚴(yán)格的控制，過量Ti的加入不但會(huì)在晶界析出大量Ti的析出物，如TiN等大尺寸顆粒，引起合金的硬化和脆化，同時(shí)過量的Ti的加入會(huì)使合金表面質(zhì)量差。 對(duì)于步驟一合金配料中添加Nb或者Zr，一方面在結(jié)晶時(shí)與C形成碳化物在晶內(nèi)或晶界的釘扎，抑制空洞的長(zhǎng)大和聚集，從而抑制輻照腫脹。另一方面使奧氏體不銹鋼晶粒細(xì)化，而細(xì)晶界可以增加吸收輻照產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷的尾閭，不但可以抑制空位的聚集，同時(shí)可以改善輻照產(chǎn)生的缺陷，從而改善合金的輻照脆化。但是，元素的加入量應(yīng)嚴(yán)格的控制，過量的加入會(huì)在晶界析出大量析出物，引起合金的硬化和脆化。
對(duì)于步驟一合金配料中添加Y，可以在合金結(jié)晶時(shí)形成較多結(jié)晶核，從而細(xì)化晶粒，而細(xì)晶界可以增加吸收輻照產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷的尾閭，不但可以抑制空位的聚集，同時(shí)可以改善輻照產(chǎn)生的缺陷，從而改善合金的輻照脆化。通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)合金中Ti、(Nb或Zr)、Y的添加量對(duì)合金的微觀組織(晶粒度、析出物分布等)、機(jī)械性能、抗輻照腫脹性能的影響進(jìn)行研究，最后確定Ti、(Nb或Zr)、Y合適的添加量為Ti 0. 03 1% ; (Nb 或 Zr) :0. 01 I % ;Y :0. 01 0. 5%。對(duì)于步驟二坩堝和模具除氣的主要目的是通過高溫加熱、保溫，使坩堝和模具中的水分、氣體等揮發(fā)，從而防止在真空感應(yīng)熔煉過程中合金增加N、0、H等雜質(zhì)。通過多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)坩堝、模具加熱至200°C 1200°C、保溫Ih IOh即可達(dá)到除氣目的。對(duì)于步驟三、步驟四真空感應(yīng)熔煉和真空自耗電弧熔煉的雙聯(lián)熔煉工藝設(shè)計(jì)，一方面通過真空感應(yīng)熔煉、澆注成型，通過電磁攪拌可以使合金的成分更加均勻，另一方面通過真空自耗電弧熔煉，可以去除合金的O、N、H等雜質(zhì)元素，使合金更加純凈。同時(shí)，為了防止合金中微量元素的大量揮發(fā)和燒損，將Si、Mn、Ti、(Nb或Zr)、Y和脫氧劑(Ca)放入真空感應(yīng)爐加料器中，待合金中形成熔池?zé)o其它未熔金屬后，再添加這些微量的元素，從而減少揮發(fā)和燒損。最后通過多次的實(shí)驗(yàn)摸索，獲得真空感應(yīng)熔煉和真空自耗電弧熔煉真空度、溫度、功率、電流、電壓等工藝參數(shù)。對(duì)于步驟五中合金的鍛造，一方面可以消除部分鑄造缺陷，另一方面可以打碎鑄造合金的大晶粒，由于本合金在700°C 900°C會(huì)析出大量的5脆性相，使合金的熱加工性能變差，所以鍛造溫度控制在900°C以上。通過實(shí)驗(yàn)摸索1000°C 1150°C對(duì)合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造控制在I. 5飛.0可以消除鑄造缺陷、細(xì)化晶粒。對(duì)于步驟六中合金的熱軋，同樣為了防止合金析出大量的5脆性相，軋制的溫度在900°C以上，通過實(shí)驗(yàn)摸索在950°C 1100°C進(jìn)行合金的熱軋?jiān)囼?yàn)，控制軋制變形量209^80%可以獲得良好的組織和性能。對(duì)于步驟七中合金的熱處理，將合金加熱至相轉(zhuǎn)變溫度以上然后保溫，使合金充分均勻化，然后空冷，獲得組織、成分比較均勻的合金，通過實(shí)驗(yàn)隨爐加熱到9500C 1150°C，保溫5min 60min，然后空冷可以獲得較好的組織和性能。對(duì)于步驟八細(xì)晶化處理，采用多道次小變形的冷軋加退火熱處理工藝，通過進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，冷軋量在5% 20%、退火溫度850°C 1050°C、退火時(shí)間20mirT60min，重復(fù)2至5次可以獲得細(xì)小的晶粒。本發(fā)明的效果在于采用本發(fā)明的制造工藝制造出的奧氏體不銹鋼新材料，能滿足超臨界水冷堆的超臨界工況對(duì)燃料包殼材料的高性能要求，體現(xiàn)在在700°C下其抗拉強(qiáng)度達(dá)到300MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到110 MPa，在650°C溫度下、IOOOh的超臨界水中，其抗腐蝕性能好，晶粒細(xì)小、晶內(nèi)釘扎有微小的碳化物顆粒，可以有效的抑制輻照產(chǎn)生的空洞的遷移和聚集，從而抑制輻照腫脹。因而具備了耐高溫、耐蝕性及抗輻照腫脹的優(yōu)異綜合性能，為超臨界水冷堆堆芯的安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料，其合金組成包含以下按重量百分比計(jì)量的合金元素
Si :0. I I. 5 % ；Mn :0. I 2 % ；Ti :0. 03 I % ;Nb 或 Zr :0. 01 I % ;Y :0. 01 0. 5%, Cr 15 35% ；Ni :12 35% ;余量為 Fe。本發(fā)明的制造工藝是在奧氏體不銹鋼中添加微量合金元素Ti、Nb或Zr、Y，使之在晶內(nèi)或晶界形成碳化物釘扎，通過熔煉、鑄造、鍛造、熱處理、軋制、細(xì)晶化處理，制造出滿足超臨界水冷堆工況要求的燃料包殼奧氏體不銹鋼新材料。制造工藝包括如下具體步驟
步驟一配料
按照上述奧氏體不銹鋼新材料合金的組成元素配料，并補(bǔ)加該新材料合金重量0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將坩堝和鑄造用模具放置在真空高溫干燥箱內(nèi)加熱至200°C 1200°C，保溫Ih 10h，進(jìn)行除氣；
步驟三真空感應(yīng)熔煉
將除氣后的坩堝和鑄造模具從高溫干燥箱中取出，先將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝中，打開真空感應(yīng)爐爐門，依次將鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y和0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca，依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時(shí)送電熔煉坩堝中的FeXr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C 1600°C，初始功率為5 KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其它未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y配料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將加料器中的脫氧劑Ca放入熔池中對(duì)合金熔液進(jìn)行脫氧，在1450°C 1650°C溫度時(shí)，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；
步驟四電弧熔煉
將出爐的鑄錠切除冒口，在950°C 1150°C將其鍛造成0 50mnT60mm的圓棒，打磨光潔制成自耗電極；將制成的自耗電極通過氬弧焊焊接在IOKg真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達(dá)10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于l.OPa/min時(shí)開始通電起弧，在電壓20疒35V，電流為1200A 2000A下熔化自耗電極，使其合金熔液進(jìn)入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)進(jìn)行熔煉，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐；
步驟五鍛造
在1000°C 1150°C溫度下對(duì)出爐的合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為I. 5飛.0 ；
步驟六熱軋
在950°C 1100°C溫度下將鍛造的合金錠進(jìn)行熱軋，軋制變形量為209^80%，鍛造 的合金錠被軋制成板材；
步驟七熱處理
將軋制成的合金板材放入真空熱處理爐中，將其加熱到950°C 1150°C，再保溫5min 60min,然后空冷退火；
步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，冷軋量為59^20%，然后置于真空熱處理爐中進(jìn)行真空退火，退火溫度為850°C 1050°C，退火時(shí)間為20mirT60min ；
步驟九重復(fù)步驟八的冷軋和真空退火工藝過程2飛次。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制造工藝作進(jìn)一步描述
實(shí)施例一 步驟一配料
制造本例的奧氏體不銹鋼新材料，使用的配料為Si 1.5%,Mn 2.0%,Ti 0.8%,Nb 0.6%，Y :0. 01%，Cr 26%,Ni :22%，余量為高純鐵Fe ;另加該新材料合金重量0. 05%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將鎂砂坩堝和薄壁45#鋼模放置在真空高溫干燥箱內(nèi)，加熱至200°C，保溫IOh進(jìn)行除
氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
將除氣后的鎂砂坩堝和薄壁45#鋼鑄造模具從高溫干燥箱中取出，先將配料Fe、Cr和Ni放入鎂砂坩堝中，打開真空感應(yīng)爐爐門，依次將所述鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Si、Mn、Ti、Nb、Y和0. 05%的脫氧劑Ca，依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至10_2Pa時(shí)送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1500°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其它未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Si、Mn、Ti、Nb、Y配料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將加料器中的脫氧劑Ca放入熔池中對(duì)合金熔液進(jìn)行脫氧，在1550 0C溫度時(shí)，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；
步驟四電弧熔煉
將出爐的鑄錠切除冒口，在1050 V將其鍛造成O 50mm的圓棒，打磨光潔制成自耗電極；將制成的自耗電極通過氬弧焊焊接在IOKg真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達(dá)10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于I. OPa/min時(shí)開始通電起弧，在電壓25V，電流為1600A下熔化自耗電極，使其合金熔液進(jìn)入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)進(jìn)行熔煉，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐；
步驟五鍛造
在1050°C溫度下對(duì)出爐的合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為3. O ；
步驟六熱軋
在1000°C溫度下將鍛造的合金錠進(jìn)行熱軋，軋制變形量為40%，鍛造的合金錠被軋制成板材；
步驟七熱處理
將軋制成的合金板材放入真空熱處理爐中，將其加熱到1050°C，再保溫lOmin，然后空 冷退火；
步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，冷軋量為5%，然后置于真空熱處理爐中進(jìn)行真空退火，退火溫度為950°C，退火時(shí)間為20min ；
步驟九重復(fù)步驟八的冷軋和真空退火工藝過程5次。實(shí)施例二
步驟一配料
合金配料為Si 0. 1%，Mn :0. 1%，Ti :0. 03%, Nb :1. 0%, Y 0. 5%, Cr 35%, Ni :35%，余
量為高純鐵Fe ;另加該新材料合金重量0. 07%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將鎂砂坩堝和薄壁45#鋼模放置在真空高溫干燥箱內(nèi)加熱至1200°C，保溫Ih進(jìn)行除
氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
熔煉溫度為1600°C，澆注溫度為1650°C，其余同實(shí)施例一；
步驟四電弧熔煉
工藝過程同實(shí)旋例一，區(qū)別是在通電起弧后于電壓35V，電流2000A下進(jìn)行熔煉制備合
金徒;
步驟五鍛造
在1150°C溫度下對(duì)合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為I. 5 ;
步驟六熱軋
在1100°C溫度下將鍛造的合金錠進(jìn)行熱軋，軋制變形量為20%，鍛造的合金錠被軋制成板材；
步驟七熱處理
將軋制成的合金板材放入真空熱處理爐中，將其加熱到1150°C，再保溫60min，然后空冷退火；
步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，冷軋量為10%，然后置于真空熱處理爐中進(jìn)行真空退火，退火溫度為1050°C，退火時(shí)間為60min ；
步驟九重復(fù)步驟八的冷軋和真空退火工藝過程3次。實(shí)施例三步驟一配料
合金配料為Si 0. 5%, Mn 0. 6%, Ti 1. 0%, Nb :0. 01%, Y :0. 08%, Cr :30%，Ni 12%,
余量為高純鐵Fe ;另加該新材料合金重量0. 08%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將鎂砂坩堝和薄壁45#鋼模放置在真空高溫干燥箱內(nèi)加熱至1000°C，保溫2h進(jìn)行除
氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
熔煉溫度為1400°C，澆注溫度為1450°C，其余同實(shí)施例一； 步驟四電弧熔煉
將鑄錠切除冒口，在950°C鍛造成O50mm的圓棒，打磨光潔后制成自耗電極；將制成的電極通過氬弧焊焊接在IOKg真空自耗電弧爐輔助電極上，采用OlOOmm的坩堝，抽真空至10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于I. OPa/min開始通電起弧，在電壓20V，電流1200A進(jìn)行熔煉，制備合金錠，待坩堝冷卻后將合金錠出爐；
步驟五鍛造
在1000°C對(duì)合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為2. 0 ；
步驟六熱軋
在950°C進(jìn)行合金的熱軋?jiān)囼?yàn)，軋制變形量為30%，將鍛造的合金錠軋成板材；
步驟七熱處理
將合金板材放入真空熱處理爐中，隨爐加熱到950°C，保溫40min，然后空冷退火； 步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，每次冷軋量為8%，然后進(jìn)行真空退火，退火溫度為850°C，退火時(shí)間為50min ;重復(fù)冷軋和真空退火工藝過程4次。實(shí)施例四
步驟一配料
合金配料為Si 0. 8%, Mn 1. 0%, Ti :0. 4%, Nb :0. 1%，Y :0. 2%, Cr 20%, Ni 18%,
余量為高純鐵Fe ;另加該新材料合金重量0. 09%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將鎂砂坩堝和薄壁45#鋼模放置在真空高溫干燥箱內(nèi)加熱至800°C，保溫4h進(jìn)行除
氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
熔煉溫度為1450°C，澆注溫度為1500°C，其余同實(shí)施例一；
步驟四電弧熔煉
將鑄錠切除冒口，在1000°C鍛造成O55mm的圓棒，打磨光潔后制成自耗電極。將制成的電極通過氬弧焊焊接在IOKg真空自耗電弧爐輔助電極上，采用OlOOmm的坩堝，抽真空至10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于I. OPa/min時(shí)開始通電起弧，在電壓30V，電流1400A進(jìn)行熔煉，制備合金錠，待坩堝冷卻后將合金錠出爐；
步驟五鍛造
在1000°C對(duì)合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為4. 0 ；
步驟六熱軋?jiān)?80°C進(jìn)行合金的熱軋?jiān)囼?yàn)，軋制變形量為50%，將鍛造的合金錠軋成板材；
步驟七熱處理
將合金板材放入真空熱處理爐中，隨爐加熱到980°C，保溫20min，然后空冷退火； 步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，每次冷軋量為15%，然后進(jìn)行真空退火，退火溫度為900°C，退火時(shí)間為40min ;重復(fù)冷軋和退火工藝過程3次。 實(shí)施例五 步驟一配料 合金配料為Si 1. 2%, Mn 1. 6%, Ti :0. 1%，Zr 0. 2%, Y 0. 4%, Cr :15%，Ni :28%，余
量為高純鐵Fe ;另加該新材料合金重量O. 1%的脫氧劑Ca ；
步驟二坩堝和模具除氣
將鎂砂坩堝和薄壁45#鋼模放置在真空高溫干燥箱內(nèi)加熱至500°C，保溫6h進(jìn)行除
氣;
步驟三真空感應(yīng)熔煉
熔煉溫度為1550°C，澆注溫度為1600°C，其余同實(shí)施例一；
步驟四電弧熔煉
將鑄錠切除冒口，在1100°C鍛造成Φ55πιπι的圓棒，打磨光潔后制成自耗電極，將制成的電極通過氬弧焊焊接在IOKg真空自耗電弧爐輔助電極上，采用Φ IOOmm的坩堝，抽真空至10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于I. OPa/min開始通電起弧，在電壓30V，電流1800A進(jìn)行熔煉，制備合金錠，待坩堝冷卻后將合金錠出爐；
步驟五鍛造
在1100°C對(duì)合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為6. O ；
步驟六熱軋
在1000°C進(jìn)行合金的熱軋，軋制變形量為80%，將鍛造的合金錠軋成板材；
步驟七熱處理
將合金板材放入真空熱處理爐中，隨爐加熱到1050°C，保溫5min，然后空冷退火； 步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理
對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，每次冷軋量為20%，然后進(jìn)行真空退火，退火溫度為1000°C，退火時(shí)間為30min ;重復(fù)冷軋和退火工藝過程2次。
權(quán)利要求
1.一種超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料，其合金組成包含以下按重量百分比計(jì)量的合金元素 Si 0. I I. 5% ; Mn 0. I 2. 0% ; Ti 0. 03 1% ;Nb 或 Zr :0. 01 1% ; Y0.01 0.5%， Cr 15 35% ； Ni 12. 0 35% ； 余量為Fe。
2.制造權(quán)利要求I所述超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料，釆用以下工藝步驟 步驟一配料 按照權(quán)利要求I所述奧氏體不銹鋼新材料合金組成元素配料，并補(bǔ)加該新材料合金重量0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca ； 步驟二坩堝和模具除氣 將坩堝和鑄造模具放置在高溫干燥箱內(nèi)加熱至200°C 1200°C，保溫Ih 10h，進(jìn)行除氣; 步驟三真空感應(yīng)熔煉 將除氣后的坩堝和鑄造模具從高溫干燥箱中取出，先將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝中，打開真空感應(yīng)爐爐門，依次將鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y和0. 05% 0. 1%的脫氧劑Ca，依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時(shí)，送電熔煉坩堝中的FeXr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C 1600°C，初始功率為5 KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其它未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Si、Mn、Ti、Nb或Zr、Y配料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將加料器中的脫氧劑Ca放入熔池中對(duì)合金熔液進(jìn)行脫氧，在1450°C 1650°C溫度時(shí)，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐； 步驟四電弧熔煉 將出爐的鑄錠切除冒口，在950°C 1150°C將其鍛造成050mnT60mm的圓棒，打磨光潔制成自耗電極；將其焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達(dá)10_2Pa，然后測(cè)漏，確保電弧爐漏率低于l.OPa/min時(shí)開始通電起弧，在電壓20疒35V，電流為1200A 2000A下熔化自耗電極，使其合金熔液進(jìn)入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)進(jìn)行熔煉，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐； 步驟五鍛造 在1000°C 1150°C溫度下對(duì)出爐的合金錠進(jìn)行鍛造，鍛造比為I. 5飛.0 ； 步驟六熱軋 在950°C 1100°C溫度下將鍛造的合金錠進(jìn)行熱軋，軋制變形量為209^80%，鍛造的合金錠被軋制成板材；步驟七熱處理 將軋制成的合金板材放入真空熱處理爐中，將其加熱到950°C 1150°C，再保溫5min 60min,然后空冷退火； 步驟八冷軋與真空退火細(xì)晶化處理 對(duì)退火后的合金板材進(jìn)行冷軋，冷軋量為59^20%，然后置于真空熱處理爐中進(jìn)行真空退火，退火溫度為850°C 1050°C，退火時(shí)間為20mirT60min ； 步驟九重復(fù)步驟八所述冷軋和真空退火工藝過程2飛次。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超臨界水冷堆中燃料包殼的奧氏體不銹鋼新材料及制造工藝。這種奧氏體不銹鋼新材料是在傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼中添加微量合金元素Ti(0.03～1％)、Nb或Zr(0.01～1％)、Y(0.01～0.5％)，經(jīng)合金熔煉、鑄造、鍛造、熱處理、軋制、細(xì)晶化處理工藝制造的。這種奧氏體不銹鋼新材料在700℃下抗拉強(qiáng)度達(dá)到300MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到110MPa，在提高合金力學(xué)性能和腐蝕性能的同時(shí)大大提高合金的抗輻照腫脹性能，具有耐高溫、耐腐蝕和抗輻照腫脹的優(yōu)異性能，解決了笫四代超臨界水冷堆中奧氏體不銹鋼燃料包殼必須滿足超臨界工況要求的技術(shù)關(guān)鍵，為超臨界水冷堆堆芯的安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102808138SQ20111014362
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者潘錢付, 唐睿, 劉超紅, 蔣明忠, 易偉, 熊茹, 王錄全, 劉睿睿 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院