本申請(qǐng)涉及金屬材料制備領(lǐng)域，具體地，涉及低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法、表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼。

背景技術(shù)：

1、可控核聚變能作為一種清潔能源是解決未來能源短缺問題和實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最重要途徑之一，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段。利用核聚變獲得聚變能，即兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核并釋放能量，例如：氘氚聚變。相對(duì)于核裂變所需的鈾-235資源，核聚變反應(yīng)涉及的氫同位素氘，可以從水中提取，1l水中約含有30mg氘，地球海水中含有45萬億噸氘，資源總量巨大。因此開發(fā)核聚變能源是解決人類能源問題的重要手段之一。

2、低活化鐵素體/馬氏體鋼(rafm,?reduced?activation?ferritic/martensiticsteels)是核聚變反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料之一，核聚變反應(yīng)堆的候選結(jié)構(gòu)材料須在非常惡劣的環(huán)境中安全服役。低活化鐵素體/馬氏體鋼具有較低的輻照腫脹和熱膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率，具有滿足未來聚變示范堆和聚變動(dòng)力堆的結(jié)構(gòu)材料要求的潛力。

3、低活化鐵素體/馬氏體鋼是核聚變反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料之一。核聚變反應(yīng)堆的環(huán)境溫度在550℃以上，在該條件下rafm鋼受到輻照誘導(dǎo)易發(fā)生硬化和脆化，造成長(zhǎng)期熱時(shí)效問題和蠕變強(qiáng)度降低，影響其材料性能。此外，rafm鋼在焊接加工過程中，焊接加工產(chǎn)生的焊接熱導(dǎo)致的材料性能下降問題，如焊前熱處理和輻照導(dǎo)致的受熱區(qū)域材料性能下降，也是rafm鋼應(yīng)用在可控核聚變技術(shù)領(lǐng)域面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如：國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（international?thermonuclear?experimental?reactor，iter）項(xiàng)目中的包層結(jié)構(gòu)材料主要采用rafm鋼，但如何對(duì)rafm鋼進(jìn)行異形件加工和焊接連接處理仍是有待解決的技術(shù)難點(diǎn)。

4、表面納米化技術(shù)可以使金屬表面生成幾十至幾百微米的納米晶層，從而大幅提升金屬的硬度和耐蝕性，并且不改變金屬基體成分與性能。采用表面納米化技術(shù)對(duì)rafm鋼進(jìn)行表面處理，可以在rafm鋼的表面制備表面納米晶層。但在核聚變反應(yīng)堆的工作環(huán)境下，持續(xù)高溫使得rafm鋼表面納米晶層中的晶粒不斷生長(zhǎng)，可導(dǎo)致材料的高溫機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性下降。為滿足在核聚變反應(yīng)堆中苛刻工作環(huán)境中安全服役的要求，還需對(duì)rafm鋼進(jìn)行更多研究和開發(fā)。

5、需要說明的是，上述的陳述僅用于提供與本申請(qǐng)有關(guān)的背景技術(shù)信息，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，包括：

2、s1：對(duì)低活化鐵素體/馬氏體鋼進(jìn)行第一表面納米化處理，以得到納米晶層；

3、s2：對(duì)所述納米晶層進(jìn)行熱時(shí)效處理；

4、s3：對(duì)所述納米晶層進(jìn)行第二表面納米化處理。

5、在一些實(shí)施例中，所述熱時(shí)效處理的溫度為730℃-800℃，所述熱時(shí)效處理的時(shí)間為90min-120min。由此，可優(yōu)化rafm鋼納米晶層中析出相的分布。

6、在一些實(shí)施例中，所述第一表面納米化處理包括表面自納米化處理，其中，所述表面自納米化處理包括表面機(jī)械處理。由此，可在rafm鋼表面制備納米晶層，并充分利用rafm鋼自身的材料優(yōu)點(diǎn)。

7、在一些實(shí)施例中，所述第二表面納米化處理包括表面自納米化處理，其中，所述表面自納米化處理包括表面機(jī)械處理。由此，可在材料表面制備納米晶層，并可控制納米晶層中晶粒細(xì)化。

8、在一些實(shí)施例中，所述表面機(jī)械處理包括表面機(jī)械研磨處理、表面機(jī)械碾磨處理、表面超聲滾壓處理、表面超聲噴丸處理、超音速微粒轟擊處理、激光沖擊強(qiáng)化處理中的至少一種。

9、在一些實(shí)施例中，所述表面超聲噴丸處理的時(shí)間為30s-90s，所述表面超聲噴丸處理的丸粒徑為2mm-4mm。由此，可控制納米晶層的厚度和晶粒的大小。

10、在一些實(shí)施例中，包括：在第一表面納米化處理前，對(duì)所述低活化鐵素體/馬氏體鋼進(jìn)行固溶處理。由此，可降低材料內(nèi)部應(yīng)力影響。

11、在一些實(shí)施例中，所述固溶處理的溫度為950℃-1150℃，所述固溶處理的時(shí)間為30min-120min。由此，有利于經(jīng)過表面處理的低活化鐵素體/馬氏體鋼具有更好的表面處理效果。

12、在本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼，包括：基體，所述基體包括低活化鐵素體/馬氏體鋼；納米晶層，所述納米晶層位于所述基體的表面，所述納米晶層的厚度為12μm-18μm。

13、在一些實(shí)施例中，所述納米晶層中，晶粒的dv50粒徑為6nm-20nm。所述晶粒的粒徑在前述范圍內(nèi)，晶?？山M織形成較為致密的納米晶層，具有較多的位錯(cuò)，可抑制疲勞裂紋的萌生。由此，具有所述納米晶層可提升所述表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼的疲勞壽命。

14、在一些實(shí)施例中，平均表面硬度為227?hv-259?hv。由此，所述表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。

15、本申請(qǐng)?zhí)岢龅募夹g(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

16、本申請(qǐng)?zhí)岢龅牡突罨F素體/馬氏體鋼表面處理的方法，通過第一表面納米化處理使得rafm鋼表面形成納米晶層，熱時(shí)效處理使得rafm鋼表面的納米晶層中晶界處產(chǎn)生析出相。晶界處析出相限制晶粒的進(jìn)一步生長(zhǎng)，再進(jìn)行第二表面納米化處理，可進(jìn)一步細(xì)化納米晶層中的晶粒，提高納米晶層的穩(wěn)定性，從而提升rafm鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性能。

17、本申請(qǐng)?zhí)岢龅谋砻娓男缘突罨F素體/馬氏體鋼，包括：基體，所述基體包括低活化鐵素體/馬氏體鋼；納米晶層，所述納米晶層位于所述基體的表面，所述納米晶層的厚度為12μm-18μm。所述基體包括低活化鐵素體/馬氏體鋼，經(jīng)過本申請(qǐng)?zhí)岢龅谋砻嫣幚淼姆椒ㄖ苽涞玫郊{米晶層，改善基體的表面性能，使之具有更好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，從而提升整體表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼的材料性能。

技術(shù)特征：

1.一種低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法，其特征在于，

8.一種表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法制備得到，所述低活化鐵素體/馬氏體鋼包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及金屬材料制備領(lǐng)域，公開了低活化鐵素體/馬氏體鋼表面處理的方法、表面改性低活化鐵素體/馬氏體鋼，包括：對(duì)低活化鐵素體/馬氏體鋼進(jìn)行第一表面納米化處理，以得到納米晶層；對(duì)所述納米晶層進(jìn)行熱時(shí)效處理；對(duì)所述納米晶層進(jìn)行第二表面納米化處理。由此，第一表面納米化處理使得低活化鐵素體/馬氏體鋼表面形成納米晶層，熱時(shí)效處理使得低活化鐵素體/馬氏體鋼表面的納米晶層中晶界處產(chǎn)生析出相。晶界處析出相限制晶粒的進(jìn)一步生長(zhǎng)，再進(jìn)行第二表面納米化處理，可進(jìn)一步細(xì)化納米晶層中的晶粒，提高納米晶層的穩(wěn)定性，從而提升低活化鐵素體/馬氏體鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性能。

技術(shù)研發(fā)人員：廖蓉國(guó),張桐,蔣新亭,岳冠驊,胡恩富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：聚變新能（安徽）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6