【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金领域，具体涉及到一种新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢及其制备方法。
技术介绍
1、目前的超临界二氧化碳布雷顿循环系统可选材料范围主要来源于超临界、超超临界火电及高温、高压化工设备材料，以铁素体/马氏体钢(f/m钢)、(超级)奥氏体不锈钢、镍基合金为主。现有的研究结果表明，f/m钢在超临界二氧化碳环境下腐蚀增重明显，氧化膜增厚。在相同的温度和压力环境条件下，奥氏体不锈钢和镍基合金的腐蚀速率远低于f/m钢，在超临界二氧化碳长期腐蚀下，高ni、高cr的奥氏体不锈钢和镍基合金表面形成的富cr氧化膜会剥落，不能保持长期稳定。而在铅铋环境中，f/m钢相比于奥氏体不锈钢具有较弱的耐氧化腐蚀能力；而对于奥氏体不锈钢和镍基合金，材料基体中的主要组成元素ni、cr等在铅铋中具有较高的溶解度，特别是ni元素在铅铋中发生选择性溶解，会造成基体中发生严重的铅铋渗透现象，使材料失效。专利cn113151747a公开的一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢在高温超临界介质中保持优异的热及化学稳定性，但该专利设计的ni含量(15-30％)较高，不具备在高温铅铋环境中耐长期氧化机制和溶解机制腐蚀。因此，针对铅铋反应堆/超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器目标长达20-30年的服役周期，目前没有能够胜任该条件的候选材料。
2、除此之外，奥氏体不锈钢在高温腐蚀环境中往往会发生严重的晶界优先氧化现象。作为材料应力腐蚀开裂过程中的关键前兆，该现象普遍在裂纹尖端处出现，诱导元素扩散和晶界迁移，使应力腐蚀开裂加剧。已有大量研究表明，(15-18)c
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
3、因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢。
4、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢，其特征在于：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢含有镍、铬、铝、锰、硅、铌、钇、碳和铁；
5、其中，以原料质量百分比计，所述镍的质量分数为12～20％、铬的质量分数为10～20％、铝的质量分数为1.5～4.5％、锰的质量分数为1～4％、硅的质量分数为0.5～1％、铌的质量分数为0.5～1％、钇的质量分数为0～0.1％、碳的质量分数为0.02～0.1％，余量为fe。
6、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述以原料质量百分比计，镍质量分数为18％、铬质量分数为14％、铝质量分数为3.5％、锰质量分数为2％、硅质量分数为0.6％、铌质量分数为0.6％、钇质量分数为0.08％、碳质量分数为0.04％，余量为fe。
7、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢还具有如下特性：
8、(i)在650℃高温铅铋中500小时氧化膜增厚小于6.5μm；
9、(ii)在650℃超临界二氧化碳中500小时氧化增重小于150mg/dm2；
10、(iii)在650℃超临界二氧化碳中500小时未发生明显的晶界优先氧化现象。
11、(iv)在650℃饱和氧浓度铅铋共晶合金中500小时未发生明显的晶界优先氧化现象。
12、本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢的制备方法
13、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述用真空感应炉将纯金属原料fe、cr、ni、mo、nb、y按设计成分充分混合后放置在坩埚内抽真空送电熔炼；熔炼期间依靠较高的真空环境和低熔化速率增强碳脱氧、氮效率，钢液化清后加入余量c、al充分融化后精炼；
14、精炼后向感应炉中通入氩气，并加入si、mn，以进一步降低氧、硫含量，随后浇注成钢锭；
15、冶炼后的钢锭通过锻造成型，锻造结束后空冷得到不锈钢锻坯，打磨去除氧化皮；
16、将去除氧化皮的不锈钢锻坯进行热处理得到新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢。
17、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述锻造过程中钢锭放入加热炉，以120℃/h加热速度加热至1200℃，保温3-8小时，开始锻造，终锻温度不低于925℃，锻造后通过水冷或空冷获得不锈钢钢坯。
18、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述精炼条件为在1500℃保温不少于10分钟。
19、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述热处理条件为不锈钢锻坯在1100～1200℃固溶处理60-120分钟，水冷，随后在650-700℃进行100小时时效处理。
20、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述真空送电熔炼条件为1550～1800℃，送电功率5～40kw。
21、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述开锻温度不低于1150℃且不高于1245℃，终锻温度为900～1050℃。
22、本专利技术的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢在铅铋冷却快堆超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统换热器中的应用。
23、本专利技术有益效果：
24、(1)本专利技术针对铅铋冷却反应堆-超临界二氧化碳布雷顿循环换热系统的耐腐蚀服役材料需求，通过合理的成分设计，调整合金中各元素的含量及配比，辅以热处理等工艺获得新型含铝奥氏体不锈钢，该材料具有耐高温铅铋和超临界二氧化碳腐蚀的能力。
25、(2)本专利技术新型奥氏体不锈钢具有良好的高温耐腐蚀性能和耐优先晶间氧化腐蚀性能，在650℃高温铅铋中1000小时氧化膜增厚小于6.5μm，并未发生明显的优先晶间氧化腐蚀行为，在650℃超临界二氧化碳中1000小时氧化增重小于130mg/dm2。能够满足450-650℃铅铋共晶合金或450-650℃，20mpa超临界二氧化碳环境中材料耐腐蚀性能要求。
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1.一种耐铅铋/超临界二氧化碳均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢及其制备方法，其特征在于：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢含有镍、铬、铝、锰、硅、铌、钇、碳和铁；
2.如权利要求1所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢，其特征在于：所述以原料质量百分比计，镍质量分数为18％、铬质量分数为14％、铝质量分数为3.5％、锰质量分数为2％、硅质量分数为0.6％、铌质量分数为0.6％、钇质量分数为0.08％、碳质量分数为0.04％，余量为Fe。
3.如权利要求1或2所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢，其特征在于：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢还具有如下特性：
4.如权利要求1～3任一项所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：利用真空感应炉将纯金属原料Fe、Cr、Ni、Mo、Nb、Y按设计成分充分混合后放置在坩埚内抽真空送电熔炼；熔炼期间依靠较高的真空环境和低熔化速率增强碳脱氧、氮效率，钢液化清后加入余量C、Al充分融化后精炼；
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述锻造过程中钢锭
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述精炼条件为在1500℃保温不少于10分钟。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述热处理条件为不锈钢锻坯在1100～1200℃固溶处理60-120分钟，水冷，随后在650-700℃进行100小时时效处理。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述真空送电熔炼条件为1550～1800℃，送电功率5～40KW。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述开锻温度不低于1150℃且不高于1245℃，终锻温度为900～1050℃。
10.如权利要求1所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢在铅铋冷却快堆超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统换热器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种耐铅铋/超临界二氧化碳均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢及其制备方法，其特征在于：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢含有镍、铬、铝、锰、硅、铌、钇、碳和铁；
2.如权利要求1所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢，其特征在于：所述以原料质量百分比计，镍质量分数为18％、铬质量分数为14％、铝质量分数为3.5％、锰质量分数为2％、硅质量分数为0.6％、铌质量分数为0.6％、钇质量分数为0.08％、碳质量分数为0.04％，余量为fe。
3.如权利要求1或2所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢，其特征在于：所述新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢还具有如下特性：
4.如权利要求1～3任一项所述的新型耐均匀腐蚀及晶界氧化奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：利用真空感应炉将纯金属原料fe、cr、ni、mo、nb、y按设计成分充分混合后放置在坩埚内抽真空送电熔炼；熔炼期间依靠较高的真空环境和低熔化速率增强碳脱氧、氮效率，钢液化清后加入余量c、al充分融...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭相龙，陈建烨，周起印，高阳，张乐福，张根，黄彦平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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