本發明涉及材料加工技術領域，是一種有效提高聚變堆用工業規模低活化馬氏體鋼板材的強度的加工方法。
背景技術：
核聚變能作為一種取之不盡的“清潔”能源，是當前國際上的研究熱點。包層作為聚變堆中重要的取能和產氚部件，其研制技術是聚變能發展的關鍵技術之一。在包層研發技術方面，結構材料是最基本的制約因素，主要原因是包層在聚變堆內的服役條件極為惡劣，要面臨高溫、高熱流密度、高能中子(14MeV)輻照、強電磁輻射、復雜機械載荷和液態金屬PbLi腐蝕等極端條件。聚變堆內這種極端的工況對結構材料的綜合性能要求十分苛刻。低活化鐵素體/馬氏體鋼(RAFM鋼)由于具有較好的耐熱性、導熱性、抗輻照腫脹和抗液態PbLi腐蝕等優點，因而被普遍認為是未來聚變示范堆和首座商用聚變核電站包層的首選結構材料。2002年中國科學院核能安全技術研究所開始研發中國抗輻照低活化鋼CLAM(China Low Activation Martensitic)鋼。到目前為止，CLAM鋼進行了100余爐次的冶煉，開展了純凈化冶煉工藝的探索，冶煉制備水平已達工業規模，材料的性能指標已滿足聚變堆550℃運行工況下的使用要求。提高未來聚變堆的運行溫度可有效提高聚變堆的發電效率，這需要進一步提高CLAM鋼的使用溫度。由于低活化馬氏體鋼在高溫運行時受到高溫軟化和蠕變的限制，使得上限運行溫度要求不得超過550℃，限制了聚變堆的發電效率。目前氧化物彌散強化技術是提高低活化鋼使用溫度較有前景的途徑，但由于制備工藝和技術的限制，ODS低活化鋼目前還處于研發階段，單批次產量小，批次間穩定性差、尺寸小，無法較快進入工業化應用階段。
技術實現要素：
本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種改進低活化馬氏體鋼力學性能的熱機械處理方法，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，經鍛造、軋制后獲得板材的基礎上，通過二次高溫軋制后水冷與高溫回火相結合的形變熱處理提高CLAM鋼的性能。本發明的技術方案使低活化馬氏體鋼在保持良好韌性的同時顯著提高了其強度以及高溫性能，為提高其使用溫度提供一種有效的途徑。
本發明的技術方案如下：
一種改進低活化馬氏體鋼力學性能的熱機械處理方法，如圖1所示，板材的形變熱處理工藝如下：
(1)二次軋制工藝：由一種聚變堆用低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr8.5～9.5％，W 1.2～1.8％，V 0.15～0.25％，Ta 0.10～0.20％，Mn 0.40～0.50％，C 0.8～0.12％,其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后獲得的低活化馬氏體鋼板材，將鋼板在1100～1200℃保溫40～100min后進行二次軋制，軋制的變形量為50％～70％，終軋溫度≥1000℃，軋制后板材快速水冷至室溫。高溫軋制階段，材料變形的同時發生回復再結晶，細化晶粒改善組織，使材料具有高強度的同時保持良好的韌性。此軋制階段的溫度高于低活化馬氏體鋼奧氏體化溫度，軋制后迅速水冷，等同淬火工藝，得到馬氏體體組織，為回火工藝奠定基礎。
(2)回火工藝：將二次軋制后的板材在100min內加熱至740±20℃，根據材料厚度大小保溫60～100min后出爐空冷，即可獲得性能改進的板材。回火工藝大大減輕了原馬氏體基體由于過飽和引起的點陣畸變，彌散的析出第二相粒子，提高材料的韌性。
本發明與現有低活化馬氏體板材制備工藝相比的優點在于：
(1)通過增加二次軋制與回火工藝使低活化馬氏體鋼板材的晶粒細化，組織均勻。
(2)通過增加二次軋制與回火工藝使低活化馬氏體鋼板材達到更好的強度與韌性相配合的機械性能，顯著提高材料的強度。其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥650MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥200J。優于聚變堆的設計要求。
(3)通過二次軋制與回火工藝使低活化馬氏體鋼板材得到更優異的高溫性能。低活化馬氏體鋼板材650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
(4)相比于ODS技術，本發明操作方法簡單，工藝可重復性好，可實現工業化大規模生產。
附圖說明
圖1為本發明的工藝圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步的說明，但并不作為對本發明限制的依據：
實施例1
本發明一種改進低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr 9.0％，W 1.5％，V 0.20％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后得到厚度為100mm的鋼板。
(1)熱軋工藝：將已經過熱處理的CLAM鋼板材在1100～1200℃保溫90min后進行軋制，入爐溫度不超過600℃，變形量50％左右，終軋溫度≥1000℃。
(2)熱處理：軋制后板材快速水冷，而后進行740±20℃/100min回火處理，回火爐初始溫度不超過100℃，升溫速率不超過120℃/h，回火后直接出爐空冷即可獲得成品板材。
(3)將所得鋼板進行性能測試，得到其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥700MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥210J；650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
實施例2
改進低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr 8.8％，W 1.5％，V 0.18％，Ta 0.16％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后得到厚度為80mm的鋼板。
(1)熱軋工藝：將已經過熱處理的CLAM鋼板材在1100～1200℃保溫90min后進行軋制，入爐溫度不超過600℃，變形量60％左右，終軋溫度≥1000℃。
(2)熱處理：軋制后板材快速水冷，而后進行740±20℃/100min回火處理，回火爐初始溫度不超過100℃，升溫速率不超過120℃/h，回火后直接出爐空冷即可獲得成品板材。
(3)將所得鋼板進行性能測試，得到其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥690MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥210J；650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
實施例3
改進低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr 9.0％，W 1.4％，V 0.18％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后得到厚度為54mm的鋼板。
(1)熱軋工藝：將已經過熱處理的CLAM鋼板材在1100～1200℃保溫80min后進行軋制，入爐溫度不超過600℃，變形量60％左右，終軋溫度≥1000℃。
(2)熱處理：軋制后板材快速水冷，而后進行740±20℃/80min回火處理，回火爐初始溫度不超過100℃，升溫速率不超過120℃/h，回火后直接出爐空冷即可獲得成品板材。
(3)將所得鋼板進行性能測試，得到其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥660MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥210J；650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
實施例4
改進低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr 9.0％，W 1.5％，V 0.20％，Ta 0.14％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后得到厚度為36mm的鋼板。
(1)熱軋工藝：將已經過熱處理的CLAM鋼板材在1100～1200℃保溫80min后進行軋制，入爐溫度不超過600℃，變形量50％左右，終軋溫度≥1000℃。
(2)熱處理：軋制后板材快速水冷，而后進行740±20℃/80min回火處理，回火爐初始溫度不超過100℃，升溫速率不超過120℃/h，回火后直接出爐空冷即可獲得成品板材。
(3)將所得鋼板進行性能測試，得到其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥660MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥210J；650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
實施例5
改進低活化馬氏體鋼，其主要成分為Cr 8.8％，W 1.4％，V 0.20％，Ta 0.15％，Mn 0.45％，C 1.0％，其余為Fe元素。按此成分配比，在真空感應爐內對爐料進行熔煉，所得鑄錠經鍛造、軋制后得到厚度為28mm的鋼板
(1)熱軋工藝：將已經過熱處理的CLAM鋼板材在1100～1200℃保溫50min后進行軋制，入爐溫度不超過600℃，變形量60％左右，終軋溫度≥1000℃。
(2)熱處理：軋制后板材快速水冷，而后進行740±20℃/80min回火處理，回火爐初始溫度不超過100℃，升溫速率不超過120℃/h，回火后直接出爐空冷即可獲得成品板材。
(3)將所得鋼板進行性能測試，得到其室溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥660MPa，抗拉強度板Rm≥830MPa，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥70％；室溫橫向沖擊功和縱向沖擊功Akv≥210J；650℃時的高溫力學性能為：屈服強度Rp0.2≥330PMa，抗拉強度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％，均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。
通過本發明所述及的方法，低活化馬氏體鋼板的屈服強度由原來的530MPa增加到650MPa以上，抗拉強度由原來的660MPa提高到830MPa以上，同時可使韌性滿足聚變堆的使用要求。通過二次軋制后高溫回火的方式可將CLAM鋼板材的使用上限溫度由現在的550℃提高至650℃。各均滿足聚變堆的設計要求，也適合在裂變堆中的應用。