本發(fā)明涉及核聚變堆中低活化鐵素體/馬氏體鋼部件的制造工藝，尤其涉及一種增材制造rafm鋼的熱處理工藝。

背景技術(shù)：

1、低活化鐵素體/馬氏體鋼(rafm鋼)因其高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)和輻照活化以及優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，已成為國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆(iter)和未來(lái)熱核示范聚變堆中最具前景的候選結(jié)構(gòu)材料，第一壁(fw)作為直接面向等離子體的部件，承載著長(zhǎng)期的老化效應(yīng)，如中子輻照、高熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷、氚增殖劑腐蝕等，應(yīng)用于第一壁的rafm鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)滿足相當(dāng)嚴(yán)峻的環(huán)境要求。

2、fw結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)受復(fù)雜的幾何形狀限制，其加工制造具有非常大的挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的制造方法主要包括折彎、銑槽、熱等靜壓(hip)、熔焊、機(jī)械加工和熱處理等多個(gè)步驟，制造周期長(zhǎng)，加工精度較低。增材制造(am)技術(shù)因其在制造復(fù)雜三維形狀結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)，受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注?；诜勰┐踩廴诘倪x區(qū)激光熔化(slm)與傳統(tǒng)工藝相比具有材料利用率高、生產(chǎn)周期短、成型精度高、表面質(zhì)量良好和力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。

3、slm成形后的試樣因受到熱量累積的影響，成形后內(nèi)部具有較大的熱應(yīng)力，整體來(lái)說(shuō)材料具有高強(qiáng)高脆性，因此需要進(jìn)行熱處理來(lái)調(diào)控微觀組織與力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供了一種增材制造rafm鋼的熱處理工藝。本發(fā)明通過(guò)激光選區(qū)熔化快速熔化冷卻過(guò)程細(xì)化晶粒，并通過(guò)正火和回火熱處理提高了rafm鋼的綜合力學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明提供了一種增材制造rafm鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

4、（1）增材制造rafm鋼；

5、（2）將rafm鋼進(jìn)行正火熱處理，正火溫度為900-1060℃，保溫時(shí)間為30-60min，保溫后空冷至室溫；

6、（3）將經(jīng)步驟（2）處理后的rafm鋼進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為600-800℃，加熱速率為5-15℃/min，保溫時(shí)間為60-120min，保溫后空冷至室溫。

7、優(yōu)選地，所述步驟（1）中rafm鋼的制備方法包括以下步驟：

8、s1：通過(guò)真空感應(yīng)爐將rafm鋼原材料進(jìn)行熔化、精煉和脫氣，將熔融合金置入氣體霧化噴嘴系統(tǒng)，利用惰性氣流將合金液體霧化成小液滴，隨后進(jìn)行快速凝固，形成rafm鋼粉末；

9、s2：將rafm鋼粉末置于烘箱中進(jìn)行干燥，然后經(jīng)slm粉末床熔融成型制得rafm鋼。

10、優(yōu)選地，s1中，所述惰性氣流的速率為1000-1500?nm3/h。

11、優(yōu)選地，所述rafm鋼原材料包括以下質(zhì)量百分比的成分：

12、c：0.08-0.15%；cr：8.0-9.6%；mn：0.3-0.8%；w：1.0-2.5%；v：0.1-0.5%；ta：0.05-0.2%；其余為fe和雜質(zhì)元素。

13、優(yōu)選地，所述雜質(zhì)元素包括：al、si、ni、cu、p、s、co、nb、mo、ag、sn、as、sb、b、o、n；其中，al≤0.02%，si、ni、cu≤0.01%，p、s、co、nb、mo≤0.005%，ag、sn、as、sb、b≤0.001，o≤0.028%，n≤0.003%。

14、優(yōu)選地，s1中，所述rafm鋼原材料的粉末粒徑范圍為15-53μm，粒度分布為d10=20.0μm，d50=33.1μm，d90=54.2μm，平均粒徑為33.1μm，霍爾流速小于15?s/50g，松裝密度小于4?g/cm3，球形度大于90%。

15、優(yōu)選地，s2中，所述rafm鋼粉末的干燥溫度為100-120℃，保溫時(shí)間為2-5h。

16、優(yōu)選地，s2中，所述熔融成型的參數(shù)為：激光功率160-320?w，激光掃描速度600-1200?mm/s，掃描間距70-90?μm，層厚25-50?μm，預(yù)熱溫度80-120?℃，成型倉(cāng)中氧含量小于100ppm，氬氣純度為99.999%，冷卻時(shí)間為50-100s，掃描路徑設(shè)置為長(zhǎng)直線雙向掃描，層間偏轉(zhuǎn)角度90°。

17、優(yōu)選地，所述步驟（2）中正火溫度為940-1050℃，具體可為940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1020℃、1050℃。

18、優(yōu)選地，所述步驟（3）中回火溫度為650-740℃，具體可為650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃。

19、優(yōu)選地，所述步驟（3）中回火熱處理時(shí)的加熱速率為5℃/min、6℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min中的任意一者或兩者的范圍值。

20、本發(fā)明中，若加熱速率過(guò)快，導(dǎo)致rafm鋼的受熱不均勻；若加熱速率過(guò)小，熱處理效率低，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)粗化晶粒，影響rafm鋼的性能。因此，本發(fā)明通過(guò)控制回火時(shí)的加熱速率在上述范圍內(nèi)，有利于提高rafm鋼的綜合性能。

21、優(yōu)選地，所述步驟（3）中回火保溫時(shí)間為60-90min，具體可為60min、70min、80min、90min。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

23、本發(fā)明通過(guò)采用slm技術(shù)與熱處理工藝結(jié)合得到細(xì)晶粒高性能rafm鋼，利用激光快速熔化冷卻特性獲得細(xì)小的馬氏體組織，激光選區(qū)熔化的流程為三維建?！衅鷴呙杪窂揭?guī)劃→打印，通過(guò)控制激光掃描路徑將近二維平面疊加制造成三維結(jié)構(gòu)，無(wú)需模具且成本低、周期短、精度高，在制備復(fù)雜精密金屬結(jié)構(gòu)件上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，隨后通過(guò)熱處理工藝均勻化組織獲得更高的延展性，解決了大型金屬構(gòu)件鑄造過(guò)程中形成的疏孔疏松缺陷的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述步驟（1）中rafm鋼的制備方法包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述rafm鋼原材料包括以下質(zhì)量百分比的成分：

4.如權(quán)利要求3所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述雜質(zhì)元素包括：al、si、ni、cu、p、s、co、nb、mo、ag、sn、as、sb、b、o、n；其中，al≤0.02%，si、ni、cu≤0.01%，p、s、co、nb、mo≤0.005%，ag、sn、as、sb、b≤0.001，o≤0.028%，n≤0.003?%。

5.如權(quán)利要求2所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，s1中，所述rafm鋼原材料的粉末粒徑范圍為15-53μm，粒度分布為d10=20.0μm，d50=33.1μm，d90=54.2μm，平均粒徑為33.1μm，霍爾流速小于15?s/50g，松裝密度小于4?g/cm3，球形度大于90%。

6.如權(quán)利要求2所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，s2中，所述rafm鋼粉末的干燥溫度為100-120℃，保溫時(shí)間為2-5h。

7.如權(quán)利要求2所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，s2中，所述熔融成型的參數(shù)為：激光功率160-320?w，激光掃描速度600-1200?mm/s，掃描間距70-90?μm，層厚25-50?μm，預(yù)熱溫度80-120?℃，成型倉(cāng)中氧含量小于100ppm，氬氣純度為99.999%，冷卻時(shí)間為50-100s，掃描路徑設(shè)置為長(zhǎng)直線雙向掃描，層間偏轉(zhuǎn)角度90°。

8.如權(quán)利要求1所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述步驟（2）中正火溫度為940-1050℃。

9.如權(quán)利要求1所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述步驟（3）中回火溫度為650-740℃。

10.如權(quán)利要求1所述的增材制造rafm鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述步驟（3）中回火保溫時(shí)間為60-90min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增材制造RAFM鋼的熱處理工藝，涉及核聚變堆中低活化鐵素體/馬氏體鋼部件的制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。一種增材制造RAFM鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：（1）增材制造RAFM鋼；（2）將RAFM鋼進(jìn)行正火熱處理，正火溫度為900?1060℃，保溫時(shí)間為30?60min，保溫后空冷至室溫；（3）將經(jīng)步驟（2）處理后的RAFM鋼進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為600?800℃，加熱速率為5?15℃/min，保溫時(shí)間為60?120min，保溫后空冷至室溫。本發(fā)明通過(guò)激光選區(qū)熔化快速熔化冷卻過(guò)程細(xì)化晶粒，并通過(guò)熱處理提高了RAFM鋼的綜合力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：馬建國(guó),汪志勇,張虎,劉志宏,吳杰峰,付超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21