公开/公告号CN103160745A
专利类型发明专利
公开/公告日2013-06-19
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申请/专利权人 宝钢特种材料有限公司;
申请/专利号CN201310058779.8
申请日2013-02-25
分类号C22C38/32(20060101);C22C38/30(20060101);C22C38/26(20060101);C22C38/48(20060101);C22C38/52(20060101);C22C38/54(20060101);C22C38/60(20060101);C22C33/04(20060101);
代理机构31114 上海开祺知识产权代理有限公司;
代理人竺明
地址 200940 上海市宝山区水产路1269号
入库时间 2024-02-19 18:43:12
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-05-29
专利权的转移 IPC(主分类):C22C38/32 登记生效日:20200511 变更前: 变更后: 申请日:20130225
专利申请权、专利权的转移
2015-08-26
授权
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2014-03-12
实质审查的生效 IPC(主分类):C22C38/32 申请日:20130225
实质审查的生效
2013-11-27
专利申请权的转移 IPC(主分类):C22C38/32 变更前: 变更后: 登记生效日:20131106 申请日:20130225
专利申请权、专利权的转移
2013-06-19
公开
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技术领域
本发明涉及核聚变堆用马氏体型耐热钢，尤其涉及一种用于核聚变堆的大吨级高Ta低活化马氏体结构钢材料及其制造。
背景技术
核聚变能是一种几乎用之不竭的永久性“安全”和“清洁”能源，是世界能源的未来，核聚变堆包层特别是氚增殖包层技术是聚变堆最终走向商业应用必须发展的核心科学技术问题之一。其中聚变堆包层是聚变能实现应用的核心关键技术之一，对聚变能商用化的成败起着决定作用，其主要功能是实现能量转换、氚增殖及包容等离子体等。核聚变堆的辐照环境比核裂变的辐照环境更为苛刻，高通量的聚变中子对材料更是一个巨大的挑战，特别是对聚变堆包层结构材料的挑战，该问题成为聚变堆实现最终商业应用的“瓶颈”问题之一，是目前世界上核聚变研究的一个主要领域。
核聚变堆包层结构材料需要具有较低的辐照肿胀和热膨胀系数、较高的热导率等优良的热物理、机械性能，因此目前普遍认为低活化的马氏体型耐热钢(RAFM钢)是聚变堆的首选结构材料。世界各国均在发展和研究各自的RAFM钢，如日本的F82H和JLF21，欧洲的EUROF-ER97以及美国的9Cr22WVTa等，各材料成分如表1所示。
作为核聚变堆结构材料，除考量常规的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性、蠕变性能、疲劳性能等材料特性外，还需考虑辐照对机械性能的影响，主要是辐照脆化、辐照肿胀等特性的影响。辐照脆化特性一般用韧-脆转变温度(DBTT)的变化来表示，许多试验都表明：RAFM钢的DBTT变化与Cr、W、V、Ta、Mo、Nb和Ni等元素含量有关；辐照肿胀主要是由材料中(n，a)和(n，P)核反应生成的He、H和辐照缺陷积聚引起的，由于目前聚变仍处于研究阶段以及缺乏适当的聚变中子源，一般采用快中子堆、高注量率中子堆、加速器高加速器高能离子等辐照模拟方法和其他小型聚变中子源等手段进行探索和研究，其影响机理尚不太清楚。
目前，中国中科院等离子体物理研究所在与国内外10余家单位合作下，开展了中国低活化马氏体CLAM(China Low Activation Martensitic)钢的设计与研发工作。到目前为止，该CLAM钢进行了20余炉次的真空感应熔炼，开展了纯净化冶炼工艺探索，已经发展到数百公斤级的冶炼水平，主要设计成分含量基本达到了稳定可控水平，而且制造出了各种型材，但是冶炼公斤级别较低。国外，日本的F82H和欧洲的EUROF-ER97进行了吨级以上的熔炼，纯净化冶炼接近了低活化水平要求，并进行了较为全面的性能测试、加工技术研究以及辐照实验研究，但都未进行核聚变堆用高Ta低活化结构钢的大吨级工业化试制研究工作。
随着热核聚变技术的研究进展，核聚变试验包层模块(TBM)和试验堆的建设势在必行，迫切需求大吨级工业化的高Ta核聚变堆包层结构材料。
表1.几种典型的RAFM钢及其化学成分(单位：wt％)
发明内容
本发明的目的在于提供一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢及其制造方法，采用真空感应冶炼和真空自耗冶炼技术研制出大吨级(4.5吨)超纯净高Ta低活化马氏体钢，其合金元素Ta的含量高，达到0.18％，甚至达到0.20％，其室温力学性能满足核聚变包层模块的使用要求，实现了CLAM钢的工业化试制。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明通过选用优质的合金原料、采用砖制真空感应炉炉胆以控制Al、B等残余元素、采用真空感应冶炼和高真空(≤5μ)且电磁搅拌下在一定时间内分次加入Ta的方法控制Ta等成分的均匀性、在极低的真空条件(设定值为0Torr)下采用自耗重熔精炼工艺来控制其中气体和杂质元素的含量，最终获得核聚变堆用大吨级(4.5吨)超纯净高Ta低活化马氏体钢(属于1Cr9WVTa耐热钢)，实现了CLAM钢的工业化试制。
本发明首先提供了一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢。
一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢，其化学成分重量百分含量为：C0.06-0.14％，Mn0.20-0.80％，Si≤0.20％，S≤0.010％，P≤0.010％，Ni≤0.20％，Cr8.00-10.0％，W1.10-1.90％，V0.10-0.30％，Ta0.10-0.20％，Cu≤0.10％，Co≤0.01％，Mo≤0.01％，Nb≤0.01％，Al≤0.03％，B≤0.001％，Ag≤0.001％，Sn≤0.01％，As≤0.01％，Sb≤0.01％，N≤0.02％，O≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢，其化学成分重量百分含量为：C0.08-0.11％，Mn0.35-0.80％，Si≤0.20％，S≤0.010％，P≤0.010％，Ni≤0.20％，Cr8.00-9.0％，W1.35-1.50％，V0.20-0.30％，Ta0.145-0.20％，Cu≤0.10％，Co≤0.01％，Mo≤0.01％，Nb≤0.01％，Al≤0.03％，B≤0.001％，Ag≤0.001％，Sn≤0.01％，As≤0.01％，Sb≤0.01％，N≤0.02％，O≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述的大吨级可高达4.5吨的级别。
本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢，其室温力学性能为：Rm≥1300MPa，Rp0.2≥950MPa，A≥14％，Z≥50％，Akv≥15J。
本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢，在Fe-Cr-W系低活化马氏体钢的研究基础上，采用W、Ta和V等元素替代常规马氏体钢中的Mo、Nb和Ni等强化元素，并降低影响活化的杂质元素和气体含量的原则来设计合金成分，其钢中的主要合金元素的作用如下：
碳：马氏体铬不锈钢中，碳是可使其获得淬硬性的最有效和最廉价的元素。碳是奥氏体形成元素并扩大γ相区。在Fe-Cr-C系统中，主要的相是碳化物，其类型包括有Cr23C6、Cr7C3、Fe3C等。马氏体不锈钢中，随着碳量的提高，钢的淬火硬度随之提高，其强度也相应提高，同时塑性、韧性、耐蚀性及焊接性能均随之下降。因此，在不同类型的马氏体不锈钢中，碳的合理选择，应充分考虑碳的溶解度。本发明碳的控制范围为0.06％-0.14％，碳低于0.06％时，则钢中没有足够的碳化物和固溶碳，在奥氏体转变为马氏体过程中不能产生足够的畸变以强化马氏体组织从而获得钢板的强度；在要求焊接性能时，碳含量必须在0.10％～0.15％之间；由于本发明材料需要良好的焊接性能，故碳必须控制在0.06％-0.14％范围内，才能获得理想的淬硬性和焊接性能。
锰：锰是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体的作用。在不锈钢中，锰通常是作为脱氧元素而残留在钢中。马氏体不锈钢的标准牌号中Mn的质量分数不超过1.0％。本发明钢中Mn还需要具有改善与氚增殖剂液态金属LiPb的相容性，因此本发明锰需要控制在0.20％-0.80％的范围内。
硅：硅是强烈铁素体形成元素，在可相变的马氏体不锈钢中硅的加入将促进铁素体相的生成，此时必须控制钢的成分，避免形成单一铁素体组织而失去淬硬性。另外，硅与钛复合添加可改善钢的力学性能。本发明的硅作为脱氧元素残留于钢中，为控制铁素体相形成，硅的质量分数控制在0.20％以下。
硫和磷：硫和磷是不锈钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此希望越低越好。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢的塑性和韧性。
铬：铬是铁素体形成元素，是使钢获得不锈性的工业可利用的唯一元素。马氏体不锈钢中，铬与钢中的碳、氮的交互作用使钢在高温时具有稳定的γ相或α+γ相区。铬降低了奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度，使C曲线明显右移，从而降低了淬火的临界冷却速度，致使钢的淬硬性增加并获得空淬效应。铬对马氏体不锈钢力学性能的影响比较复杂，在淬火和回火条件下，铬的增加使稳定的铁素体数量增加，导致钢的硬度和抗力强度会有所降低。本发明钢中Cr的含量是影响RAFM钢韧-脆转变温度(DBTT)变化的原因之一，7.0-9.0％Cr含量的RAFM钢在中子辐照后显示出比其他Cr含量的钢辐照硬化更小，更抗辐照脆化，且9.0％Cr在辐照前后具有最低的DBTT值。因此本发明Cr的控制范围为8.0-10.0％。
钨：钨是铁素体形成元素和强碳化物形成元素。钨在马氏体不锈钢中的作用和钼相似，主要用于增加钢的回火稳定性、红硬性和热强性。钨固溶于基体金属中提高固溶体的再结晶温度，在马氏体不锈钢中加钨一方面产生固溶强化，提高再结晶温度，阻碍扩散；另一方面产生弥散强化作用。本发明钢中钨在保持所需的足够强度的同时，还减少了焊接热影响区Laves相(拉弗斯相)析出的可能性，因此，本发明钨含量控制在1.10％-1.90％最合适。
钒：钒在不锈钢中主要功能是细化晶粒和形成钒的碳化物和碳氮化物，减少或避免有害的Cr23C6型碳化物析出，提高钢中有效铬含量和减轻了Cr23C6引起的铬的贫化程度，从而极大的改进了钢的耐蚀性能，尤其是改善了钢的耐晶间腐蚀性能，因此，本发明钒含量控制在0.10％-0.30％更好。
钽：本发明钢中Ta能形成大量弥散碳化物、控制晶粒生长、细化晶粒、提高材料的强度和韧性，尤其是提高钢的抗辐照特性，添加Ta含量愈高，改善钢的抗辐照特性效果愈好。由于自然界中Nb、Ta是共生矿，原材料金属Ta中含有少量Nb，添加过高的Ta会增加长放射性核素Nb的量，因此本发明Ta含量应控制在0.10％-0.20％。
另外，本发明钢对Ni、Mo、Nb、Co等杂质元素提出了更全面和更严格的要求，要求尽可能控制其含量，越低越好。
本发明还提供一种核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的制造方法，包括如下步骤：
(1)真空感应冶炼
先采用工业纯铁多次清洗由耐火砖砌成的真空感应炉炉胆，再按照核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分配比，在已洗炉后的真空感应炉中加入铁，抽真空至20μ(即2.7Pa)以下时通电熔化铁，待铁熔清后依次加入除钽外的其他元素，然后在真空度≤5μ(即0.676Pa)且电磁搅拌条件下在20-40分钟内分3-6次加入金属钽，精炼15-30分钟并调整合金成分达到配比要求；
(2)真空自秏冶炼
将真空感应冶炼获得的钢液浇铸成两根等重的电极棒，然后进行退火、表面精整处理，精整后的电极棒与辅助电极焊接后在真空条件下进行自秏重熔精炼获得自秏钢锭；所获自秏钢锭依次经退火、表面精整后，获得精整钢锭；其中，真空条件为真空计的设定值为0Torr(1Torr＝133.322Pa)，自秏重熔精炼的工作电压为24-28V，电流4000-7000A；
(3)锻造成材
将步骤(2)获得的精整钢锭在1140℃-1180℃下保温3-5小时，进行锻造加工，获得核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢棒材；
或者，将步骤(2)获得的精整钢锭在1140℃-1180℃下保温3-5小时，锻造开坯，然后在1130℃-1170℃下保温1-3小时，热轧成板材，获得核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢板材。
将获得的成品棒材和成品板材取样进行性能测试分析，其室温力学性能如下：Rm≥1300MPa，Rp0.2≥950MPa，A≥14％，Z≥50％，Akv≥15J。
进一步的，步骤(1)中，所述依次加入除钽外的其他元素的方法为：依次加入除钽外的金属铬、金属钨、钒铁、碳及其他元素。优选的，所加入的碳选用光谱级碳，该光谱级碳的纯度为≥99.99％。
进一步的，步骤(2)中，自秏钢锭退火的温度为670-690℃。
进一步的，步骤(2)中，两根等重的电极棒每根的直径(以Φ表示)为Φ360mm，自耗钢锭的直径为Φ423mm。
进一步的，步骤(2)中，两根等重的电极棒每根重2.2吨/根，自耗钢锭的重2吨。
进一步的，步骤(2)中，精整后的电极棒焊接的方式为：将真空感应浇铸的电极棒的尾部与辅助电极焊接起来，以保证Ta等成分的均匀化。
本发明通过选用优质的合金原料、采用砖制真空感应炉炉肌以控制Al、B等残余元素、采用真空感应冶炼和高真空(≤5μ)且电磁搅拌下在一定时间内分次加入Ta的方法控制Ta等成分的均匀性、在极低的真空条件(设定值为0Torr)下采用自耗重熔精炼工艺来控制其中气体和杂质元素的含量，最终获得核聚变堆用大吨级(4.5吨)超纯净高Ta低活化马氏体钢，实现了CLAM钢的工业化制造。
本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的制造方法中：
1)本发明钢的合金成分及选用的原料如下：
本发明选用原料时最好选用优质的原材料，如选用碳最好选用光谱级碳。本发明选用钒时采用钒铁合金，且纯铁的量和钒铁中的铁量的总和满足钢中铁元素的含量。本发明的原材料按钢中各合金成分的配比要求进行备料，如按4.5吨的吨位要求进行配料，也可以按上述配方的要求进行4.0吨、3.5吨、3.0吨等吨位进行配料。
本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢，在Fe-Cr-W系的低活化马氏体钢的基础上，设计恰当的合金成分，并充分利用各合金元素强化和纯净组织的强化机制，有效提高合金的综合性能；提高Ta的含量，并严格控制有害元素的含量，保证合金的辐照特性。
本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分设计，除考虑常规的材料性能外，更重要的考虑是原材料质量、冶炼加工工艺、低活化特性、辐照特性及与液态金属介质的相容性和耐腐蚀性等。采用W、Ta和V等元素替代常规马氏体中的Mo、Nb和Ni等强化元素，并降低影响活化的杂质元素和气体含量的原则来设计合金成分。Cr是马氏体钢的主要形成元素；W是马氏体钢的重要强化元素，由于W与Mo在自然界中是共生的，要保证Mo的低含量，W的含量要有一定的限制，另外过高的W会带来550℃下析出Laves相的问题；Ta与Nb是共生的元素，存在W和Mo元素一样的矛盾问题，必须控制添加Ta的量；Ni是面心立方结构，抗辐照特性和与氚增殖剂液态金属介质的相容性差；Mo虽然是与W相近的元素，但研究测试表明其抗低活化特性不如后者，且越低越好；Nb与Mo一样抗低活化特性差，且抗液态金属介质腐蚀能力差。
因此，本发明通过提高Ta含量、严格控制杂质元素的含量(尤其是Ni、Nb、Cu、Co、Al、B等)以及严格控制气体的含量，才能获得满足核聚变堆用的大吨级高Ta低活化马氏体钢。
2)本发明钢的真空感应冶炼：
本发明先采用工业纯铁多次清洗由耐火砖砌成的真空感应炉炉胆，再按照核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分配比，在已洗炉后的真空感应炉中加入铁，抽真空至20μ以下时通电熔化铁，待铁熔清后依次加入除钽外的其他元素，然后在真空度≤5μ且电磁搅拌条件下在20-40分钟内分3-6次加入金属钽，精炼15-30分钟后取样测试成分；根据成分的分析结果来调整合金成分使之达到要求。
本发明需要选用高纯净度的优质原材料，尤其是选用优质的纯铁，以保证钢合金中长放射性核素(如Mo、Nb、Co等)含量低和良好的辐照脆化特性；选用优质的金属和合金原料避免因自然界共生而造成残余元素含量高；采用耐火砖砌成的真空感应炉炉胆并配以2-3次的纯铁洗炉能保证B、Al的极低含量要求。一般的真空感应炉炉胆是采用镁砂或石英砂等制作，需要使用硼酸等含B物质，即使使用新炉衬和多次纯铁洗炉，均难以保证B、Al的极低含量要求。
钽(Ta)是易氧化、原子量大、熔点高的金属，加入条件和方式非常苛刻，否则易造成成分不均匀和烧损，因此，本发明采用高真空(≤5μ)下、且在光谱级碳及少量金属Mn的充分脱氧后，在电磁搅拌下20-40分钟内分多次加入金属钽，再配合15-30分钟的精炼可以保证成分的均匀性。所以本发明采用耐火砖砌成的真空感应炉炉肌和特殊的真空冶炼工艺可控制Ta等成分的均匀化。
3)本发明钢的真空自耗冶炼：
本发明采用真空自耗冶炼工艺是进一步纯净合金组织、去除杂质和气体含量所不可缺少的步骤，在极低的真空条件(设定值为0Torr)下重熔精炼，并配以合适的电压和电流，促使杂质元素尤其是低熔点元素的去除和气体的逸出，保证残余、杂质元素S、P、As、Sb、Sn达到合金成分的含量范围以及保证气体含量达到N≤0.02％，O≤0.005％的含量要求。本发明钢合金中由于Ta含量高且比重大，除上述的优化自耗工艺外，还要将真空感应浇铸的电极棒的尾部与辅助电极焊接起来进行自耗重熔冶炼，保证Ta等成分的均匀化。
4)锻造或锻造、热轧加工成材：
本发明的自耗钢锭采用常规的锻造工艺进行锻造热加工，直径为Φ40-50mm的棒材直接锻造成材；厚度为10-22mm的厚板材采用50mm厚的锻坯经四辊轧机直接轧制成材。锻造加热温度为1160℃±20℃，保温3-5小时；热轧加热温度为1150℃±20℃，保温1.0-3.0小时。
与现有技术相比，本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢是一种用于核聚变堆的包层结构材料，具有如下特点：
1.本发明采用真空感应冶炼和真空自耗冶炼技术研制出大吨级(4.5吨)超纯净高Ta低活化马氏体钢，实现了CLAM钢的工业化试制。
2.本发明的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢中，其合金元素Ta的含量高，达到0.18％，甚至达到0.20％。
3.本发明通过优化的真空冶炼技术，使钢中合金的各类杂质元素和气体含量达到CLAM钢的低活化水平。
4.本发明的合金钢锭经锻造或锻造、轧制加工成材，退火后取样测试材料，其室温力学性能为：Rm≥1300MPa，Rp0.2≥950MPa，A≥14％，Z≥50％，Akv≥15J，满足核聚变包层模块的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。
以下实施例的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢均按照4.5吨的原料备料。
实施例1
本实施例的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的制造方法，包括如下步骤：
(1)真空感应冶炼：
先采用工业纯铁多次清洗由耐火砖砌成的真空感应炉炉肌，再按照核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分配比，在已洗炉后的真空感应炉中加入铁，抽真空至20μ(即2.7Pa)以下时通电熔化铁，待铁熔清后依次加入除钽外的其他元素，然后在真空度≤5μ(即0.676Pa)且电磁搅拌条件下在20-40分钟内分3-6次加入金属钽，精炼15-30分钟后取样测试成分，根据成分的分析结果调整合金成分达到配比要求。
(2)真空自秏冶炼：
将真空感应冶炼获得的钢液浇铸成两根Φ360mm的电极棒，然后进行退火、切头、表面车剥精整处理，精整后的两根电极棒焊接后在真空条件下进行自秏重熔成Φ423mm的自秏锭；所获自秏钢锭依次经670-690℃的退火、表面精整后热加工。其中，真空条件为真空计的设定值为0Torr(1Torr＝133.322Pa)，自秏重熔的工作电压为24-28V，电流4000-7000A。上述精整后的电极棒焊接的方式为：将真空感应浇铸的电极棒的尾部与辅助电极焊接起来，以保证Ta等成分的均匀化。
(3)锻造成材：
将步骤(2)获得的精整自耗锭在1140℃-1180℃下保温3-5小时，锻造开坯，锻成50mm×600mm×Lmm的板坯(50mm代表板坯厚度，600mm代表板坯宽度，L代表板坯长度)，板坯精整后在1130℃-1170℃下加热保温1-3小时，经四辊轧机直接热轧成10-22×600-620×Lmm核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢板材，670-690℃退火后取样进行成分和性能测试，其测试结果如表2、3、4、5所示。
实施例2
本实施例的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的制造方法，包括如下步骤：
(1)真空感应冶炼：
先采用工业纯铁多次清洗由耐火砖砌成的真空感应炉炉肌，再按照核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分配比(如表2所示)，在已洗炉后的真空感应炉中加入铁，抽真空至20μ(即2.7Pa)以下时通电熔化铁，待铁熔清后依次加入除钽外的其他元素，然后在真空度≤5μ(即0.676Pa)且电磁搅拌条件下在20-40分钟内分3-6次加入金属钽，精炼15-30分钟后取样测试成分，根据成分的分析结果调整合金成分达到配比要求。
(2)真空自秏冶炼：
将真空感应冶炼获得的钢液浇铸成两根Φ360mm的电极棒，然后进行退火、切头、表面车剥精整处理，精整后的两根电极棒焊接后在真空条件下进行自秏重熔成Φ423mm的自秏锭；所获自秏钢锭依次经670-690℃的退火、表面精整后热加工。其中，真空条件为真空计的设定值为0Torr(1Torr＝133.322Pa)，自秏重熔的工作电压为24-28V，电流4000-7000A。上述精整后的电极棒焊接的方式为：将真空感应浇铸的电极棒的尾部与辅助电极焊接起来，以保证Ta等成分的均匀化。
(3)锻造成材：
将步骤(2)获得的精整钢锭在1140℃-1180℃下保温3-5小时，进行锻造加工，2-3火次锻成Φ40mm×Lmm棒材，最后一火的加热温度为1150℃±10℃，获得核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢棒材；670-690℃退火后取样进行成分和性能测试，其测试结果如表2、3、4、5所示。
实施例3
本实施例的核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的制造方法，包括如下步骤：
(1)真空感应冶炼：
先采用工业纯铁多次清洗由耐火砖砌成的真空感应炉炉胆，再按照核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢的成分配比(如表2所示)，在已洗炉后的真空感应炉中加入铁，抽真空至20μ(即2.7Pa)以下时通电熔化铁，待铁熔清后依次加入除钽外的其他元素，然后在真空度≤5μ(即0.676Pa)且电磁搅拌条件下在20-40分钟内分3-6次加入金属钽，精炼15-30分钟后取样测试成分，根据成分的分析结果调整合金成分达到配比要求。
(2)真空自秏冶炼：
将真空感应冶炼获得的钢液浇铸成两根Φ360mm的电极棒，然后进行退火、切头、表面车剥精整处理，精整后的两根电极棒焊接后在真空条件下进行自秏重熔成Φ423mm的自秏锭；所获自秏钢锭依次经670-690℃的退火、表面精整后热加工。其中，真空条件为真空计的设定值为0Torr(1Torr＝133.322Pa)，自秏重熔的工作电压为24-28V，电流4000-7000A。上述精整后的电极棒焊接的方式为：将真空感应浇铸的电极棒的尾部与辅助电极焊接起来，以保证Ta等成分的均匀化。
(3)锻造成材：
将步骤(2)获得的精整钢锭在1140℃-1180℃下保温3-5小时，进行锻造加工，2-3火次锻成Φ40mm×Lmm棒材，最后一火的加热温度为1150℃±10℃，获得核聚变堆用大吨级高Ta低活化马氏体钢棒材；670-690℃退火后取样进行成分和性能测试，其测试结果如表2、3、4、5所示。
上述各实施例的真空感应电极和自耗钢锭取样后的成分分析如表2所示，结果表明达到本发明合金的成分要求；钢锭成材后按ASTMA604检验合金棒材的低倍组织级别如表3所示，结果表明成品材低倍组织缺陷的严重程度不大于B级，满足要求；钢锭成材后的夹杂物检验按照国标GB/T10561-2005的规定进行，结果如表4所示，也满足技术指标要求；成品材取样进行的室温和高温力学性能测试结果见表5，结果表明合金的室温力学性能满足使用要求，并具有良好的高温力学性能。
表2本发明合金真空感应和自耗锭的化学成分(wt％)
表3本发明合金棒材的低倍组织级别
表4本发明合金棒材的非金属夹杂物级别
表5本发明合金棒材的的力学性能和高温力学性能
机译： 高耐蚀高强度奥氏体烧结钢，其制造方法及其在核反应堆，核聚变反应堆及其部件中的应用。
机译： Catalasan核聚变反应堆旋转离心激光核聚变反应堆
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