[發(fā)明專利]核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910292048.7
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110273098B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖學(xué)山;武昭妤;黃蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/50;C22C38/54;C21D1/26;C21D6/00;C21D8/02;C21D8/06;C21D9/00;G21F1/08
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料及其制備方法，核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料具有優(yōu)異熱加工性，隨B含量的增加，Ti含量增加，且Ti含量與B含量的質(zhì)量之比滿足Ti：B＝(1.5～2.5)：1，同時為了使基體為奧氏體，不產(chǎn)生高溫鐵素體，Ni/Al質(zhì)量比≥5.0。經(jīng)配料和真空感應(yīng)熔制過程中原位形成微納米級TiB₂顆粒均勻分布于熔體后，經(jīng)澆注成型，再經(jīng)熱鍛、熱軋和退火處理等工藝，最終制得一種具有優(yōu)異熱加工性的核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料棒材或板材。本發(fā)明原位內(nèi)生合成核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料具有強(qiáng)度高、成本低，耐腐蝕和熱加工成型性優(yōu)良等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種不銹鋼合金材料及制備方法，特別是涉及一種奧氏體不銹鋼合金材料及制備方法，應(yīng)用于核功能鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

核能作為高效、清潔的能源，不僅在安全性、穩(wěn)定性以及對環(huán)境的保護(hù)性上具有明顯的優(yōu)勢，更是一種經(jīng)濟(jì)的能源，在未來的能源機(jī)構(gòu)中必將成為新一代的能源支柱。在利用核能的同時，也伴隨著乏燃料的產(chǎn)生，核反應(yīng)堆卸出的乏燃料具有極強(qiáng)的α、β、γ放射性，伴有一定的中子發(fā)射率，并伴隨放出熱量。乏燃料從反應(yīng)堆中卸出后需在乏燃料水池中貯存一段時間，以使短半衰期的放射性核素絕大部分衰變掉，并帶走其衰變熱。通常每臺百萬千瓦級核電機(jī)組每年可卸出25噸乏燃料，目前我國積累的乏燃料已達(dá)到1000噸以上；按照我國目前核電發(fā)展規(guī)模和速度測算，到2020年我國將累計產(chǎn)生乏燃料7500噸-1萬噸，2030年將達(dá)到2萬噸-2.5萬噸。目前廣泛使用的用作核反應(yīng)堆屏蔽和乏燃料貯運用的是硼鋼，近年已能連鑄生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6％B和1.0％B的奧氏體不銹鋼，其強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)良、吸收中子能力良好。但是，硼在不銹鋼中的溶解度低，過量的硼加入會在晶界析出大量硼化物(Fe、Cr)₂B，導(dǎo)致材料熱加工性大大降低，而且制備出更高硼含量的硼鋼是及其困難的。采用粉末冶金方法制備的B₄C/Al中子吸收材料存在工藝復(fù)雜、B₄C與Al嚴(yán)重的界面反應(yīng)、耐腐蝕、抗輻照能力、以及使用過程中的老化等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種核反應(yīng)堆屏蔽和乏燃料貯運用奧氏體不銹鋼合金材料及其制備方法，大幅度提高其熱加工性和屏蔽性能，本發(fā)明特種奧氏體不銹鋼合金材料可以用作核反應(yīng)堆屏蔽和乏燃料的貯運，材料具有優(yōu)異的熱加工和核屏蔽性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用如下發(fā)明構(gòu)思：

根據(jù)鈦與硼合金化原理，本發(fā)明通過大量試驗研究發(fā)現(xiàn)，在含鋁奧氏體不銹鋼真空感應(yīng)熔煉過程中，加入合適比例的鈦和硼可原位合成彌散均勻分布的微納TiB₂顆粒，并使微納TiB₂顆粒彌散均勻分布于奧氏體合金基體材料中，同時鋁的加入也改善了高硼鋼的熱加工性，從而制備出具有優(yōu)異熱加工性高硼含量的奧氏體不銹鋼合金材料。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料，其主要成分按照如下質(zhì)量百分比(％)組成：

C≤0.03，N≤0.03，S≤0.02，P≤0.03，Mn≤1.0，Si≤1.0，Cr：10.0～23.5，Ni：15.0～25.0，Al：0.5～5.0，B：0.5-5.0，Ti：0.75-12.5，其余部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)，隨B含量的增加，Ti含量增加，且Ti含量與B含量的質(zhì)量之比滿足Ti：B＝(1.5～2.5)：1，基體為奧氏體，基體無高溫鐵素體，Ni/Al質(zhì)量比≥5.0。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述核屏蔽奧氏體不銹鋼合金材料主要成分按照如下質(zhì)量百分比(％)組成：