[發明專利]一種耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202011349544.0
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112522619B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 石全強;單以銀;嚴偉;李艷芬;鄭玉貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;B21J5/00;C21D8/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及一種耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，屬于材料技術領域。以重量百分比計，該乏燃料后處理用奧氏體不銹鋼的化學成分為：Cr:23.0～27.0％，Ni:19.0～23.0％，N:0.1～1.0％，Mn:0.1～0.3％，Si:0.05～0.3％，Mo0.2％，C0.01％，O0.005％，P0.01％，S0.001％，余量為鐵。該奧氏體不銹鋼的制備方法為：配料→純凈化冶煉→澆注成型→鍛造和熱軋→均勻化→冷軋。本發明通過在鋼中添加一定含量的氮元素，采用均勻化熱處理促進N元素的固溶，最后通過采用冷軋的方式提高基體的強度，采用純凈化冶煉工藝控制鋼中的夾雜物含量，提高基體晶界的耐硝酸腐蝕性能，獲得材料強度和耐腐蝕性能的最佳搭配。

技術領域

本發明涉及一種耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，屬于材料技術領域。

背景技術

核能作為一種綠色、安全、清潔、可靠、低碳、高效的可以大規模替代化石燃料的能源，被越來越多的國家所接受。核能的發展一方面可以解決能源問題，但另一方面卻對環境產生不可避免的污染，核廢料即乏燃料的處理問題一直是核能發展國家的世界性難題，也制約著核電的可持續發展。

乏燃料后處理是核燃料循環中最重要的一個環節，采用“閉式循環”模式分離出可再次利用的235U和239Pu(MOX燃料)可明顯提高核燃料的利用效率，其中，乏燃料溶解器是乏燃料后處理過程中的關鍵設備。相比較于早期采用的批式溶解器，轉輪式連續溶解器由于其處理乏燃料能力強等一系列優點而備受青睞，現已達到商業應用的水平，目前法國已成功建立了世界上唯一投入工業運行的連續溶解器。我國自2010年開始研究，計劃于2025年建成年處理量可達800噸的大型商用核燃料后處理廠。轉輪式連續溶解器結構可分為兩部分：一部分是盛裝濃硝酸的槽體，另一部分是對乏燃料短段進行操作的成套執行機構(大轉輪等機構)。大轉輪采用面齒輪的結構形式，與頂蓋上的小齒輪構成面齒輪傳動模式，帶動大轉輪轉動。

轉輪式連續溶解器的核心部件“大轉輪”的服役工況極為苛刻，一方面環境中有95℃6mol/l濃硝酸的腐蝕，又要承受齒輪動載帶來的連續磨損，要求材料具有耐硝酸腐蝕的性能下，還具有一定的硬度。目前法國上述設備的大轉輪采用的奧氏體不銹鋼使用壽命長達20年之久，而我國目前試驗階段材料使用壽命不到1個月，關鍵部件的材料性能差異懸殊。因此，迫切需要開展乏燃料連續式溶解器轉輪用耐濃硝酸高強度的奧氏體不銹鋼的研發。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐95℃6mol/l濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，第一通過加壓冶煉在鋼中添加一定含量的N元素，在冷軋之前采用均勻化熱處理，促使鋼中的N完全溶入鋼的基體，采用冷變形提高奧氏體不銹鋼基體的強度；第二采用超低碳純凈化冶煉技術，通過降低晶界上的易腐蝕碳化物的數量和鋼中的夾雜物含量提高鋼的耐濃硝酸的腐蝕性能，解決了奧氏體不銹鋼強度和腐蝕性能兼顧的技術難點，獲得了具有高強度和優異耐腐蝕性能的材料。

本發明的技術方案是：

一種耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼，以重量百分比計，其化學成分為：Cr:23.0～27.0％，Ni:19.0～23.0％，N:0.1～1.0％，Mn:0.1～0.3％，Si:0.05～0.3％，Mo0.2％，C0.01％，O0.005％，P0.01％，S0.001％，余量為鐵。

所述的耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼，優選的，N：0.35～0.65％。

所述的耐濃硝酸腐蝕高強度奧氏體不銹鋼的制備方法，包括如下步驟：

(1)按比例將各化學成分混合，經過純凈化冶煉和澆注獲得鋼錠；

(2)將獲得的鋼錠在奧氏體相區鍛造；

(3)鍛造后的鋼錠進行熱軋：軋制溫度為1150℃～1200℃，軋制每道次壓下量控制為10％～20％，總壓下量控制為70％～85％，熱軋后空冷至室溫；

(4)熱軋后進行熱處理；