[發明專利]一種耐含氧化性離子濃硝酸腐蝕的高強度奧氏體時效不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110182515.8
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113061802B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 嚴偉;石全強;李艷芬;單以銀;史顯波;王威
• 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;C22C38/58;C22C38/44;C22C38/50;C22C38/06;C21D1/18;C21D1/78;C21D6/00;C21D8/00
• 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

本發明涉及一種耐含氧化性離子濃硝酸腐蝕的高強度奧氏體時效不銹鋼及其制備方法，屬于材料技術領域。以重量百分比計，該高強度奧氏體時效不銹鋼的化學成分為：Cr:16.0～20.0％，Ni:23.0～27.0％，Si:0.5～6.0％，Mn:1.2～1.6％，Mo:1.2～1.4％，Ti:0.8～1.4％，Al:0.10～0.15％，C0.01％，O0.005％，N0.005％，P0.01％，S0.01％，余量為鐵。該奧氏體時效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→多級時效熱處理。本發明通過在鋼中添加一定含量的鈦和鋁，采用不同溫度的多級時效熱處理工藝促進不同尺寸Ni₃Ti析出相的沉淀析出，提高奧氏體基體的強度，采用純凈化冶煉工藝控制鋼中的夾雜物含量，在保證獲得完全的奧氏體基體前提下，通過優化硅含量，提高基體在耐氧化性介質硝酸中的腐蝕性能，獲得材料強度和耐腐蝕性能的最佳搭配。

技術領域

本發明涉及一種耐含氧化性離子濃硝酸腐蝕的高強度奧氏體時效不銹鋼及其制備方法，屬于材料技術領域。

背景技術

核能作為一種安全、清潔、可靠和低碳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。核能是環境友好型的能源，核能的發展一方面可以解決能源問題，但核電站產生的核廢料卻對環境產生不可避免的污染，核廢料即乏燃料的后處理問題一直是核能發展國家所面臨的世界性難題，也制約著核電的可持續發展。

乏燃料的后處理是核燃料循環中最重要的一個環節，乏燃料溶解器是乏燃料后處理過程中的關鍵設備，相比較于早期成熟商用的乏燃料批式溶解器，轉輪式連續式乏燃料溶解器由于其效率高、處理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，核能強國法國已成功建立了世界上唯一投入工業運行的連續式乏燃料溶解器。我國自2010年開始研究，計劃于2021年完成科研樣機的研制，為2025年建成年處理量可達800噸的大型商用核燃料后處理廠提供技術支撐。轉輪式連續乏燃料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。

轉輪式連續乏燃料溶解器的核心部件“大轉輪”的服役工況極為苛刻，一方面乏燃料中有一定濃度的Cr⁶⁺等氧化性離子，這些氧化性離子會加劇濃硝酸的腐蝕，另一方面“大轉輪”還要承受齒輪轉動帶來的連續磨損，所以不僅要求材料具有耐氧化性離子濃硝酸中的腐蝕性能，而且還要具有一定的硬度，目前商用的奧氏體不銹鋼無法兼顧高強度和耐硝酸腐蝕性能。核電強國法國成功商用連續式乏燃料處理器“大轉輪”所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“大轉輪”材料使用壽命不到1個月，關鍵核心部件材料的性能差異懸殊。因此，迫切需要開展連續式乏燃料溶解器“大轉輪”所用耐含氧化性離子濃硝酸腐蝕高強度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含氧化性離子濃硝酸腐蝕的高強度奧氏體時效不銹鋼及其制備方法，第一采用多級時效熱處理工藝，有效增加與基體共格生長不同尺寸FCC相—γ'相Ni₃Ti的相含量，提高奧氏體基體的強度和硬度；第二在保證獲得完全的奧氏體基體前提條件下，通過優化合金中的硅含量，在鋼的表面生成一層具有保護性的硅酸鹽氧化物，提高基體在氧化性離子濃硝酸介質中的耐腐蝕性能；第三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，獲得了具有高硬度、高強度和優異耐腐蝕性能的材料。

本發明的技術方案是：

一種耐含氧化性離子濃硝酸腐蝕的高強度奧氏體時效不銹鋼，以重量百分比計，其化學成分為：Cr:16.0～20.0％，Ni:23.0～27.0％，Si:0.5～6.0％，Mn:1.2～1.6％，Mo:1.2～1.4％，Ti:0.8～1.4％，Al:0.10～0.15％，C0.01％，O0.005％，N0.005％，P0.01％，S0.01％，余量為鐵。