[发明专利]反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢合金材料及其制备方法，特别是涉及一种含铝铁素体不锈钢合金材料及其制备方法，应用于核功能钢铁合金材料技术领域。

背景技术

核能作为高效、清洁的能源，不仅在安全性、稳定性以及对环境的保护性上具有明显的优势，更是一种经济的能源，在未来的能源机构中必将成为新一代的能源支柱。在利用核能的同时，也伴随着乏燃料的产生，核反应堆卸出的乏燃料具有极强的α、β、γ放射性，伴有一定的中子发射率，并伴随放出热量。乏燃料从反应堆中卸出后需在乏燃料水池中贮存一段时间，以使短半衰期的放射性核素绝大部分衰变掉，并带走其衰变热。通常每台百万千瓦级核电机组每年可卸出25吨乏燃料，目前我国积累的乏燃料已达到1000吨以上；按照我国目前核电发展规模和速度测算，到2020年我国将累计产生乏燃料7500吨-1万吨，2030年将达到2万吨-2.5万吨。目前广泛使用的用作反应堆乏燃料贮运用的是硼钢，近年已能连铸生产质量分数为0.6％B和1.0％B的不锈钢，其强度高、耐蚀性优良、吸收中子能力良好。但是，硼在不锈钢中的溶解度低，过量的硼加入会析出硼化物(Fe、Cr)2B，导致热延性大大降低，而且制备出更高硼含量的硼钢是非常困难的。B4C/Al中子吸收材料存在工艺复杂、B4C与Al严重的界面反应、耐腐蚀、抗辐照能力、以及使用过程中的老化等问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料及其制备方法，大幅度降低原材料成本，本发明特种钢基合金材料可以用作反应堆乏燃料的贮运，材料易加工。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

根据钛与硼合金化原理，本发明通过大量试验研究发现，在高铝铁素体不锈钢真空感应熔炼过程中，加入合适比例的钛和硼可原位合成弥散均匀分布的微纳TiB2颗粒，并使微纳TiB2颗粒弥散均匀分布于特种钢基合金材料中，从而制备高硼含量的特种钢基合金材料。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C≤0.03％，N≤0.02％，S≤0.01％，P≤0.03％，Mn≤1.0％，Cr：10.0～32.0％，Al：3.0～20.0％，B：0.5-5.0％，Ti：0.75-12.5％，其余部分主要为铁和不可避免的杂质，随B含量的增加，Ti含量增加，且Ti含量与B含量的质量之比满足Ti：B＝(1.5～2.5)：1。

作为本发明优选的技术方案，特种钢基合金材料成分还含有Si和Mo中的至少一种元素，以成分的质量百分比(％)计，含量为Si≤3.0％，Mo≤3.0％。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，特种钢基合金材料主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C：0.016～0.02％，N：0.002～0.004％，S：0.001～0.003％，P：0.015～0.02％，Mn≤1.0％，Cr：18.5～25.6％，Al：5.0～13.0％，B：0.5-5.0％，Ti：0.75-12.5％，Si：0.5～0.8％，其余部分为铁。作为更进一步优选的技术方案，特种钢基合金材料主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C：0.016～0.02％，N：0.002～0.004％，S：0.001～0.003％，P：0.015～0.02％，Cr：18.5～25.6％，Al：5.0～13.0％，B：2.5％，Ti：5.5％，Si：0.5～0.8％，其余部分为铁。

作为上述技术方案的另一种进一步优选的技术方案，特种钢基合金材料主要成分按照如下质量百分比(％)组成：C：0.015～0.03％，N：0.005～0.02％，S：0.001～0.01％，P：0.01～0.02％，Cr：20.5～22.3％，Al：6.0～10.3％，B：2.0-4.5％，Ti：4.2-10.0％，Mo：0.7～1.5％，其余部分为铁。

一种反应堆乏燃料贮运用特种钢基合金材料的制备方法，包括如下步骤：