[发明专利]核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法，核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料具有优异热加工性，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，同时为了使基体为奥氏体，不产生高温铁素体，Ni/Al质量比≥5.0。经配料和真空感应熔制过程中原位形成微纳米级TiB₂颗粒均匀分布于熔体后，经浇注成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种具有优异热加工性的核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料棒材或板材。本发明原位内生合成核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料具有强度高、成本低，耐腐蚀和热加工成型性优良等优点。

技术领域

本发明涉及一种不锈钢合金材料及制备方法，特别是涉及一种奥氏体不锈钢合金材料及制备方法，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核反应堆屏蔽和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的奥氏体不锈钢，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，过量的硼加入会在晶界析出大量硼化物(Fe、Cr)₂B，导致材料热加工性大大降低，而且制备出更高硼含量的硼钢是及其困难的。采用粉末冶金方法制备的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，提供一种核反应堆屏蔽和乏燃料贮运用奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法，大幅度提高其热加工性和屏蔽性能，本发明特种奥氏体不锈钢合金材料可以用作核反应堆屏蔽和乏燃料的贮运，材料具有优异的热加工和核屏蔽性能。

为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：

根据钛与硼合金化原理，本发明通过大量试验研究发现，在含铝奥氏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奥氏体合金基体材料中，同时铝的加入也改善了高硼钢的热加工性，从而制备出具有优异热加工性高硼含量的奥氏体不锈钢合金材料。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料，其主要成分按照如下质量百分比(％)组成：

C≤0.03，N≤0.03，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，基体为奥氏体，基体无高温铁素体，Ni/Al质量比≥5.0。

作为本发明优选的技术方案，所述核屏蔽奥氏体不锈钢合金材料主要成分按照如下质量百分比(％)组成：