[发明专利]一种高耐蚀硼不锈钢材料及制备方法和应用

说明书

一种高耐蚀硼不锈钢材料，其化学成分特征为：C：0.01～0.06％，B：0.5～1.6％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，P≤0.030％，S≤0.025％，Ni：7.0～12.0％，Cr：20.5～28.0％，Mo≤2.0％，N≤0.1％，Ti≤0.2％，Gd：0.01～1.0％，W：1～20.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。上述硼不锈钢采用感应炉‑AOD工艺或电弧炉‑AOD熔炼工艺冶炼，在卧式离心机上浇注，或采用电渣重熔方法制成厚板，热处理后精整成形。本发明中的硼不锈钢中子吸收材料具有良好的中子吸收性能和耐蚀性，避免了传统的压力加工造成的成形困难问题，生产工艺简单有效、生产效率高。

技术领域

本发明涉及核能领域，涉及中子吸收材料制备方法，特别是一种高耐蚀硼不锈钢材料及其制备方法和应用。

背景技术

中子吸收材料是利用具有较大中子吸收截面元素制成的功能-结构一体化材料。常用的大截面核素包括硼、钆、镉、钐等,其中硼元素具有中子吸收截面大且与中子发生反应后至产生软γ射线和易吸收的α射线等优势，在核防护领域应用最为广泛。目前金属基含硼中子吸收材料主要包括铁基和铝基中子吸收材料，在核电站中获得实际应用的是碳化硼/铝复合材料和轧制硼不锈钢。两类中子吸收材料的使用方式均为将板状材料通过焊接或插接组成方形或六角形栅格结构，将乏燃料组件包围在栅格结构内，实现对热中子的吸收，确保乏燃料处于次临界状态。

铝基中子吸收材料由于强度较低，不能单独作为结构件使用，只能作为插板式中子吸收体放置在不锈钢包覆材料内使用。同时，不锈钢包覆材料一旦破损，铝基中子吸收材料存在被硼酸溶液腐蚀的风险。低强度和耐蚀性不佳的缺陷限制了铝基中子吸收材料的应用。

硼不锈钢是硼的化合物均匀弥散在不锈钢基体中形成的一种合金，在具有高强度特点的同时，具备良好的耐蚀性和耐辐照性能。但是硼在钢中的固溶度很低，高硼不锈钢中会形成大量低熔点硼化物共晶，严重割裂基体并使得晶界强度大大削弱，导致材料的塑韧性大幅度降低，从而显著降低钢的热加工性，使硼不锈钢的制造和加工较为困难。

为解决高硼不锈钢制造难度大的问题，目前的解决方案主要是通过对高硼不锈钢铸坯或锻坯的边部进行加工处理，包括涂覆金属、框架保护材、焊接塑性良好的异种金属等，确保热加工过程中减少高硼钢边部温降和约束其变形，达到减少或者避免高硼不锈钢的边裂和提高成材率的目的，但该类处理过程加工流程较长，有些需要特殊的工艺装备，导致工艺复杂和成本较高。

中国专利CN 1681955 B含硼不锈钢材及其制造方法提出了焊接边框后进行轧制的硼不锈钢生产方法。

中国专利CN 103748249 B热加工性和表面性状优异的含硼不锈钢提出了减少硼不锈钢中非金属夹杂物的方法。

中国专利CN 102051531 B一种高硼含量奥氏体不锈钢及其制造方法提出了使用通用设备通过铸锭-锻造-轧制流程生产硼不锈钢板的方法。

以上方法均未能从根本上解决硼不锈钢塑性较低，难以成形的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高耐蚀强硼不锈钢材料及其制备方法，生产的硼不锈钢材料具有良好的力学性能和中子吸收性能，能够通过离心铸造一次成形，解决了硼不锈钢热加工困难的问题，生产工艺简单，成本低廉。所发明的硼不锈钢材料可制成的屏蔽容器、格架单元及格架。

本发明通过以下技术方案获得：

一种高耐蚀硼不锈钢材料，该硼不锈钢材料的化学成分为：C：0.01～0.06％，B：0.5～1.6％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.030％，S≤0.025％，Ni：7.0～12.0％，Cr：20.5～28.0％，Mo≤2.0％，N≤0.1％，Ti≤0.2％，Gd：≤0.01～1.0％，W：1～20.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明提供了一种高耐蚀强硼不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：