[发明专利]一种耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，属于材料技术领域。以重量百分比计，该乏燃料后处理用奥氏体不锈钢的化学成分为：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％，余量为铁。该奥氏体不锈钢的制备方法为：配料→纯净化冶炼→浇注成型→锻造和热轧→均匀化→冷轧。本发明通过在钢中添加一定含量的氮元素，采用均匀化热处理促进N元素的固溶，最后通过采用冷轧的方式提高基体的强度，采用纯净化冶炼工艺控制钢中的夹杂物含量，提高基体晶界的耐硝酸腐蚀性能，获得材料强度和耐腐蚀性能的最佳搭配。

技术领域

本发明涉及一种耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

核能作为一种绿色、安全、清洁、可靠、低碳、高效的可以大规模替代化石燃料的能源，被越来越多的国家所接受。核能的发展一方面可以解决能源问题，但另一方面却对环境产生不可避免的污染，核废料即乏燃料的处理问题一直是核能发展国家的世界性难题，也制约着核电的可持续发展。

乏燃料后处理是核燃料循环中最重要的一个环节，采用“闭式循环”模式分离出可再次利用的235U和239Pu(MOX燃料)可明显提高核燃料的利用效率，其中，乏燃料溶解器是乏燃料后处理过程中的关键设备。相比较于早期采用的批式溶解器，转轮式连续溶解器由于其处理乏燃料能力强等一系列优点而备受青睐，现已达到商业应用的水平，目前法国已成功建立了世界上唯一投入工业运行的连续溶解器。我国自2010年开始研究，计划于2025年建成年处理量可达800吨的大型商用核燃料后处理厂。转轮式连续溶解器结构可分为两部分：一部分是盛装浓硝酸的槽体，另一部分是对乏燃料短段进行操作的成套执行机构(大转轮等机构)。大转轮采用面齿轮的结构形式，与顶盖上的小齿轮构成面齿轮传动模式，带动大转轮转动。

转轮式连续溶解器的核心部件“大转轮”的服役工况极为苛刻，一方面环境中有95℃6mol/l浓硝酸的腐蚀，又要承受齿轮动载带来的连续磨损，要求材料具有耐硝酸腐蚀的性能下，还具有一定的硬度。目前法国上述设备的大转轮采用的奥氏体不锈钢使用寿命长达20年之久，而我国目前试验阶段材料使用寿命不到1个月，关键部件的材料性能差异悬殊。因此，迫切需要开展乏燃料连续式溶解器转轮用耐浓硝酸高强度的奥氏体不锈钢的研发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐95℃6mol/l浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，第一通过加压冶炼在钢中添加一定含量的N元素，在冷轧之前采用均匀化热处理，促使钢中的N完全溶入钢的基体，采用冷变形提高奥氏体不锈钢基体的强度；第二采用超低碳纯净化冶炼技术，通过降低晶界上的易腐蚀碳化物的数量和钢中的夹杂物含量提高钢的耐浓硝酸的腐蚀性能，解决了奥氏体不锈钢强度和腐蚀性能兼顾的技术难点，获得了具有高强度和优异耐腐蚀性能的材料。

本发明的技术方案是：

一种耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢，以重量百分比计，其化学成分为：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％，余量为铁。

所述的耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢，优选的，N：0.35～0.65％。

所述的耐浓硝酸腐蚀高强度奥氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例将各化学成分混合，经过纯净化冶炼和浇注获得钢锭；

(2)将获得的钢锭在奥氏体相区锻造；

(3)锻造后的钢锭进行热轧：轧制温度为1150℃～1200℃，轧制每道次压下量控制为10％～20％，总压下量控制为70％～85％，热轧后空冷至室温；

(4)热轧后进行热处理；