[发明专利]抑制奥氏体不锈钢中辐照加速应力腐蚀开裂的方法

说明书

本发明涉及抑制奥氏体不锈钢中主要由于高强辐照而发生应力腐蚀开裂的方法。本发明与核反应堆内部和周围通常应用的不锈钢和其它合金的断裂有关，这种断裂主要由于受到高水平辐照导致出现应力腐蚀开裂。

高铬-镍型不锈钢合金，由于其众所周知的高耐腐蚀性和高耐其他腐蚀条件的性质，通常用作核裂变反应堆中的构件。例如，核燃料组件，中子吸收控制装置和中子源夹具等常常被包覆或被置于304型或类似合金成分的不锈钢包壳或屏蔽套中，这类组件（包括指出的那些）常常被放在核反应堆的裂变燃料的芯体内部和周围，在此区域极强的腐蚀条件（如强辐照和高温）最为恶劣和具破坏性。

普遍认为固溶或轧制退火的（Solution    or    mill    annealed）不锈钢合金商品，对其他损坏源造成的晶粒间应力腐蚀开裂和本身破坏，基本上是不敏感的。然而，已经发现不锈钢在受到强辐照之后，例如最典型的是在水冷却核裂变反应堆的裂变燃料芯体中和其附近使用时，由于晶粒间应力腐蚀开裂而碎裂和破坏。虽然不锈钢合金已经处在所谓的固溶或轧制退火状态，也就是说已经过热处理，即加热至温度在约1010℃（1850°F）至1121℃（2050°F）范围内，然后迅速冷却以使碳化物溶解，并防止碳化物自固溶体进入晶粒边界成核和沉淀析出，但是仍然发生了这种与辐照有关的晶粒间应力腐蚀开裂破坏。

一种理论认为，由强场或广泛暴露，或两者兼有而导致的高水平辐照是引起不锈钢合金碎裂的一个重要原因，除了其他可能的因素外，这是由于辐照促进了合金的杂质成分的偏析所致。

过去为减少不锈钢合金中与辐照有关的晶间应力腐蚀开裂的努力，包括研制耐蚀合金组合物。例如，已经提出含有低水平杂质的不锈钢。

本发明包括一种处理高铬-镍型及其类似合金的奥氏体不锈钢合金组合物和由其构成的零件和装置的方法，此方法可抑制由于高水平的和/或长时间的辐照暴露导致的将来可能发生的应力腐蚀开裂。本预防性处理包括一种精密的热处理过程，或强化的固溶退火步骤。这种处理可使这类合金即使受到强辐照也具有高度的抗应力腐蚀开裂的性能。

本发明的主要目的，是提供一种抑制奥氏体不锈钢中，其他高镍-铬合金中，以及由其构成的部件中，由于受到辐照而发生应力腐蚀开裂的方法。

本发明的又一目的，是提供一种在经受强辐照的奥氏体不锈钢合金以及由其制造的制品中，赋予抗辐照加速应力腐蚀开裂的性能的有效和可行的处理方法。

本发明的再一个目的，是提供一种抑制用于核反应堆的奥氏体不锈钢构件和经受高辐照的其他不锈钢制造的部件，由于应力腐蚀开裂而断裂的经济和实用的方法。

本发明的另外一个目的，是提供一种解决奥氏体不锈钢合金中辐照后发生应力腐蚀开裂问题的有效方法，此方法对这些合金或它们的制品不会产生任何有害的作用。

图1曲线表示不锈钢的应力腐蚀敏感度与热处理不同水平的温度以及对应时间之间的关系;

图2是一种条线图，它表示经本发明热处理的不锈钢的相对延伸率;和

图3是一种条线图，它表示受到本发明热处理的不锈钢在应力腐蚀试验中达到的相对最大应力。

本发明主要与由（或包括）奥氏体不锈钢（例如304型）制造的结构单元和部件，或它们的组合件有关，这些构件，部件或组合件设计用在核裂变反应堆的放射性环境中或用在其他与辐照有关的设备或环境中。本发明特别针对阻止在这种使用中的奥氏体不锈钢（包括单相奥氏体不锈钢）发生辐照加速碎裂的一种预防手段。

本发明进而适用于奥氏体的、高镍-铬合金，其中含有约30%（重量）至约76%（重量）的镍和约15%（重量）至约24%（重量）的较小量铬，例如商品因科镍铬不锈钢（Incoloy）和因科内尔镍合金（Inconel）系列产品。

本发明特别是针对包括商品纯和高纯度两种304型铬-镍奥氏体不锈钢，使其对于辐照造成的碎裂具有潜在的不敏感性。商品304型不锈钢的技术规范在C.L.Mautell编辑的《工程材料手册》（Engineering    Materials    Handbook）一书1958年版5-12页和第5-13页的表5-14中有详细说明。这种合金一般含有约18-20%（重量）的铬和约8-14%（重量）的镍，以及最大重量百分含量为0.08的碳、2.0的锰、1.0的硅和3.0的钼，其余为铁及某些少量无意义的杂质。