一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢制造技术

本发明专利技术公开了一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢，由以下质量含量的元素制成：C 0.05%~0.2%，N 0.05%~0.5%，Si 0.2%~1.0%，Cr 18%~24%，Ni 12%~17%，Nb 0.03%~1.0%，Ce 0~0.1%，Mn 1.0%~2.0%，Mo+W 0~10%，Co≤0.3%，S≤0.01%，P≤0.02%，余量为Fe。本发明专利技术通过加入C、N、Nb、Mo、W发挥固溶强化和多相析出强化作用，显著提高了高温强度，同时Mo、W以及N、Nb联合作用，提高耐点蚀性，得到的不锈钢具有良好力学和高温性能以及耐腐蚀性能，适用于高放废液玻璃固化封装容器及其高温领域的零部件制造。璃固化封装容器及其高温领域的零部件制造。

【技术实现步骤摘要】
一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢


[0001]本专利技术属于固化封装容器用不锈钢
，具体涉及一种具有优异室温和高温力学性能以及耐蚀性能的玻璃固化封装容器用不锈钢。

技术介绍

[0002]核燃料循环过程中会产生含有放射性浓度高、释热率大和毒性强的高放废液。为了保证高放废液处置的安全性，经过半个多世纪的探索，人们发现玻璃可以很好的包容放射性核素并且具有良好的化学稳定性和抗辐射性能，玻璃固化工艺技术也是目前唯一工业化处理高放废液的方法。在玻璃固化过程中，一般将含硅、硼等元素的氧化物添加剂加入高放废液中，再经高温熔融至玻璃，玻璃熔融后需要使用容器进行封装，然后送出进行中间暂存。熔融玻璃温度为~1150℃，且装载重量一般在400kg以上，因此要求包装容器具备一定的高温力学性能。此外，考虑到玻璃固化封装容器材料需要弯曲等工艺加而成，还需要堆码放置，因此材料必须具备一定的室温力学性能。最后，玻璃固化的高放废液最终需要地质处理，而地下水通常含有~150ppm Cl
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，所以材料必须具备一定的耐点蚀性能。综上所述，玻璃固化封装容器必须同时具有优良室温和高温力学性能以及耐点蚀性能。
[0003]309S奥氏体不锈钢具有良好的高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性能及优良的加工性能，常被作为核电、火力发电、汽车排气系统及化工石油等行业中高温、高压环境下使用零部件。309S奥氏体不锈钢相比于镍基合金等高温合金，其价格低廉，适合大规模使用，因此309S奥氏体不锈钢是高放废液玻璃固化封装容器的首选材料。但，目前309S奥氏体不锈钢在使用过程中还存在一些问题：1）由于熔融玻璃温度达到了1150℃，而商用309S不锈钢的最高使用温度为950℃。309S不锈钢在更高温度下的高温强度不足，导致封装过程中容器易发生变形，甚至开裂的风险；2）该封装容器的设计使用寿命为100年，而在含Cl
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地下水的复杂环境下，309S不锈钢耐蚀性能难以满足设计要求。
[0004]现有技术中，公开号为CN 111690864 A的专利公开了高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，该不锈钢在1000℃以上高温强度不足以及室温耐蚀性能不满足100年使用寿命。该专利中主要是提高不锈钢600℃时高温强度，其析出相主要以Cr
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C6和Cr2N为主，然而在1000℃以上，由于N含量小于0.2%，将不在析出Cr2N，即在1000℃以上时主要以Cr
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C6析出，其析出强化效果有限。此外，该专利中不锈钢未对耐蚀性能进行研究，不锈钢的点蚀电位一般不超过0.4V。然而，高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢的耐蚀性能研究是目前世界各国研究的焦点，提高不锈钢耐蚀性能是保证封装容器使用寿命的关键。
[0005]因此，开发具有优异室温和高温力学性能以及耐点蚀性能的奥氏体不锈钢具有重要工程意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢。该不锈钢在传统不锈钢的基础上添加N、Nb、Mo和W，进一步增加了钢
中第二相的总含量和析出强化效果，使不锈钢在高温下会析出Cr
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C6、Cr2N、Nb（C，N）和Laves等相，提供多重析出强化效果，同时，Mo和W添加能起到固溶强化作用，在多相析出强化和固溶强化的共同作用下，不锈钢的高温强度可以被明显提高。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢，其特征在于，该不锈钢由以下质量分数的成分制成：C 0.05%~0.2%，N 0.05%~0.5%，Si 0.2%~1.0%，Cr 18%~24%，Ni 12%~17%，Nb 0.03%~1.0%，Ce 0~0.1%，Mn 1.0%~2.0%，Mo+W 0~10%，Co≤0.3%，S≤0.01%，P≤0.02%，余量为Fe。
[0008]上述的一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢，其特征在于，所述不锈钢由以下质量分数的成分制成：C 0.07%~0.15%，N 0.15%~0.3%，Si 0.2%~1.0%，Cr 18%~24%，Ni 12%~17%，Nb 0.03%~0.6%，Ce 0.02%~0.08%，Mn 1.0%~2.0%，Mo+W 4%~8%，Co≤0.3%，S≤0.01%，P≤0.02%，余量为Fe。
[0009]本专利技术的高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢为奥氏体不锈钢，主要成分元素的限定理由如下：C 0.05%~0.2%，N 0.05%~0.5%：C、N是奥氏体相稳定元素，可以替代Ni的添加，从而降低成本。此外，C、N的添加能起到固溶强化作用，并参与第二相的形成，提供析出强化效果，从而提高不锈钢的高温强度。同时，N的添加还改善不锈钢的耐点蚀性能。但，C、N与Cr能形成金属间化合物，导致贫Cr区出现、导致不锈钢的耐点蚀性能下降，尤其是C元素。过量的C、N也会导致碳氮化物的严重粗化，造成析出强化效果减弱。因此，将C的含量设为0.05~0.2%，优选的C含量范围0.07%~0.15%。将N的含量设为0.05~0.5%，优选的N含量范围0.15%~0.3%。
[0010]Nb 0.03%~1.0%：不锈钢中Nb固溶度较小，易与C、N形成MC（Nb（C，N））相。不锈钢中Nb含量较高时，由于Nb（C，N）相析出温度高，很难固溶处理，Nb（C，N）相主要以弥散状态分布在钢中，因此对高温强度的提升有限。此时，不锈钢中Nb主要与N起联合作用，促进含Nb氧化物形成，显著提高钢的耐蚀性能。但，过量Nb添加导致MC （Nb（C，N））相严重粗化，进而恶化不锈钢的塑韧性。此外，过量Nb添加容易在不锈钢焊接过程中出现严重偏析、不利于不锈钢的焊接性能。如果想要获得晶界上析出Nb（C，N）相，不锈钢中Nb含量需在0.03%~0.06%之间，同时为了保证不锈钢的耐蚀性能，Mo和W的含量必须提高。因而，将Nb的含量设为0.03%~1.0%，优选的Nb含量范围0.03%~0.6%。
[0011]Mo+W 0~10%：奥氏体不锈钢中常见的第二相为碳氮化物，这些第二相随着C、N含量的增加体积分数也不断增加，同时在高温下的粗化速率也不断增加。为了抑制高温下碳氮化物的严重粗化，碳氮化物的含量被严格限制。为了增加第二相体积分数，提高析出强化效果，特别引入不含C、N的金属间化合物，从而达到多相析出强化效果。Laves相结构为A2B（A主要为Fe、Cr，B主要为Ti、Nb、Mo、W等），且不含C、N元素。其中，Mo、W元素由于不参与Cr
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C6、Cr2N、Nb（C，N）等碳氮化物形成，所以Mo、W元素添加对上述碳氮化物的析出行为影响不大。Mo、W作为高熔点和大尺寸金属原子在奥氏体中的扩散速率较小，形成的Fe2Mo和Fe2W相比于其它Laves相具有更低的粗化速率。此外，Mo、W原子尺寸大，其固溶强化效果更显著，Mo、W添加还能提高钢的耐蚀性能。除此之外，玻璃固化封装容器中的高放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢，其特征在于，该不锈钢由以下质量分数的成分制成：C 0.05%~0.2%，N 0.05%~0.5%，Si 0.2%~1.0%，Cr 18%~24%，Ni 12%~17%，Nb 0.03%~1.0%，Ce 0~0.1%，Mn 1.0%~2.0%，Mo+W 0~10%，Co≤0.3%，S≤0.01%，P≤0.02%，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种高放废液玻璃固化封装容器用不锈钢，其特征在于，所述不锈钢由以下质量分数的成分制成：C 0.07%~0.15%，N 0.15%~0.3%，Si 0.2%~1.0%，Cr 18%~24%，Ni 12%~17%，Nb 0.03%~0.6%，Ce 0.02%~0.08%，Mn ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张于胜，刘后龙，余中狄，王军杰，王聪，吴金平，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：