高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，采用本发明专利技术所述方法制备的高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢，可使其中的稀土元素稳定可控、有害杂质元素大幅减少，组织均匀致密，大大改善合金的加工性能、提高成材率，具有良好力学性能和耐高温、耐腐蚀、抗氧化等性能，以及优异的热冷加工性能、焊接性能和机加工性能，在核废料处理领域具有广泛的推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法
本专利技术属于金属材料冶金领域，特别涉及一种高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法。
技术介绍
核能的利用包括发电或者提供核动力(核电站，艇载、舰载或者星载核反应堆)、活化分析(分析物质组成)、放射性侦察、检测和探伤、医学上杀死或者消除癌细胞、农业上改良新品种、海水淡化、核武器(原子弹、氢弹)制造等，在国民经济和国防安全方面具有重要地位和作用。在整个核能开发、利用的工业过程中，会产生大量不再需要(至少现阶段人类无法有效利用)的并具有放射性的废料。核废料包括中低放射性核废料和高放射性核废料两类，前者主要指核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物，占到了所有核废料的99％，后者大多产生于军事装备的制造以及核电站乏燃料(即经受过辐射照射、使用过的核燃料)的后处理，因其具有高度放射性，被称为高放废料。高放废物中含有镎、钚、镅、锝、碘、锶、铯等放射性核素，其主要特点是放射水平高、半衰周期长、核素毒性大和发热性等。高放废物(液体废物)的放射性比活度达3.7×109Bq/L。镎-237、钚-239等半衰期均超过10万年，尚不能用普通的物理、化学或生物方法使其降解或消除，只能靠自身的放射性衰变慢慢减轻其危害。高放废物要达到无害化需要数千年、上万年甚至更长的时间。这些放射性核素一旦进入生物圈，危害极大，因此高放废料的处理处置已成为世界性关注的问题。高放废料处理作为我国百大工程项目之一，已经提高到了国家高度。我国对高放废料治理的工艺路线将采用“玻璃固化－地质处置”，高放废料玻璃固化容器是第一道安全屏障。高放废料玻璃固化容器的制造，可以填补国内空白，对我国核废料处理工程的发展具有重要意义。根据高放废液玻璃固化的技术要求，玻璃固化容器要选用具有较高强度、韧塑性、耐蚀、耐热的金属材料来制造，不锈钢是最佳选择之一。但不锈钢的种类很多，其中按基体微观组织类型分，包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等，其中奥氏体不锈钢是从18Cr-8Ni发展而来的铬镍型铁基合金，是牌号最多、用途最广、用量最大的一类不锈钢，典型的不锈钢牌号有304、309、310、316L、321等；按用途分，包括耐蚀不锈钢、耐热不锈钢、超硬不锈钢等。针对不同的应用需求，要选择不同的不锈钢，或进行不同的合金设计。根据发达国家的经验，高放废液玻璃固化容器主要选择镍铬型奥氏体不锈钢或镍基合金来制造。尽管现有工艺技术在冶炼、重熔、热加工、冷加工等方面已基本满足常规奥氏体不锈钢的制造需求，但在成分精确调控、微量元素控制，尤其是有害元素控制方面，尚不能满足高放废液玻璃固化容器专用核级不锈钢的技术需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，采用本专利技术所述方法制备的高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢，可使其中的稀土元素稳定可控、有害杂质元素大幅减少，组织均匀致密，大大改善合金的加工性能、提高成材率，具有良好力学性能和耐高温、耐腐蚀、抗氧化等性能，以及优异的热冷加工性能、焊接性能和机加工性能，在核废料处理领域具有广泛的推广应用前景。本专利技术的技术方案是：高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，有以下步骤：1)真空熔炼取Fe、Cr、Ni于坩埚中，加热至熔化，进行真空精炼，精炼温度1550～1650℃，精炼时间25～70kg/min，真空度优于10Pa；随后加入C、Si、Mn，充分搅拌，完全熔化；在氮气气氛下加入氮化铬铁，充分搅拌，快速加入Ce至完全熔化；调节钢液温度至1520～1560℃，在氮气气氛下，50～90kg/min的速度浇铸成棒，去除表面氧化皮，得到电极棒；2)电渣重熔配置电渣重熔渣系，其各组分按重量份为：CaF2：55～70份、CaO：8～15份、Al2O3：8～15份、MgO：5～15份、SiO2：1-5份、CeO2：1-5份，渣料充分混匀，烘烤，渣料在结晶器中化渣起弧，将步骤1)所得所述电极棒缓慢插入到熔融的渣液中，调整电压45～60V、电流7000～14000A至稳定后，在氮气或氩气的保护气氛中重熔，重熔完毕前热补缩，重熔完毕后，留置于结晶器中冷却≥30min，脱模，得到电渣锭；3)热加工成型步骤2)所得电渣锭在1050～1180±15℃温度下保温2～3h，经锻造、热轧加工成半成品板材或板坯；锻造或热轧过程采用超声探伤、表面精整等手段来保证产品质量。4)冷加工成型将热轧制得的半成品板材或板坯经1000～1150±10℃×30～60min软化退火处理后，冷轧得到成品板材；5)热处理及成品加工成品板材在1000～1150±10℃温度下固溶热处理，热处理时间按板材厚度δmm×3～5min/mm，经机加工，无损检验、理化检验等，得到高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢成品。所述高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢各组分的重量分含量为：Cr：20.5～23.5％、Ni：10.5～13.5％、Si：0.5～2.5％、Mn：0.5～2.0％、C：0.05-0.15％、N：0.05～0.20％、Ce：0.04～0.08％、Co：≤0.05％、B：≤0.002％、Cu：≤0.05％、V：≤0.05％、S：≤0.01％、P：≤0.015％、Fe：余量。步骤1)所述真空精炼的真空度为>10Pa。步骤1)所述真空精炼保护气氛为氮气。步骤2)所述渣料在800℃烘烤8～12h。步骤2)的重熔过程采用氮气或氩气保护。步骤2)所述补缩采用功率递减法，其补缩起始电流为电渣重熔结束电流，补缩电流下降速率为0.006～0.008kA/s。步骤2)所述电渣锭直径为Φ320～Φ600mm。专利技术的优点及积极效果采用本专利技术所述的真空感应熔炼，可以获得成分稳定可控，杂质含量低的重熔电极棒，为后续获得高纯净度合金钢锭提供坚实基础。而采用本专利技术所述熔渣主要由各种氟化物、氧化物组成，采用所述电渣重熔渣系，可以得到优质的电渣重熔棒。采用电渣重熔制备技术，使电渣重熔电极棒熔化成金属液滴后穿过熔融的渣料层并与之发生复杂的高温物理化学反应，减少合金中的有害杂质元素含量，提高合金纯度，并最终在结晶器底部重新结晶，凝固成组织致密、成分稳定均匀且可控、有害杂质元素含量低的电渣重熔钢锭。采用本专利技术所述制备方法获得的钢锭，不仅化学成分尤其是稀土元素成分稳定可控、纯度高、杂质元素少，而且大大的有利于合金后续的热冷加工，提高了合金成材率，从而获得良好的性能。采用本专利技术所述方法制备的高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢，其具有优良的力学性能和耐高温、耐腐蚀、抗氧化性能，以及良好的热冷加工性能、焊接性能和机加工性能，经申请人实验验证，其室温力学性能为Rm：694～682MPa；Rp0.2：345～356MPa；δ4d：53～58％；HB：187～192。600℃高温拉伸性能：Rm：462～478MPa、Rp0.2：178～185MPa、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，其特征在于，有以下步骤：/n1)真空熔炼/n取Fe、Cr、Ni于坩埚中，加热至熔化，进行真空精炼，精炼温度1550～1650℃，精炼时间25～70kg/min，真空度优于10Pa；随后加入C、Si、Mn，充分搅拌，完全熔化；在氮气气氛下加入氮化铬铁，充分搅拌、熔化，快速加入Ce至完全熔化；调节钢液温度至1520～1600℃，在氮气气氛下，以50～90kg/min的速度浇铸成棒，去除表面氧化皮，得到电极棒；/n2)电渣重熔/n配置电渣重熔渣系，其各组分按重量份为：CaF

【技术特征摘要】
1.一种高放废料玻璃固化容器用核级不锈钢的制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1)真空熔炼
取Fe、Cr、Ni于坩埚中，加热至熔化，进行真空精炼，精炼温度1550～1650℃，精炼时间25～70kg/min，真空度优于10Pa；随后加入C、Si、Mn，充分搅拌，完全熔化；在氮气气氛下加入氮化铬铁，充分搅拌、熔化，快速加入Ce至完全熔化；调节钢液温度至1520～1600℃，在氮气气氛下，以50～90kg/min的速度浇铸成棒，去除表面氧化皮，得到电极棒；
2)电渣重熔
配置电渣重熔渣系，其各组分按重量份为：CaF2：55～70份、CaO：8～15份、Al2O3：8～15份、MgO：5～15份、SiO2：1-5份、CeO2：1-5份，取渣料，充分混匀，烘烤，渣料在结晶器中化渣起弧，将步骤1)所得所述电极棒缓慢插入到熔融的渣液中，调整电压45～60V、电流7000～14000A至稳定后，保护气氛中重熔，重熔完毕前热补缩，重熔完毕后，留置于结晶器中冷却≥30min，脱模，得到电渣锭；
3)热加工成型
步骤2)所得电渣锭在1050～1180±15℃温度下保温2～3h，经锻造、热轧加工成半成品板材或板坯；
4)冷加工成型
将热轧制得的半成品板材或板坯经1000～1150±10℃×30～60min软化退火处理后，冷轧得到成品板材；
5)热处理及成品加工
成品板材在1000～1150±10℃温度下固溶热处理，经机加工，得到高放废料玻璃固化容器用核级...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海定，陈登华，王东哲，何曲波，郑建能，刘应龙，徐永福，何宏宇，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50