本发明专利技术公开了一种高硼不锈钢板的短流程生产方法，属于金属材料制备领域，用于制造硼含量在０．５～３％，厚度１～１０ｍｍ的高硼奥氏体不锈钢板，其主要过程为：以三层不同硼含量的奥氏体不锈钢复合管坯为原材料，其中中间一层的硼含量为２％～１０％，内外两层奥氏体不锈钢中的硼含量为０％～０．１％；沿轴向将其剖分成３～１０个截面为扇形的部分；然后对切割后的复合板坯沿轴向进行热轧，总变形量为５０％～９０％，中间一层在轧制中碎化，硼元素初步发生扩散；随后进行热扩散退火处理，使硼元素通过扩散分布均匀；再由冷轧工艺提高板材表面质量和尺寸精度。本方法利用硼含量很高时奥氏体不锈钢在高温下的塑性差的特点，通过常规的热轧工艺生产高硼不锈钢板，其工艺流程短，设备操作简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料制备领域，涉及了一种高硼不锈钢板的短流程生产技术，主 要用于核电站燃料储藏、热种子吸收材料等方面。
技术介绍
目前在建的核反应堆堆型主要是以高温(280_350°C )和高压(80-185大气压)水 为工作介质的压水堆，此类堆型通过核裂变来产生能量。核电站运行期间从反应堆卸出的 乏燃料组件几乎全部都采用水下贮存方式贮存在乏燃料贮存格架中。乏燃料贮存格架结构 中配有中子毒物材料，这些中子毒物材料一般具有较高的热中子吸收截面，能够有效吸收 热中子，以确保乏燃料组件贮存时不会达到临界状态，确保核电站的安全运营。目前，含硼 不锈钢是世界核电发达国家常用的中子毒物材料之一。目前含硼不锈钢的发展趋势是尽可 能的增加硼含量、使钢板厚度变薄，目前常用的含硼不锈钢304B7要求含硼量高达1. 75 2. 25%。但硼在钢中的固溶度很低，当硼含量超过在钢中的溶解度时，会形成低熔点硼化物 共晶，导致材料的热成形性大幅度下降。在锻造开坯和热轧成形过程中极易开裂，且钢的硬 度、强度大幅度上升。因此，含硼不锈钢制造难度极大。普遍认为，少量的硼可以提高钢的淬透性和高温强度，并且起到强化晶界的作用。 加微量的硼(0. 0006 0. 0007% )可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。而实际上硼不能溶 于Y相，故过量添加硼会导致析出硼化物，从而使高温延展性大大降低。已有热拉伸试验 表明，当304奥氏体不锈钢中硼含量在0.5%以上时，其在1200°C的延展性几乎为零。对于 含硼量大于1.0%的奥氏体不锈钢，在iioo°c以下轧制，则容易出现边部热裂纹。这说明， 奥氏体不锈钢中硼含量升高时，其热强度升高的同时，塑性急剧降低。含硼奥氏体不锈钢的 实际热加工温度范围也就变得十分狭窄，一般认为是iioo°c 1150°C之间。另一方面，在核燃料的再加工系统中，用含硼不锈钢作为贮运已消耗核燃料容器 材料的需求正在增长，因为这些材料对热能中子具有极好的吸收性能。研究表明，硼含量为 1. 的304奥氏体不锈钢与厚度为其三倍的普通SUS304奥氏体不锈钢板的相同。一般来 说，热中子的衰减率随着不锈钢板层厚度和硼含量的增加而增长。虽然含硼奥氏体不锈钢的热加工十分困难，但是由于其非常重要的用途，还是受 到了广泛的关注。含硼不锈钢的发展趋势是尽可能的增加硼含量、使钢板厚度变薄。未来 要求含硼量高达1. 75%以上。而采用现有的生产方法仍然是以精确控制含硼奥氏体不锈钢 板的实际热变形温度为基础的，故难度依然较大。日本钢管公司通过较高水平的不锈钢冶 炼技术，结合严格控制温度区间的轧制变形，于1989年研制出了加硼不锈钢中厚板，并且 批量生产了 5mm厚的含硼量为1.2%的SUS304奥氏体不锈钢板。国内用类似的生产方法也 成功地试制了此类不锈钢板，并且认为，用高延展性的碳钢对含硼不锈钢板进行包覆轧制 是可行的，但是缺乏试验支持。日本住友公司住友金属工业公司在这类奥氏体不锈钢的基 础上，又采用用添加B元素研制了 NAR304-Bm和NAR304-BN3两种不锈钢，其中前者添加硼 0.6%,后者添加Bi. 1 %，然后以此种带钢成功制备成了圆形和方形的焊管。总体来说，高硼不锈钢虽然应用前景广阔，但由于其塑性变形能力极差，目前其生 产难度仍然较大，国内对这方面的研究也比较少。
技术实现思路
本专利技术公开了一种高硼硼奥氏体不锈钢板的短流程生产方法，对于硼元素平均质 量分数在0. 5 3%的奥氏体不锈钢，以离心铸造或者金属模铸造的复合管坯、板坯为原 料，采用热塑性变形与扩散退火相结合的办法，生产厚度1 10mm的高硼不锈钢板。该方 法只需要在普通的热轧、冷轧设备上即可以实现，不需要进行现有设备的大规模改造。其主要过程为通过离心浇铸工艺得到由三层含硼量不同的不锈钢组成的复合 管坯，其中中间一层的硼含量为2% 10%，内外两层奥氏体不锈钢中的硼含量为0% 0. 1%，而其余合金元素成分均相同；沿长轴方向将其剖分成3 10个截面为扇形的部分， 作为板坯；然后对切割后的复合板坯沿轴向进行热轧，总变形量为50% 90%，中间一层 由于硼含量高而塑性差，在轧制中碎化，并且由于变形量大和热扩散作用，使复合坯料中硼 元素初步发生扩散；随后进行热扩散退火处理，使硼元素通过扩散分布均勻；最后切边，再 由冷轧工艺提高板材表面质量和尺寸精度。所述技术的具体流程为1)原材料选择。本方法选用的坯料为离心浇铸方法生产的三层复合金属管坯，坯料的三层组元金 属均为不锈钢，但中间一层的硼含量高于内层和外层，其余合金元素的成分含量均相同。其 中内外层硼含量相同，均为0. 以下，中间一层硼含量则为2% 10%。管坯各层的厚度以及各层中硼含量的关系按下式进行估算 R1、R2、R3为复合管坯料各层界面处对应的半径(具体见附图1)。C’为内层和外 层中的硼含量，而Cm则是中间一层的硼含量，C则是整体的平均硼含量(均是质量分数)。为提高成材率，一般选择的复合管规格为①500mm 700mm，厚度为40mm 60mm。 确定规格后，可以根据式(1)通过各层的硼含量最终确定管坯尺寸(详见实例)。2)复合坯料的浇铸。采用卧式离心浇铸工艺，先浇铸外层奥氏体不锈钢，硼含量为0% 0. 1%，浇铸 温度为1510°C 1560°C之间，不锈钢厚度约为10mm 30mm，离心机转速为200 400转 /min。待外层不锈钢初步凝固，表层温度为1350°C 1450°C之间时，浇铸中间层奥氏体不 锈钢，其中硼含量可达2% 10%，但其余合金元素含量与内外层相同，其厚度约为10mm 30mm，浇铸温度为1510°C 1540°C之间，离心机转速为200 400转/min。待中间层不锈 钢初步凝固，表层温度为1330°C 1430°C之间时，浇铸最内层奥氏体不锈钢，其厚度约为 10mm 30mm，浇铸温度为1510°C 1560°C之间，不锈钢厚度约为10mm 30mm，离心机转速 为200 400转/min。待浇铸完毕后，适当提高离心机转速至300 900转/min，直至完 全凝固后脱模空冷至室温。整个浇铸和凝固过程中应当通入氩气保护，防止氧化。浇铸后的坯料，内外层均应进行切削，切削量为3mm 5mm，以除去疏松层。 3)将离心复合管坯沿纵轴方向切割成3 10个部分，切割时的圆心角a与复合板宽度B可以用下式进行估计(参见附图2) 其中，R3为最外层的管坯半径，氏则是管坯内壁的半径。考虑到最后要进行切边，可以对估算结果进行圆整，以留出相应的裕量。4)将切割后的坯料放入加热炉进行加热，加热温度为1150°C 1200°C之间，保温 时间为0. 5 2h，期间用氩气进行保护。5)在轧机上对截面为扇形的坯料进行热轧，使中间层与内外层金属结合更紧密， 同时板材厚度减薄，硼元素在样品厚度方向上初步扩散均勻。轧制温度在1180°C 900°C 之间，其中①第1 2道次主要是将扇形的坯料横向矫直，压下量为10% 20%，开轧温度 应当保持在1180°C 1100°C ；②第3 10个道次开始应当加大变形量，采用15% 30%的压下量，温度应当保 持在950°C以上，使铸态组织充分破碎。同时，由于内外两层硼含量很低，而中间本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高硼不锈钢板的短流程生产方法，其特征在于，具体步骤为：１）坯料为离心浇铸方法生产的三层复合金属管坯，坯料的三层组元金属均为不锈钢，中间一层的硼含量质量分数为２％～１０％，内外层的硼含量均为０．１％以下，其余合金元素的成分含量均相同；２）复合坯料浇铸采用卧式离心浇铸，先浇铸外层奥氏体不锈钢，浇铸温度为１５１０℃～１５６０℃之间；待外层不锈钢初步凝固，表层温度为１３５０℃～１４５０℃之间时，浇铸中间层奥氏体不锈钢，浇铸温度为１５１０℃～１５４０℃之间；待中间层不锈钢初步凝固，表层温度为１３３０℃～１４３０℃之间时，浇铸最内层奥氏体不锈钢，浇铸温度为１５１０℃～１５６０℃之间，复合坯料三层离心浇铸机转速均为２００～４００转／ｍｉｎ；待浇铸完毕后，提高离心机转速至３００～９００转／ｍｉｎ，直至完全凝固后脱模空冷至室温，制得离心复合管；３）将离心复合管坯沿纵轴方向切割成３～１０个部分，作为板坯；４）将切割后的板坯坯料放入加热炉进行加热，加热温度为１１５０℃～１２００℃之间，保温时间为０．５～２ｈ；５）在轧机上对截面为扇形的坯料进行热轧，轧制温度在１１８０℃～８５０℃之间，其中：①第１～２道次压下量为１０％～２０％，开轧温度保持在１１８０℃～１１００℃；②第３～１０个道次压下量为１５％～３０％，温度保持在９５０℃以上；③最后２～３个道次压下量为１０％～１５％，直至板厚达到要求的尺寸；６）将热轧后的不锈钢板进行扩散退火处理，退火温度为９５０℃～１１５０℃，保温时间６～２０ｈ，随后应炉冷至４００℃～５００℃，再空冷至室温；７）扩散退火之后的高硼不锈钢板要进行固溶处理，固溶温度为１０５０℃－１１５０℃，保温时间０．５－１．５ｈ，随后油淬或者水淬至室温。８）对于成品厚度小于３ｍｍ的情况，对退火之后钢板进行冷轧，冷轧的第一个道次压下量在１０％～１５％，随后依次减小，直至最终尺寸。...
【技术特征摘要】
一种高硼不锈钢板的短流程生产方法，其特征在于，具体步骤为1)坯料为离心浇铸方法生产的三层复合金属管坯，坯料的三层组元金属均为不锈钢，中间一层的硼含量质量分数为2％～10％，内外层的硼含量均为0.1％以下，其余合金元素的成分含量均相同；2)复合坯料浇铸采用卧式离心浇铸，先浇铸外层奥氏体不锈钢，浇铸温度为1510℃～1560℃之间；待外层不锈钢初步凝固，表层温度为1350℃～1450℃之间时，浇铸中间层奥氏体不锈钢，浇铸温度为1510℃～1540℃之间；待中间层不锈钢初步凝固，表层温度为1330℃～1430℃之间时，浇铸最内层奥氏体不锈钢，浇铸温度为1510℃～1560℃之间，复合坯料三层离心浇铸机转速均为200～400转/min；待浇铸完毕后，提高离心机转速至300～900转/min，直至完全凝固后脱模空冷至室温，制得离心复合管；3)将离心复合管坯沿纵轴方向切割成3～10个部分，作为板坯；4)将切割后的板坯坯料放入加热炉进行加热，加热温度为1150℃～1200℃之间，保温时间为0.5～2h；5)在轧机上对截面为扇形的坯料进行热轧，轧制温度在1180℃～850℃之间，其中①第1～2道次压下量为10％～20％，开轧温度保持在1180℃～1100℃；②第3～10个道次压下量为15％～30％，温度保持在950℃以上；③最后2...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩静涛，解国良，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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