專利名稱：奧氏體不銹鋼合金的制作方法

　　技術領域：

　　本發明涉及在高劑量輻照環境中(例如在核裂變反應堆內使用的奧氏體不銹鋼成份。本發明特別涉及到這樣的一種奧氏體不銹鋼合金成份，即兼有高的耐輻照腐蝕性和降低長時間輻照而引起的放射性。

　　不銹鋼合金，特別是那些高鉻-鎳型的不銹鋼合金，由于具有十分優良的耐腐蝕性和耐其他浸蝕環境的性能，通常被用于核反應堆中的零件。例如，核燃料、中子吸收控制裝置和中子源容器常常被包覆或裝入304型不銹鋼或類似合金成份的殼體。包括上述在內的許多這類零件位于核反應堆裂變燃料的中心部分和周圍，例如高溫高劑量輻照下的浸蝕環境最為惡劣的。

　　一般認為，固溶處理或軋制退火的不銹鋼基本上可以免除晶界應力腐蝕裂紋，其他的變質源和破壞源，由于暴露在高劑量輻照以后出現的晶界應力腐蝕裂紋使不銹鋼降級和受到破壞。例如，在水冷卻核裂變反應堆的裂度燃料的中心和周圍部分使用中所一般遇到的情形。雖然不銹鋼金屬已處于所謂的固溶或軋制退火狀態，即給予典型的1850°至2020°F范圍內的加熱處理，爾后快速冷卻，作為使碳化物固溶和阻止碳化物在晶界成核和析出的手段，但是仍舊產生了與上述輻照有關的晶界應力腐蝕裂紋破壞。

　　因此，可以推論出，由集中激發(concentratedfield)或延長暴露或其兩者所引起的高劑量輻照是產生不銹鋼降級的一個很重要的原因，因為該輻照連同其它可能的因素一起加速了其中夾雜物的偏析。

　　為此，對沒有經固溶處理或軋制退火去敏化的，或經過輻照的不銹鋼作了減輕其晶界應力腐蝕的研究，其中包括研制穩定化的合金。例如，研制了含有多種合金元素的合金，這些合金元素是用來形成穩定的碳化物的。如此穩定的碳化物會阻礙退火溫度(至少1900°F)下的固溶化，因此碳被固定下來，防止了以后在高溫下暴露時碳化鉻的形成。在所提到的合金元素中，包括鈦、鈮和鉭。在市場銷售的348型牌號不銹鋼是這類不銹鋼合金的一個實例。在金屬手冊(MetalHandbook)第九版，1980年，第3卷，第5頁中列出的348型不銹鋼的合金成份(重量%)如下CMnSiCrNiPSCuNb+Ta0.082.001.0017.0-9.0-0.0450.030.210×%C最多最多最多19.013.0最多最多最多最少本發明包括一種不銹鋼合金成份，該成份的合金元素具有特殊的比率，用于暴露在輻照下。該奧氏體不銹鋼合金成份提供了抗輻照的降級效應的能力，并且降低了長時期輻照所引起的放射性。

　　本發明的主要目的是提供一種奧氏體不銹鋼合金成份，所述的成份對由于長期高劑量輻照暴露引起的有害作用具有有效的抵抗能力。

　　本發明另一個目的是提供一種奧氏體不銹鋼合金成份，當該成份受到長期高劑量輻照時基本上保持其完整的物理化學性能。

　　本發明又一個目的是提供一種奧氏體不銹鋼合金成份，該成份具有有效的耐輻照所引起的晶界應力腐蝕裂紋性能。

　　本發明還有一個目的是提供一種奧氏體不銹鋼的合金成分，該成份可使長時期施加的放射性減少到最低限度，這種放射性是由于在使用時暴露在高劑量輻照下所形成的。

　　本發明的最后一個目的是提供一種奧氏體不銹鋼的合金成份，該成份在其受輻照后顯示出少量的輻射發射物，因此清洗輻射發射物的費用較低。

　　本發明尤其著重于鉻-鎳奧氏體不銹鋼會遇到的對輻照降級敏感的可能缺陷，所述的不銹鋼包括304型和相當高的鉻-鎳合金，例如列于C.L.Mantell編緝的1985年版工程材料手冊(EngineeringMaterialsHandbook)5-12頁和5-13頁的表5-4中的一些合金。這些合金包括若干奧氏體不銹鋼，其成份為(重量%)18-20Cr、9-11Ni、≤2Mn、其余是Fe和容易產生的雜質。

　　本發明包括改進的304型奧氏體不銹鋼、添加的合金元素具有精確比率的特殊的合金成份，以及某些成份有一定界限的標準奧氏體不銹鋼合金。

　　因此，本發明的合金成份包括鐵基、鉻、鎳和錳，其成份如下(重量%)18-20Cr、9-11Ni、1.5-2Mn，其余為Fe和容易產生的雜質。除了基本的合金成份和必要的條件外，合金中的C含量被限制在0.02-0.04%(重量)。并且Nb+Ta的組合總量≥14×C(重量%)，而其總量最多為整個合金的0.65%(重量)，而Nb含量最多約為0.25%(重量)。因此Ta含量的變化可以達到整個合金的0.4%(重量)。

　　本發明的合金成份除了C含量和(Nb+Ta)的組合含量有一定的比例外，包括若干容易產生的成份和本發明合金的其他成份(重量%)為Fe剩余部分Cr18.0-20.0Ni9.0-11.0Mn1.5-2.0P0.005(最多)S0.004(最多)Si0.03(最多)Ni0.03(最多)Al0.03(最多)Ca0.01(最多)B0.003(最多)Co0.05(最多)連同其他特性一起，上述的特殊奧氏體不銹鋼合金成份提供了高等級的耐高劑量輻照和(或)長期輻照暴露的應力腐蝕裂紋性能，并且沒有招致長時期產生的放射性。因此，本發明的合金成份特別適用于制造各種在核裂變反應堆內和周圍使用的零件，將保持零件的完整性，并且無論在輻照環境的長時期使用下，能有效地運行。然而，本發明的合金成份還將輻照產生的長期放射性減少到最低限度，從而降低了使用結束后的處理零件的安全性要求和費用要求，并且大大地縮短了零件的處理周期。

　　如下為本發明最佳的奧氏體不銹鋼合金成分的實例。

　　合金成份重量%C0.033Cr19.49Ni9.34Ta0.40Nb0.02S0.003P0.001N0.003Si0.03Fe剩余部分物理性能屈服強度，KSI40.0-47.0延伸率，%48-52晶粒度(ASTM)9.5級硬度RB

　　權利要求

　　1.一種暴露在輻照下工作的不銹鋼合金成份，該成份具有耐輻照引起的應力腐蝕裂紋性和降低長時間輻照所引起的放射性，由低碳含量組成的奧氏體不銹鋼合金成份包括(重量%)18-20Cr、9-11Ni、1.5-2Mn、0.04C(最多)、Nb+Ta的組合含量≥14×C、Nb含量約被限制為整個合金的0.25，其余成份包括Fe和容易產生的雜質。

　　2.根據權利要求1的不銹鋼成份，其中合金成份含有0.02-0.04%C(重量)。

　　3.根據權利要求1的不銹鋼成份，其中合金成份最多含有0.4%Ta(重量)。

　　4.根據權利要求1的不銹鋼成份，其中合金成份至少含有0.28%(Nb+Ta)(重量)。

　　5.一種暴露在輻照下工作的不銹鋼合金成份，該成份具有耐輻照引起的應力腐蝕裂紋性和降低長時間輻照所引起的放射性，由低碳含量組成的奧氏體不銹鋼合金成份包括(重量%)18-20Cr、9-11Ni、1.5-2Mn、0.04C(最多)、Nb+Ta的組合含量≥14×C、Nb＜0.25、0.005P(最多)、0.004S(最多)、0.03Si(最多)、0.03N(最多)、0.03Al(最多)、0.01Ca(最多)、0.003B(最多)、0.05Co(最多)、其余的合金成份包括Fe和容易產生的雜質。

　　6.根據權利要求5的不銹鋼成份，其中合金成份含有0.02-0.04%C(重量)。

　　7.根據權利要求5的不銹鋼成份，其中合金成份最多含有0.4%Ta(重量)。

　　8.根據權利要求5的不銹鋼成份，其中合金成份至少含有0.28%(Nb+Ta)(重量)。

　　9.根據權利要求5的不銹鋼成份，其中合金成份最多含有0.65%(Nb+Ta)(重量)，而最多含有0.25%Nb(重量)。

　　10.一種暴露在輻照下工作的不銹鋼合金成份，該成份具有耐輻照所引起的應力腐蝕裂紋性和降低長時間輻照引起的放射性，由低碳含量組成的奧氏體不銹鋼合金成份包括(重量%)18-20Cr、9-11Ni、1.5-2Mn、0.02-0.04C、Nb+Ta的組合含量≥14×C、0.65(Nb+Ta)(最多)、0.25Nb(最多)、0.005P(最多)、0.004S(最多)、0.03Si(最多)、0.03N(最多)、0.03Al(最多)、0.01Ca(最多)、0.003B(最多)、0.05Co(最多)，其余的合金成分包括Fe和容易產生的雜質。

　　全文摘要

　　本發明介紹了一種鉻-鎳奧氏體不銹鋼的合金成份，其包括C含量和(Nb+Ta)的組合含量具有特殊的比例關系。

　　文檔編號C22C38/00GK1035854SQ8910010

　　公開日1989年9月27日 申請日期1989年1月3日 優先權日1988年3月11日

　　發明者戴維·約翰·科茨, 杰拉德·邁倫戈登, 阿爾文·約瑟夫·雅各布斯, 戴維·韋斯利·桑德斯基 申請人:通用電氣公司