一種高硼含量的硼不銹鋼的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硼不銹鋼的制備方法，具體涉及的是一種高硼含量的硼不銹鋼的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硼吸收中子后，只產(chǎn)生軟γ光子(約0.5Mev)和很容易被吸收的α粒子，而沒(méi)有大的 剩余感生放射性。因而高硼含量的硼不銹鋼是一種性能優(yōu)良的屏蔽材料，具有良好的中子 吸收和屏蔽射線的能力，被廣泛使用在各種屏蔽系統(tǒng)中，如反應(yīng)堆的堆芯屏蔽，乏燃料貯運(yùn) 系統(tǒng)的反應(yīng)性控制等。
[0003] 硼不銹鋼是硼化物的均勻彌散在不銹鋼基體中形成的一種合金。硼的加入會(huì)導(dǎo)致 材料的機(jī)械性能、腐蝕性能、加工性能等的大幅劣化。所以如何保證在加入適當(dāng)?shù)呐鸷?，?料的綜合性能良好，這對(duì)材料的制備工藝提出了較高的要求，這也是我國(guó)一直沒(méi)有硼不銹 鋼制造技術(shù)的原因。因而根據(jù)性能，高硼不銹鋼可以分為Α級(jí)和Β級(jí)，Α級(jí)不僅可以用作屏蔽 吸收中子材料，還可兼作結(jié)構(gòu)材料，是名副其實(shí)的結(jié)構(gòu)-屏蔽一體化材料;而B(niǎo)級(jí)只能用作中 子吸收材料，使用時(shí)一般需要結(jié)構(gòu)材料作輔助。
[0004] 目前，美國(guó)、日本、英國(guó)、奧地利、西班牙等國(guó)都具備生產(chǎn)硼不銹鋼的技術(shù)。美國(guó)的 Carpenter Technology Corporation、英國(guó)的British Steel Corporation、日本的Nippon Kokan K. K(NKK)和Toshiba以及奧地利的B6h〗erBleche，都能生產(chǎn)硼不銹鋼。但從硼不銹 鋼材料制造技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，采用鑄造加鍛造的方法一般只能生產(chǎn)ASTM A887-89規(guī)定的B 級(jí)BBS，而要生產(chǎn)A級(jí)BBS只能通過(guò)特有的粉末冶金(PM)工藝制備。因此，在具備硼不銹鋼生 產(chǎn)能力的國(guó)家中，目前只有美國(guó)能夠采用粉末冶金法生產(chǎn)A級(jí)硼不銹鋼。其他國(guó)家大多采用 鑄/鍛法制備B級(jí)硼不銹鋼。
[0005] 粉末冶金法制備的硼化物通常呈圓形、細(xì)小有釘扎位錯(cuò)的作用，材料的宏觀表現(xiàn) 為有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，特別是較為優(yōu)良的沖擊性能。PM-BBS制備的難點(diǎn)在于燒結(jié)時(shí)不銹鋼 粉表面的氧化膜使得燒結(jié)的致密化作用不明顯，通過(guò)添加適當(dāng)?shù)呐鸹衔锬軌虍a(chǎn)生活性燒 結(jié)。例如：硼化物CrB在燒結(jié)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為Cr 2B，并在Cr2B和基體之間發(fā)生共晶反應(yīng)形成液 相，液相燒結(jié)大大改善了壓坯的致密度。采用該方法制備的BBS可達(dá)到全致密，致密化也是 能改善粉末冶金硼不銹鋼的拉伸性能和沖擊性能的主要手段。FeB和NiB粉末在燒結(jié)中也起 類似作用。但上述PM-BBS制備方法中，由于硼的加入導(dǎo)致了硼不銹鋼材料塑性差、成型困難 的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于硼的加入導(dǎo)致含硼不銹鋼材料塑性差、成 型困難的問(wèn)題，本發(fā)明提供了成功制備工程尺寸的高硼含量的不銹鋼板材的一種高硼含量 的硼不銹鋼的制備方法。
[0007] 為解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種高硼含量的硼不銹鋼的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備含硼的不銹鋼原材料； (2) 將含硼的不銹鋼原材料裝在擠壓筒中進(jìn)行封裝，在900°C-1200°C之間保溫直至粉 料完全熱透，再擠壓形成板坯； (3) 將板坯乳制成成品。
[0008] 現(xiàn)有PM-BBS制備過(guò)程是:通過(guò)添加適當(dāng)?shù)呐鸹衔锬軌虍a(chǎn)生活性燒結(jié)，如:硼化物 CrB在燒結(jié)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為Cr2B，并在Cr2B和基體之間發(fā)生共晶反應(yīng)形成液相，液相燒結(jié)大大 改善了壓坯的致密度。該成型方法是將基體液化，進(jìn)而提高致密性，但該基體液化的方法導(dǎo) 致了塑性差、成型困難的問(wèn)題。同時(shí)該方法需要漫長(zhǎng)的燒結(jié)過(guò)程，燒結(jié)過(guò)程中造成硼的損 失。
[0009] 本發(fā)明采用的是通過(guò)擠壓筒擠壓形成板坯，再通過(guò)乳制制成工程尺寸的成品的方 法;該擠壓筒擠壓的方法有效提高含硼不銹鋼材料的塑性，通過(guò)乳制后即可制成不同規(guī)格 尺寸的成品。本發(fā)明的成型過(guò)程與PM-BBS制備方法相比更加簡(jiǎn)單、操作更加簡(jiǎn)便，同時(shí)避免 了漫長(zhǎng)燒結(jié)過(guò)程導(dǎo)致的硼的損失，且成型成品的尺寸規(guī)格便于控制。
[0010] 且經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的板材密度高、抗拉強(qiáng)度均達(dá)到500Mpa 以上，其板材綜合性能優(yōu)良，符合A級(jí)硼不銹鋼的要求。
[0011] 作為一種優(yōu)選，所述步驟(2)中擠壓應(yīng)變速率為0.01-5 s4,擠壓比在6-10之間。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟(1)中含硼的不銹鋼原材料為含硼的不銹鋼粉末，或含硼的不銹 鋼粉末經(jīng)過(guò)壓制后制成的坯料。兩者的區(qū)別在于同樣體積的擠壓筒中加入的材料重量不 同，含硼的不銹鋼粉末的裝料量少于坯料的裝料量，但擠壓出的板坯的密度差別不大。
[0013] 更進(jìn)一步，所述含硼的不銹鋼粉末的制備工藝包括： 在不銹鋼熔煉的過(guò)程中加入含硼化合物，共同熔煉后制成含硼的不銹鋼粉末;或?qū)⒉?銹鋼粉末與硼化物粉末進(jìn)行機(jī)械混合，使硼化物在不銹鋼粉末中混合均勻而制成含硼的不 銹鋼粉末。
[0014] 熔煉得到的含硼的不銹鋼粉末與機(jī)械混合得到的含硼的不銹鋼粉末兩種加入方 式的區(qū)別在于:硼化物在不銹鋼基體中的分布形態(tài)有區(qū)別，第一種加入方式中硼化物彌散 分布在不銹鋼基體相中，每個(gè)粉末顆粒中都含有硼化物;第二種加入方式中硼化物以粉末 顆粒形式與不銹鋼粉末形成機(jī)械混合物。但上述兩種方式對(duì)擠壓出的板坯的密度影響均不 大。
[0015] 根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)硼元素的含量高于3%后，材料的脆性導(dǎo)致材料難以制備成型， 不具有可加工性能。另外根據(jù)實(shí)際使用的情況，也基本沒(méi)有硼含量高于3%的材料用于實(shí)際 使用。所以在目前的技術(shù)水平下，硼含量大于3%的材料即難于加工也沒(méi)有實(shí)際使用的例 子，所以本方法也沒(méi)有運(yùn)用于制備硼含量大于3%的材料。因而，本發(fā)明特針對(duì)硼含量在3% 以下的硼不銹鋼材料的制備技術(shù)。
[0016] 為了能有效提高乳制成品的密度，進(jìn)而有效增加抗拉強(qiáng)度，所述步驟(3)中乳制溫 度在950°C_1200°C之間。
[0017] 為了能得到預(yù)定尺寸的成品，且使制成成品的尺寸精確度更高，所述步驟(3)中乳 制的過(guò)程如下:將板坯通過(guò)熱乳形成板材后，再經(jīng)過(guò)冷乳形成預(yù)定尺寸的成品。
[0018] 為了能避免與空氣中氧氣接觸，減少表面氧化膜的生成，所述步驟(2)中的封裝為 真空封裝。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果： 1、 本發(fā)明通過(guò)擠壓筒擠壓形成板坯，再將板坯乳制成成品的方法，有效克服了含硼不 銹鋼材料塑性差、成型困難的問(wèn)題，使本發(fā)明方法的操作過(guò)程更加簡(jiǎn)單、易控制，并使成型 成品的尺寸可控，同時(shí)能有效提尚成品綜合性能； 2、 本發(fā)明制成的成品可應(yīng)用于反應(yīng)堆的堆芯屏蔽以及燃料貯運(yùn)系統(tǒng)中，因而本發(fā)明的 方法可為反應(yīng)堆的堆芯屏蔽以及燃料貯運(yùn)系統(tǒng)提供關(guān)鍵材料； 3、 本發(fā)明的工藝流程短，硼化物在制備過(guò)程中損失少，沒(méi)有漫長(zhǎng)的燒結(jié)過(guò)程，含硼化合 物在不銹鋼基體中分布均勻；且通過(guò)擠壓和乳制使材料致密度高，進(jìn)而有效增加成品的密 度，促使成品的機(jī)械性能優(yōu)良。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 [0021 ] 實(shí)施例1 一種高硼含量的硼不銹鋼的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備含硼的不銹鋼原材料； (2) 將含硼的不銹鋼原材料裝在擠壓筒中進(jìn)行封裝，在900°C-1200°C之間保溫直至粉 料完全熱透，再擠壓形成板坯； (3) 將板坯乳制成成品。
[0022]本實(shí)施例的具體操作步驟如下： 采用硼含量為〇. 5wt%的含硼不銹鋼預(yù)制粉末，即在不銹鋼熔煉的過(guò)程中加入含硼化合 物，共同熔煉后制成含硼的不銹鋼粉末，該含硼的不銹鋼粉末的