粉末包套真空热轧制备高硼不锈钢复合板的工艺基础研究

作     者：付一峰 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡大勇;魏宏宇

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高硼不锈钢 复合板 气雾粉 热压烧结 致密化 粉末包套真空热轧 

摘      要：随着我国核电能源产业的飞速发展,从反应堆卸出的高放射性乏燃料的后续处理问题变得日益重要。在众多屏蔽材料中,高硼不锈钢不仅能作为屏蔽材料也能作为结构材料,因此在离堆中间贮存中获得广泛使用。常见的高硼不锈钢制备工艺为粉末冶金法和传统熔铸法。由于热加工过程中难以避免生成低熔点共晶硼化物,导致材料塑性、韧性急剧下降,解决高硼不锈钢难加工的问题已成为当下迫在眉睫的事情。针对上述问题,本文提出粉末包套真空热轧复合法,制备出兼具中子屏蔽能力且力学性能优良的高硼不锈钢复合板。本文设计了一种真空加压烧结装置,在Gleeble-3500热模拟试验机上进行粉末烧结致密化模拟试验。在温度1100°C应变速率10s条件下,研究了不同压下量对致密化的影响以及真空度对复合界面的影响。研究发现变形量在60%时烧结体相对密度达到98%。真空度越高,复合界面氧化越少,结合强度更好。当真空度为5Pa或更高时,复合界面发生了良好的冶金结合,无气孔夹杂等缺陷。参考模拟试验数据,制订了实际可行的粉末包套真空热轧工艺参数。为得到芯层厚度:覆层厚度=4:1的复合板,设计合理的包套尺寸,经后期试验检验,实际结果跟预期结果接近。使用真空钎焊炉,在1130°C真空度2.2×10Pa的环境下焊封包套。之后采用多道次小变形量的方法将包套锻轧成厚度为3mm的薄板。对复合板进行1050°C1h的固溶处理。通过粉末包套真空热轧复合法制备的高硼不锈钢复合板,其复合界面实现了冶金结合,硼化物呈小尺寸颗粒均匀分布在晶界上,大力改善了高硼不锈钢复合板力学性能。检测了芯材成分与304B7A接近的复合板的力学性能,其中复合板的屈服强度超过美国ASTM A887-89标准的技术要求,伸长率是304B7A高硼不锈钢板的1.7倍。本文提出粉末包套真空热轧制备高硼不锈钢复合板的思路,并进行了工艺基础研究,能对我国高硼不锈钢的设计和生产提供理论依据和技术指导,具有重要的实际工程意义。