сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов
Классы МПК: | C22C38/60 содержащие свинец, селен, теллур или сурьму или более 0,04% серы по массе |
Автор(ы): | Горынин И.В., Карзов Г.П., Филимонов Г.Н., Цуканов В.В., Богданов В.И., Яновский Г.В., Повышев И.А., Бережко Б.И., Коркунов В.Н., Просвирин А.В., Васильев В.Г., Ильин Ю.В., Коновалов И.А., Егоров М.Ф., Алексеев В.К., Кухтевич И.В., Рубинштейн М.В. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей", Акционерное общество открытого типа "Ижорские заводы", Научно-исследовательский и проектный институт "Атомэнергопроект" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-17 публикация патента:
20.08.1998 |
Сущность: сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,08 - 0,14; марганец 0,30 - 0,65; кремний 0,17 - 0,42; хром 0,50 - 1,00; никель 1,00 - 1,40; молибден 0,40 - 0,60; титан 0,01 - 0,05; алюминий 0,005 - 0,03; кальций 0,001 - 0,01; медь 0,05 - 0,30; церий 0,005 - 0,03; сера 0,003 - 0,025; фосфор 0,003 - 0,025; мышьяк 0,002 - 0,035; сурьма 0,001 - 0,005; олово 0,001 - 0,005; железо остальное, при этом суммарное содержание сурьмы, олова и мышьяка не превышает 0,04%. Техническим результатом изобретения является повышение сопротивления хрупкому разрушению, связанное с измельчением зерна как после основной термообработки, так и в зоне сварного соединения, что способствует повышению надежности и ресурса изготовленных из нее сварных конструкций, работающих при температурах до 400oC. 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций, медь, церий, серу, фосфор, мышьяк, сурьму и олово при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:Углерод - 0,08 - 0,14
Марганец - 0,30 - 0,65
Кремний - 0,17 - 0,42
Хром - 0,50 - 1,00
Никель - 1,00 - 1,40
Молибден - 0,40 - 0,60
Титан - 0,01 - 0,05
Алюминий - 0,005 - 0,03
Кальций - 0,001 - 0,01
Медь - 0,05 - 0,30
Церий - 0,005 - 0,03
Сера - 0,003 - 0,025
Фосфор - 0,003 - 0,025
Мышьяк - 0,002 - 0,035
Сурьма - 0,001 - 0,005
Олово - 0,001 - 0,005
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание сурьмы, олова и мышьяка не превышает 0,04 %.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии сложнолегированных сталей, содержащих в качестве основы железо, углерод, хром, марганец, кремний, никель, молибден, титан, и может быть использовано для изготовления защитных оболочек, страховочных корпусов реакторных установок и др. конструкций, работающих при температурах до 400oC. Известны стали, используемые для указанных целей в соответствующих отраслях промышленности (а.с. N 412278, 624952 и др.), а также другие аналоги, указанные в патентной или в научно-технической литературе. Наиболее близкой к заявляемой стали по назначению и составу ингредиентов является сталь по а.с. N 624952, содержащая в мас.%:углерод - 0,08 - 0,12
марганец - 0,30 - 0,60
кремний - 0,17 - 0,37
хром - 1,0 - 0,30
никель - 1,10 - 1,35
молибден - 0,40 - 0,60
титан - 0,01 - 0,05
иттрий - 0,005 - 0,010
лантан - 0,02 - 0,05
железо - остальное. Основными недостатками этой стали, применяемой в виде листов и листовых заготовок, являются: недостаточная сопротивляемость развитию трещины (KIc = 110 МПа ), что связано со значительным размером зерна как в состоянии поставки после термоулучшения - балл зерна 5 - 7, так и в зоне термовлияния после сварки - балл зерна 3 - 5; необходимость подогрева при сварке в толщинах более 40 мм. Кроме того, сталь подвержена деформационному старению при температурах эксплуатации 200 - 250oC. Целью изобретения является создание стали для защитных оболочек реакторных установок, обладающей высокой сопротивляемостью тепловому охрупчиванию, повышенной сопротивляемостью хрупкому разрушению, свариваемостью без подогрева в толщинах до 60 мм без послесварочной термообработки, повышенной устойчивостью к деформационному старению. Поставленная цель достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, дополнительно вводят кальций, алюминий, церий, мышьяк, сурьму, олово, серу и фосфор. Предлагается сталь, содержащая в мас.%:
углерод - 0,08 - 0,14
марганец - 0,30 - 0,65
кремний - 0,17 - 0,42
хром - 0,50 - 1,00
никель - 1,00 - 1,40
молибден - 0,40 - 0,60
титан - 0,01 - 0,05
кальций - 0,001 - 0,01
алюминий - 0,005 - 0,03
церий - 0,005 - 0,03
сера - 0,003 - 0,025
фосфор - 0,003 - 0,025
медь - 0,05 - 0,30
мышьяк - 0,002 - 0,035
сурьма - 0,001 - 0,005
олово - 0,001 - 0,005
железо - остальное
(As,Sn,Sb) 0,040
Введение в состав регламентированного количества алюминия способствует лучшему раскислению стали и обеспечивает достаточно высокую чистоту по оксидам, а также достаточно мелкозернистую структуру. Введение кальция, являющегося десульфатором, и одновременно с этим регламентация верхнего предела содержания серы, фосфора, а также легкоплавких примесей (мышьяка, олова и сурьмы), позволяют снизить их сегрегацию на границах зерен и опасность межзеренного разрушения, что повышает стойкость стали против теплового охрупчивания и сопротивляемость деформационному старению. Микролегирование стали церием преследует цель создания дополнительных центров кристаллизации, измельчение зерна. Кроме того, церий связывает серу и фосфор, образуя с ними термодинамически устойчивые соединения с высокой температурой плавления, что также повышает стойкость стали к тепловому окрупчиванию. В ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с другими предприятиями и заводами проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемой марки стали. Металл выплавлялся в металлургических электродуговых печах с использованием установки внепечного рафинирования и вакуумирования, а также методом электрошлакового переплава в слитки массой до 56 т. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании. Химический состав заявляемой стали представлен в табл.1. Сравнительные свойства прототипа и заявляемой стали представлены в табл. 2. Результаты испытаний показывают, что заявляемая сталь при таком же, как у известной стали, уровне прочности имеет более высокое сопротивление хрупкому разрушению, связанное с измельчением зерна как после основной термообработки, так и в зоне сварного соединения, что способствует повышению надежности и ресурса изготовленных из нее сварных конструкций. Ожидаемый технико-экономический эффект выразится в улучшении сварочно-технологических характеристик, возможности сварки без последующей термической обработки пространственных конструкций из листовых заготовок без опасения получения трещин в процессе сварки и в процессе эксплуатации, что приведет к повышению долговечности защитных оболочек страховочных корпусов, в том числе и при аварийных режимах.
Класс C22C38/60 содержащие свинец, селен, теллур или сурьму или более 0,04% серы по массе