малоактивируемая радиационно стойкая сталь
Классы МПК: | C22C38/52 с кобальтом |
Автор(ы): | Горынин И.В., Рыбин В.В., Карзов Г.П., Николаев В.А., Курсевич И.П., Лапин А.Н., Филимонов Г.Н., Бережко Б.И. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-06-04 публикация патента:
27.08.1999 |
Изобретение относится к металлургии сталей, используемых в ядерной энергетике, в частности для изготовления корпусов реакторов, внутриреакторного оборудования. Предложена сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,13 - 0,18; кремний 0,20 - 0,35; марганец 0,30 - 0,60; хром 2,0 - 3,5; ванадий 0,10 - 0,35; вольфрам 1,0 - 2,0; молибден 0,01 - 0,05; никель 0,01 - 0,05; кобальт 0,01 - 0,05; медь 0,01 - 0,1; алюминий 0,01 - 0,1; ниобий 0,01 -0,05; иттрий 0,05 -0,15; железо остальное. Причем суммарное содержание Ni, Со, Мо, Nb, Сu составляет не более 0,2, а отношение (V + 0,3W)/C составляет 3 -6. Техническим результатом изобретения является то, что сталь обладает более низким уровнем наведенной радиоактивности при более быстром ее спаде после нейтронной экспозиции, а также более высоким сопротивлением хрупкому разрушению в условиях нейтронного облучения при сохранении высокого уровня прочностных свойств. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Малоактивируемая радиационно стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, молибден, медь, кобальт и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вольфрам, иттрий, алюминий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод - 0,13-0,18
Кремний - 0,20-0,35
Марганец - 0,30-0,60
Хром - 2,0-3,5
Ванадий - 0,10-0,35
Вольфрам - 1,0-2,0
Молибден - 0,01-0,05
Никель - 0,01-0,05
Кобальт - 0,01-0,05
Медь - 0,01-0,1
Алюминий - 0,01-0,1
Ниобий - 0,01-0,05
Иттрий - 0,05-0,15
Железо - Остальное
2. Малоактивируемая радиационно стойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание Ni, Со, Мо, Nb, Сu составляет не более 0,2. 3. Малоактивируемая радиационно стойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что отношение (V + 0,3W)/C составляет 3 - 6.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии сталей, используемых в ядерной энергетике, в частности, для изготовления корпусов реакторов и внутриреакторного оборудования. Известны широко применяемые в настоящее время в промышленности для аналогичного назначения стали марок 15Х2МФА-А и 15Х2НМФА-А, ТУ 108-131-75/86, ТУ 108-765-78 соответственно. Основным недостатком этих сталей является высокая активируемость в поле нейтронного излучения за счет ядерных реакций на Ni, Mo, Co, Cu, Nb и др. элементах с образованием долгоживущих радиоактивных изотопов, являющихся источником жесткого
Углерод - 0,13 - 0,18
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 2,5 - 3,0
Ванадий - 0,25 - 0,35
Молибден - 0,60 - 0,80
Никель -

Кобальт -

Медь -

Мышьяк -

Сера -

Фосфор -

Сурьма -

Олово -

Железо - Остальное
Указанная сталь имеет высокие показатели механических свойств в исходном (необлученном) состоянии. Однако в результате нейтронного облучения сталь обладает высоким уровнем наведенной радиоактивности и низким спадом ее после нейтронной экспозиции, а вследствие накопления радиационной повреждаемости - пониженным уровнем механических свойств. Целью изобретения является создание стали, обладающей более низким уровнем наведенной радиоактивности и более быстрым ее спадом после нейтронной экспозиции, а также более высоким сопротивлением хрупкому разрушению в условиях нейтронного облучения при сохранении высокого уровня прочностных свойств. Цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, молибден, кобальт и железо, дополнительно содержит вольфрам, иттрий, ниобий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас%:
Углерод - 0,13 - 0,18
Кремний - 0,20 - 0,35
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 2,0 - 3,5
Ванадий - 0,10 - 0,35
Вольфрам - 1,0 - 2,0
Молибден - 0,01 - 0,05
Никель - 0,01 - 0,05
Кобальт - 0,001 - 0,01
Медь - 0,01 - 0,1
Алюминий - 0,01 - 0,1
Ниобий - 0,01 - 0,05
Иттрий - 0,05 - 0,15
Железо - Остальное
При этом суммарное содержание Ni, Co, Mo, Nb, Cu составляет не более 0,2, а отношение (V+0,3W)/C=3-6. За счет введения в сталь вольфрама и иттрия, нормирования содержания кобальта и алюминия при одновременном ограничении суммарного содержания никеля, кобальта, молибдена, ниобия и меди до 0,2 достигается уменьшение активируемости под действием нейтронного облучения и увеличивается скорость спада наведенной активности. За счет введения в сталь вольфрама и иттрия, а также ограничения отношения (V+0,3W)/C в пределах от 3 до 6 возрастает сопротивление хрупкому разрушению в условиях нейтронного облучения. Введение вольфрама (примерно в эквиатомном соотношении взамен молибдена в известной стали) обеспечивает заявляемой стали также меньшую активируемость под действием нейтронного облучения и более быстрый ее спад во времени после окончания нейтронной экспозиции благодаря меньшему эффективному сечению взаимодействия нейтронов с ядрами вольфрама и меньшему периоду полураспада образовавшихся под облучением изотопов вольфрама, соответственно. При этом не снижается прокаливаемость и уровень механических свойств в исходном (необлученном) состоянии в заявляемой стали в сравнении с известной. Нижний предел содержания вольфрама определятся необходимостью обеспечения прокаливаемости стали в больших толщинах. Ограничение вольфрама по верхнему пределу обусловлено необходимостью обеспечения технологичности заявляемой стали в металлургическом и сварочном производстве. Введение иттрия в количестве 0,05-0,15 способствует рафинированию и измельчению зерна стали. При этом иттрий, являясь малоактивируемым элементом, не увеличивает наведенную активность заявляемой стали. Нижний предел содержания иттрия соответствует минимальной концентрации, при которой отмечается его положительное влияние на рафинирование стали. Значение верхнего предела содержания иттрия обеспечивают сохранение стали достаточную технологичность при горячей обработке давлением. В ЦНИИ КМ "Прометей" произведена выплавка в открытой индукционной печи трех 100-килограммовых слитков заявляемой стали. Слитки проковывались на заготовки размером 50х50х150 мм, затем прокатывались на пластины толщиной 10 мм. Пластины термически обрабатывались по следующему режиму: нормализация от 1000oC, отпуск при 680oC в течение 10 ч. Из термообработанного металла изготавливались цилиндрические образцы размером


