Коррозионно-стойкая сталь

 

Коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологической пластичности при температурах горячей деформации при одновременном снижении склонности к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, она дополнительно содержит ванадий, церий, алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас. %: Углерод - 0,02 - 0,10 Кремний - 0,10 - 0,80 Марганец - 0,10 - 0,50 Хром - 13,0 - 16,0 Бор - 1,0 - 2,0 Ванадий - 0,05 - 0,35 Церий - 0,01 - 0,04 Алюминий - 0,15 - 0,80 Титан - 2,0 - 4,0
Железо - Остальное

Изобретение относится к металлургии и касается разработки состава коррозионно-стойкой экономно-легированной стали, которая обладает высокой способностью к поглощению нейтронов, технологичностью при горячей и холодной обработке давлением и может быть использована в атомном энергомашиностроении в качестве материала для защитных чехлов при транспортировке и хранении ядерного топлива, а также для внутрикорпусных экранных устройств. Известна коррозионно-стойкая сталь ОХ18Н10Р (ЭП 287) [1] содержащая, мас. Углерод До 0,07
Кремний До 0,8
Марганец До 1,50
Хром 18,0 20,0
Никель 9,0 11,0
Бор 0,65 1,15
Железо Остальное
Недостатками этой стали являются низкая технологическая пластичность при температурах горячей пластической деформации, неудовлетворительная способность к поглощению нейтронов, а также склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением в средах АЭС. Известна также коррозионно-стойкая сталь ОХ18Н15Р (ЭП 304) [2] содержащая, мас. Углерод До 0,06
Кремний До 0,08
Марганец До 0,7
Хром 18,0 20,0
Никель 14,0 16,0
Бор 1,3 1,8
Железо Остальное
Недостатком известной стали при удовлетворительной способности к поглощению нейтронов является низкая технологическая пластичность при температурах горячей деформации, а также склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию в средах АЭС, что не позволяет использовать ее при изготовлении чехлов для хранения и транспортировки отработанного топлива АЭС. Цель изобретения повышение технологической пластичности при температурах горячей деформации при одновременном снижении склонности к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Для достижения поставленной цели описываемая коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, железо, дополнительно одержит ванадий, церий, алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,02 0,10
Кремний 0,10 0,80
Марганец 0,10 0,50
Хром 13,0 16,0
Бор 1,0 2,0
Ванадий 0,05 0,35
Церий 0,01 0,04
Алюминий 0,15 0,8
Титан 2,0 4,0
Железо Остальное
Введение титана в борсодержащую коррозионно-стойкую композицию позволяет получить хорошую технологическую пластичность при обработке металла давлением, повышает стойкость против межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением в средах, содержащих хлориды. При наличии в стали бора резко понижается технологическая пластичность материала, повышаются прочностные свойства, понижается ударная вязкость. Понижение пластичности при горячей деформации связано с образованием боридных эвтектик, располагающихся в междендритных пространствах. Температура плавления некоторых боридных эвтектик приходится на область нагрева под горячую обработку металла давлением. Например, боридная эвтектика с никелем образуется при 950 1000^oC. При горячей деформации металла, имеющего в структуре боридную эвтектику, образуются трещины. Для предотвращения этого явления необходимо связать бор в борид, температура плавления которого была бы выше температуры горячей пластической деформации. Таким элементом является титан, который образует с бором борид титана TiB₂, температура плавления которого составляет 2800^oC. Кроме того, титан, образуя бориды, а также карбиды и нитриды, способствует сохранению хрома в металлической матрице и тем самым способствует и получению высокого уровня коррозионных характеристик стали. При введении в сталь титана в количествах менее 2% этот элемент не обеспечивает полного замещения хрома в неметаллических фазах (боридах, карбидах, нитридах), что приводит к нестабильности технологических и коррозионных свойств стали. Верхний предел содержания титана в заявляемой стали задан из технологических соображений: при содержании в стали более 4% титана существенно затрудняется проведение заключительной стадии плавки и разливки стали, металл загрязнен пленками и содержит чрезмерное количество окислов и нитридов титана. Введение в описываемую сталь одновременно с титаном ванадия в количествах 0,05 0,35% и церия в количествах 0,01 0,04% также способствует повышению ее технологических и эксплуатационных свойств. Эти элементы приводят к измельчению и более равномерному распределению неметаллических фаз в объеме металла, за счет перевода выделений вторичных фаз с границ в тело зерна они повышают стойкость стали против межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Присутствие в стали ванадия и церия в количествах менее 0,05 и 0,01% соответственно не отражается на ее свойствах: в металле, как и при полном отсутствии этих элементов, часто встречаются грубые зернограничные выделения вторичных фаз, снижающие его технологические и эксплуатационные свойства. Превышение верхних пределов концентрацией ванадия и церия нецелесообразно в связи с отсутствием дальнейшего улучшения свойств (в отношении ванадия) и возникновением технологических затруднений затягивание стаканчика в сталеразливочном ковше при содержании более 0,04% церия в металле. Алюминий в заявленных пределах (0,15 0,8%) способствует более надежному обеспечению заданных концентраций в стали таких легкоокисляющихся элементов, как титан и церий. При наличии в стали менее 0,15% алюминия степень окисления этих элементов значительна и не одинакова на разных плавках, что создает большие технологические трудности. Введение же в сталь более 0,8% алюминия может привести к снижению ее эксплуатационных характеристик из-за чрезмерного загрязнения включениями глинозема. Химический состав и свойства описываемой стали, а также известной стали представлены в таблице. Описываемую сталь можно выплавлять в открытых дуговых электропечах, в вакуумных индукционных и плазменных печах, возможен также электрошлаковый и вакуумный дуговой переплав этой стали. Описываемая сталь обладает высокой технологической пластичностью в интервале температур от 850 до 1150^oC, что позволяет изготавливать из нее трубную заготовку для дальнейшего передела на шестигранные чехловые трубы и другие изделия; многочисленные коррозионные испытания показали отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Это позволяет использовать сталь в качестве материала для изготовления чехловых шестигранных труб с размером "под ключ" 255 мм, с толщиной стенки 5,5 мм, а также листа для внутрикорпусных защитных экранов в реакторах АЭС. Шестигранные чехловые трубы из описываемой стали дают возможность перейти к уплотненному хранению отработанных твэлов, а также обеспечивают надежную нейтронную защиту при их транспортировке.

Формула изобретения

Коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологической пластичности при температурах горячей деформации при одновременном снижении склонности к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, она дополнительно содержит ванадий, церий, алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,02 0,10
Кремний 0,10 0,80
Марганец 0,10 0,50
Хром 13,0 16,0
Бор 1,0 2,0
Ванадий 0,05 0,35
Церий 0,01 0,04
Алюминий 0,15 0,80
Титан 2,0 4,0
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---