Радиационно стойкий аустенитный чугун с шаровидным графитом

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Радиационно стойкий чугун с шаровидным графитом содержит, в мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,8-2,6; марганец 1,5-2,5; никель 9,4-11,0; медь 6,0-7,0; хром 0,06-0,10; ванадий 0,06-0,10; магний 0,03-0,05; кальций 0,01-0,03; церий 0,01-0,03; бор 0,006-0,10; барий 0,01-0,15; гадолиний 0,6-3,0; сопутствующие примеси: сера 0,004-0,01; фосфор 0,004-0,04; кобальт 0,002-0,12; железо остальное. Чугун обладает устойчивостью к агрессивному воздействию веществ, образующихся в атмосфере при ее радиоактивном облучении отработанным ядерным топливом. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.

Известен высокопрочный чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, магний, фосфор, серу, кобальт и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,3-3,8
Кремний 1,8-2,6
Марганец ≤0,35
Никель 0,5-1,4
Медь ≤0,15
Хром ≤0,15
Магний 0,04-0,09
Фосфор ≤0,04
Сера ≤0,015
Кобальт ≤0,12
Железо Остальное

(ГОСТ 7293-85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок» (марки) - М., Госстандарт, 1985)

Недостатком этого чугуна является низкая коррозионная стойкость в условиях воздействия паров воды, радионуклидов и агрессивных газов. Это связано с тем, что отработавшие сборки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) могут иметь повреждения, в том числе сквозные трещины, через которые в период хранения отработавших сборок ТВЭЛ в реакторном бассейне во внутрь их может проникать вода, которая будет выходить из ТВЭЛов в период их хранения в контейнере. Проводимая осушка контейнера после загрузки в него ТВЭЛ не гарантирует полное удаление влаги, и выходящие из них пары будут захватывать с собой летучие радионуклиды (соединения йода-129, оксиды углерода-14 и др.). Кроме того, в период промежуточного хранения ТВЭЛ во внутренней полости контейнера под воздействием радиации образуются оксиды азота, которые образуют с парами влаги коррозионно-активные азотную и азотистую кислоты. При высокой температуре, до которой нагревается атмосфера внутренней полости контейнера за счет тепловыделения отработанного ядерного топлива, это может вызвать интенсивную коррозию элементов конструкции контейнера, ограничивая срок его службы по причине возможной разгерметизации, т.е. снижается надежность контейнера.

Наиболее близким по составу компонентов является аустенитный чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,2-3,0
Кремний 2,4-3,2
Марганец 3,0-4,0
Никель 9,4-11,0
Медь 6,5-7,5
Хром 0,3-0,5
Ванадий 0,01-0,03
Магний 0,03-0,05
Кальций 0,03-0,05
Церий 0,01-0,03
Железо Остальное

(RU 22337170, C22C 37/04, опубликовано 27.10.2008)

Однако известный аустенитный чугун с шаровидным графитом при высокой коррозионной стойкости не обладает достаточно высокой радиационной стойкостью.

Задачей изобретения и его техническим результатом является создание радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, устойчивого к агрессивному воздействию веществ, образующихся в атмосфере при ее радиоактивном облучении отработанным ядерным топливом.

Технический результат достигается тем, что радиационно стойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий, бор, барий и гадолиний, а также сопутствующие примеси: серу, фосфор, кобальт и железо при следующем соотношении компонентов мас.%:

Углерод 2,5-3,5
Кремний 1,8-2,6
Марганец 1,5-2,5
Никель 9,4-11,0
Медь 6,0-7,0
Хром 0,06-0,10
Ванадий 0,06-0,10
Магний 0,03-0,05
Кальций 0,01-0,03
Церий 0,01-0,03
Бор 0,006-0,10
Барий 0,01-0,15
Гадолиний 0,6-3,0

сопутствующие примеси:

Сера 0,004-0,01
Фосфор 0,004-0,04
Кобальт 0,002-0,12,
Железо Остальное

Введение в состав аустенитного чугуна с шаровидным графитом бора, бария и гадолиния в заявленных концентрациях приводит к повышению поглощения радиационного излучения отработанного ядерного топлива и повышению коррозионной стойкости.

Ограничение в чугуне по изобретению концентрации сопутствующих примесей: серы, фосфора и кобальта в заявленных пределах обусловлено снижением их отрицательного влияния на коррозионные свойства аустенитного чугуна. Кроме того, ограничение концентрации кобальта обусловлено его способностью к излучению гамма-лучей под воздействием нейтронного облучения.

Получение чугуна по изобретению осуществляют следующим образом. Выплавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. После расплавления шихты чугун перегревают до 1470-1500°С и на зеркало расплава вводят ванадий и гадолиний, а никель-магниевую лигатуру кладут на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи. После сфероидизирующей обработки и скачивания образовавшегося шлака проводят графитизирующее модифицирование жидкого чугуна ферросиликобарием марки ФС65Ба22 в количестве 0,1% от массы обрабатываемого расплава. Результатом является чугун по изобретению, имеющий структуру аустенита с включениями шаровидного графита.

В таблице приведены химический состав чугуна по изобретению, а также радиационная стойкость, оцененная по величине поперечного сечения захвата тепловых нейтронов чугунами, и температура атмосферы внутренней полости контейнера. Пункты 1-3 относятся к чугуну по изобретению, а п.4 - к известному чугуну по наиболее близкому аналогу.

Из представленных данных видно, что чугун по изобретению обеспечивает достижение поставленного результата: радиационную стойкость при воздействии излучения отработанного ядерного топлива и устойчивость к агрессивному воздействию веществ, образующихся в атмосфере при ее радиоактивном облучении отработанным ядерным топливом.

№№ Содержание химических элементов, мас.% Сечение барн*. Т, °С**
С Si Mn Cu Ni Cr Mg Ca Се Ва В Gd V S P Co
1 2.5 1.8 1.5 6.0 9.4 0.06 0.03 0.01 0.01 0.01 0.006 0.6 0.06 0.004 0.004 0.002 40000 50
2 3.0 2.2 2.0 6.5 10.2 0.08 0.04 0.02 0.02 0.08 0.053 1.8 0.08 0.007 0.022 0.061 46000 40
3 3.5 2.6 2.5 7.0 11.0 0.10 0.05 0.03 0.03 0.15 0.10 3.0 0.10 0.01 0.04 0.12 50000 30
4 2.6 2.8 3.5 7.0 10.2 0.4 0.04 0.04 0.02 - - - 0.02 - - - 0.045 350
* - Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, барн.
** - Температура атмосферы внутренней полости контейнера, °С.

Радиационно стойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит бор, барий и гадолиний, а также сопутствующие примеси: серу, фосфор и кобальт, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,5-3,5
Кремний 1,8-2,6
Марганец 1,5-2,5
Никель 9,4-11,0
Медь 6,0-7,0
Хром 0,06-0,10
Ванадий 0,06-0,10
Магний 0,03-0,05
Кальций 0,01-0,03
Церий 0,01-0,03
Бор 0,006-0,10
Барий 0,01-0,15
Гадолиний 0,6-3,0,

сопутствующие примеси:
Сера 0,004-0,01
Фосфор 0,004-0,04
Кобальт 0,002-0,12,
Железо Остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства мелющих элементов для смесеприготовительного оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при приготовлении асфальта и бетона.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей цементно- и гипсоразмольного оборудования и т.п.

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом. .
Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, и может быть использовано при производстве литых изделий, отличающихся высокими механическими свойствами, в том числе при динамическом нагружении.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства чугуна с вермикулярным графитом. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению ковкого чугуна. .
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства мелющих шаров размольных мельниц, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при дроблении и размоле вольфрамовых руд.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к балансировочному валу поршневого двигателя. Уравновешивающий вал (1) включает опорную шейку (2), на которой уравновешивающий вал (1) установлен в подшипнике, участок (10), на котором зубчатое колесо (5) соединено с уравновешивающим валом без возможности проворота или на котором уравновешивающий вал (1) и зубчатое колесо (5) выполнены монолитно, и участок (8) дисбаланса, на котором расположен дисбаланс, причем зубчатое колесо выполнено из чугуна с шаровидным графитом с незакаленными зубьями (11). Изобретение также относится к зубчатому колесу для уравновешивающего вала и поршневому двигателю с установленным в нем уравновешивающим валом (1). В случае установки через подшипники скольжения уравновешивающий вал (1) может быть выполнен из стали или чугуна, а его опорные шейки (2) могут быть выполнены закаленными или незакаленными. Если уравновешивающий вал (1) устанавливается в подшипниках качения с прямым контактом тел качения с рабочей поверхностью подшипника, то его выполняют из стали, а опорную шейку закаливают. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной стойкости. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения высокопрочных чугунов, и может быть использовано при изготовлении изделий с высокой прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и хорошей обрабатываемостью. Способ включает проведение неполной аустенизации при температуре 920-950°C, с выдержкой 0,5-1 час чугуна, содержащего, в мас.%: углерод - 2,8-3,1 кремний - 3,8-4,1 марганец - 0,25-0,3 магний - 0,05-0,08 медь - 1,2-1,6 никель - 1,8-2,2 сера - 0,01-0,012 фосфор - 0,03-0,04 железо - остальное, и имеющего структуру, состоящую из ферритной матрицы и графитовых включений шаровидной формы, и последующую изотермическую закалку при температуре 300-330°C, выдержкой в течение 1,5 -2 часов с получением структуры с ферритно-аусферритной матрицей. Техническим результатом изобретения является получение конструкционных материалов, обладающих высоким уровнем прочности, ударной вязкости, пластичности. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевой обработке чугуна, и может быть использовано для получения машиностроительных отливок, подвергающихся последущей механической обработке. Способ включает: установление соотношения между способностью к резанию и содержанием карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, причем это соотношение определяется эмпирически из измеренной способности к резанию и измеренных содержаний карбидстабилизирующих элементов на множестве образцов чугуна с вермикулярным графитом, обеспечение чугуна с вермикулярным графитом, определения содержания карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения величины способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом на основе данного соотношения и содержаний карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения по меньшей мере одного первого заданного опорного значения для способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом для крупносерийной механосборки, классификации способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом из сравнения величины его способности к резанию с первым заданным опорным значением. Изобретение позволяет получить чугун с вермикулярным графитом с оптимальной способностью к резанию при благоприятной стоимости. 22 з.п. ф-лы, 5 табл., 7 ил.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающих абразивному износу, например, футеровки смесителей и др. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; марганец 4,0-6,0; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; кальций 0,06-0,80; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение абразивной стойкости и твердости чугуна в литом состоянии. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа, в частности для изготовления литых мелющих шаров рудоразмольных мельниц. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, в мас.%: углерод 2,8-4,2, кремний 1,5-3,5, ванадий 0,2-0,8, медь 0,2-0,8, никель 2,0-5,0, марганец 0,2-1,6, магний 0,02-0,1, алюминий 0,1-0,5, церий 0,02-0,1, вольфрам 4,0-6,0, кальций 0,06-0,8, бор 0,06-0,40, хром 3,0-6,0 и железо. Техническим результатом изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии для работы в условиях ударно-абразивного износа.1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом и способам их изготовления, и может быть использовано, например, для изготовления деталей турбинного ветрового генератора, работающих в условиях низкой температуры. Чугун содержит, мас.%: от 3,5 до 4,0 С, от 1,7 до 2,3 Si, менее чем 0,2 Mn, менее чем 0,1 Cr, от 0,04 до 0,06 Mg, от 0,10 до 0,20 Cu, от 0,01 до 0,02 S, неизбежные примеси и железо - остальное. Способ получения чугуна включает модифицирование и литье расплавленного металла, при этом модифицирование осуществляют модифицирующим сплавом, содержащим серу, в две стадии, причем на первой стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в расплав перед литьем, а на второй стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в поток расплавленного металла во время литья. Изобретение направлено на сохранение превосходных механических свойств и высокой прочности чугуна при низкой температуре при значительном уменьшении его стоимости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области литейного производства. Форма выполнена тонкостенной из чугуна ферритного класса и получена литьем в песчано-бентонитовые формы. Чугун содержит, вес.%: углерод 3,0-3,6, кремний 2,0-2,7, марганец 0,1-0,4, молибден 0,2-0,8, ванадий 0,07-0,2, никель 0,3-1,0, медь 0,1-0,5, магний 0,015-0,04, алюминий 0,05-0,15, сера 0,00-0,025, фосфор 0,00-0,10, железо - остальное. Обеспечивается повышение теплопроводности и предела прочности форм. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам высокопрочного хладостойкого чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,85-4,05, кремний 2,2-2,7, марганец до 0,06, хром до 0,05, магний 0,03-0,06, лантан 0,001-0,01, кальций 0,002-0,007, алюминий 0,003-0,01, цирконий 0,01-0,1, бор 0,005-0,007, серу до 0,022, фосфор до 0,03, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости высокопрочного чугуна при отрицательных температурах. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В способе при заполнении ковша в металлический расплав вводят смесь карбоната кальция, карбоната бария и ферросилиция 75%, а обработку сфероидизирующим модификатором осуществляют после заполнения ковша путем подачи трайб-аппаратом порошковой проволоки со сфероидизирующим модификатором ФСМг18, при этом количество каждого компонента упомянутой смеси и порошковой проволоки составляет 0,12-0,15% от веса обрабатываемого металлческого расплава. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства отливок из высокопрочного чугуна, при этом достигается повышение эффективности и обеспечение стабильности модифицирующего эффекта. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива

Наверх