Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к сталям для основного оборудования атомных энергетических установок. Теплостойкая радиационно-стойкая сталь содержит, мас. %: углерод 0,10-0,20; кремний 0,02-0,12; марганец 0,02-0,12; хром 1,70-2,10; никель 3,2-5,00; молибден 0,35-0,70; ванадий 0,010-0,15; медь 0,005-0,03; кобальт 0,001-0,03; сера 0,0005- 0,03; фосфор 0,0005-0,003; мышьяк 0,001-0,004; сурьма 0,001-0,004; олово 0,001-0,004; водород 0,00001-0,0001; алюминий 0,015-0,035; висмут 0,001-0,004; свинец 0,001-0,003; азот 0,0001-0,008; кислород 0,0001-0,0030; ниобий 0,005-0,08; цирконий 0,005-0,04, по меньшей мере один редкоземельный металл, выбранный из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим 0,005-0,12; железо остальное. Сталь характеризуется высокими значениями предела текучести и предела прочности при температуре эксплуатации до 400°C. Обеспечиваются низкие значения критической температуры хрупкости, высокая стойкость к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтроном облучении. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к составам сталей для основного оборудования атомных энергетических установок.

Известна радиационно-стойкая сталь 15Х2МФА для изготовления корпусов ядерных реакторов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель, кобальт, медь, мышьяк, серу, фосфор, сурьму, олово и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: 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 ≈0,4; кобальт ≈0,025; медь ≈0,01; мышьяк ≈0,01; сера ≈0,015; фосфор ≈0,012; сурьма ≈0,005; олово ≈0,005; железо остальное (Описание RU 2135623, C22C 38/52, опубл. 27.08.1999).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит водород при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,13-0,18; кремний 0,17-0,37; марганец 0,30-0,60; хром 1,8-2,3; никель 1,0-1,3; молибден 0,5-0,7; ванадий 0,10-0,12; медь 0,005-0,06; кобальт 0,005-0,03; сера 0,0005-0,006; фосфор 0,0005-0,006; мышьяк 0,005-0,010; сурьма 0,0005-0,005; олово 0,0005-0,005; водород 0,0001-0,0002; железо остальное. При этом суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn)≤0,012% (RU 2441940, С22С 38/60, С22С 38/52, опубл. 10.02.2012).

Известные стали обладают высокой стойкостью к радиационному охрупчиванию, однако при повышенных температурах эксплуатации 400°C в составе корпуса реактора они не обладают требуемыми характеристиками по пределам текучести и прочности, а также не обеспечивают гарантированно низких значений критической температуры хрупкости и стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии в течение длительного времени.

Задачей изобретения и его техническим результатом является повышение служебных и технологических характеристик стали для корпуса реактора: предела текучести и предела прочности при температуре эксплуатации до 400°C, обеспечение гарантированно низких значений критической температуры хрупкости, повышение стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтроном облучении.

Технический результат достигается тем, что теплостойкая и радиационно-стойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород, алюминий, висмут, свинец, азот, кислород, ниобий, цирконий и редкоземельные металлы, выбранные из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 0,10-0,20
кремний 0,02-0,12
марганец 0,02-0,12
хром 1,70-2,10
никель 3,2-5,0
молибден 0,35-0,70
ванадий 0,010-0,15
медь 0,005-0,03
кобальт 0,001-0,03
сера 0,0005-0,03
фосфор 0,0005-0,003
мышьяк 0,001-0,004
сурьма 0,001-0,004
олово 0,001-0,004
водород 0,00001-0,0001
алюминий 0,015-0,035
висмут 0,001-0,004
свинец 0,001-0,003
азот 0,0001-0,008
кислород 0,0001-0,0030
ниобий 0,02-0,08
цирконий 0,02-0,05
иттрий, и/или неодим,
и/или празеодим 0,02-0,12
железо остальное

Технический результат также достигается тем, что суммарное содержание фосфора, мышьяка, сурьмы, олова, висмута и свинца определяется следующим соотношением (P+As+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,007 мас. %.

Сталь по изобретению с содержанием углерода 0,10-0,20 мас. %, никеля 3,2-5,0 мас. %, хрома 1,70-2,10 мас. %, молибдена 0,35-0,70 мас. % и ванадия 0,010-0,15 мас. % обладает повышенными прочностными и вязкопластическими свойствами, а также увеличенной бейнитной прокаливаемостью.

Содержание кремния 0,02-0,12 мас. % и марганца 0,02-0,12 мас. % обеспечивает снижение склонности стали к ликвации при разливке крупных слитков, а также снижает чувствительность стали к радиационному и тепловому охрупчиванию.

Ограничение содержания фосфора 0,0005-0,003 мас. %, мышьяка 0,001-0,004 мас. %, сурьмы 0,001-0,004 мас. %, олова 0,001-0,004 мас. %, висмута 0,001-0,004 мас. % и свинца 0,001-0,004 мас. %, а также их суммарного содержания <0,007 мас. % обеспечивает повышение комплекса вязкопластических свойств, гарантирует низкие значения критической температуры хрупкости и снижает чувствительность стали к тепловому и радиационному охрупчиванию.

Поддержание содержания кислорода, азота и водорода в заданных пределах (0,0001-0,0030 мас. %, 0,0001-0,008 мас. % и 0,00001-0,0001 мас. % соответственно) обеспечивает снижение чувствительности стали к флокенообразованию и высокую стабильность прочностных свойств при нейтронном воздействии и повышенной температуре.

Дополнительное введение добавок алюминия 0,015-0,035, иттрия 0,005-0,12 мас. %, и/или неодима 0,005-0,12 мас. %, и/или празеодима 0,005-0,12 мас. %, в сочетании с ниобием (0,005-0,08 мас. %) и цирконием (0,005-0,04 мас. %) обеспечивает возможность дополнительного глубокого рафинирования металла от газов и неметаллических включений, что дополнительно обеспечивает гарантированно низкие значения критической температуры хрупкости, повышение стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтроном облучении. При этом суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима в стали должно составлять 0,005-0,12 мас. %. Кроме того, при повышенном содержании никеля 3,2-5,0 мас. % ниобий, помимо рафинирующего эффекта несколько усиливает дисперсионное твердение за счет выделения при отпуске наноразмерных карбидов типа MC, что обеспечивает повышение прочностных характеристик и теплостойкости при сохранении вязкопластических характеристик на высоком уровне.

Снижению содержания неметаллических включений способствует также ограничение содержания серы 0,0005-0,03 мас. %.

Были исследованы служебные характеристики стали, содержащей, мас. %: углерод 0,08; кремний 0,032; марганец 0,05; хром 1,9; никель 4,25; молибден 0,55; ванадий 0,12; медь 0,006; кобальт 0,02; сера 0,0008; фосфор 0,0006; мышьяк 0,002; сурьма 0,002; олово 0,002; водород 0,0001; алюминий 0,025; азот 0,0009; кислород 0,0011; висмут 0,0015; свинец 0,0015; ниобий 0,03, цирконий 0,01, неодим 0,007, железо остальное.

Установлено, что сталь по изобретению после соответствующей термической обработки обеспечивает требуемый уровень и стабильность важнейших физико-механических свойств, определяющих работоспособность материала при его использовании для изготовления корпуса атомного реактора.

Так, заявляемая сталь обеспечивает категорию прочности КП50-КП55 при температурах до 400°C и имеет критическую температуру хрупкости не выше минус 90°C. Проведенные эксперименты по тепловому охрупчиванию по режиму, эквивалентному 60 годам эксплуатации, показали, что предлагаемая сталь имеет меньший сдвиг критической температуры по сравнению с имеющейся сталью промышленной выплавки (25°C и 40°C соответственно). Повышенные на 15-20% прочностные свойства стали по изобретению позволят изготавливать из нее корпусы реакторов перспективных проектов с рабочей температурой до 400°C, а высокий уровень вязкопластических свойств и низкая скорость их деградации позволят обеспечить ресурс корпуса реактора до 100-120 лет.

1. Теплостойкая радиационно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово и водород, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, висмут, свинец, азот, кислород, ниобий, цирконий и по меньшей мере один редкоземельный металл, выбранный из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,10-0,20; кремний 0,02-0,12; марганец 0,02-0,12; хром 1,70-2,10; никель 3,2-5,00; молибден 0,35-0,70; ванадий 0,010-0,15; медь 0,005-0,03; кобальт 0,001-0,03; сера 0,0005-0,03; фосфор 0,0005-0,003; мышьяк 0,001-0,004; сурьма 0,001-0,004; олово 0,001-0,004; водород 0,00001-0,0001; алюминий 0,015-0,035; висмут 0,001-0,004; свинец 0,001-0,003; азот 0,0001-0,008; кислород 0,0001-0,0030; ниобий 0,005-0,08; цирконий 0,005-0,04, по меньшей мере один редкоземельный металл, выбранный из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим 0,005-0,12, железо остальное.

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание фосфора, мышьяка, сурьмы, олова, висмута и свинца составляет (P+As+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,007 мас. %.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, предназначенной для получения штампованных изделий. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01%, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01% и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1%, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, пригодной для получения штампованного изделия. Сталь содержит, в мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01, и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное - железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам износостойких сплавов на основе железа, используемых для изготовления деталей, работающих в условиях трения и повышенного износа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционной низкоуглеродистой стали, используемой для изготовления деталей машиностроения. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,09-0,14, марганец 1,20-1,43, кремний не более 0,05, свинец 0,15-0,30, алюминий не более 0,007, сера 0,20-0,35, хром не более 0,25, никель не более 0,20, кальций не более 0,001, железо остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к кованой стали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: С: от 0,30 до 0,45, Si: от 0,05 до 0,35, Mn: от 0,50 до 0,90, Р: от 0,030 до 0,070, S: от 0,040 до 0,070, Cr: от 0,01 до 0,50, Al: от 0,001 до 0,050, V: от 0,25 до 0,35, Са: от 0 до 0,0100, N: 0,0150 или менее, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из нетекстурированной электротехнической стали, используемому в качестве материала сердечника высокочастотных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к окалиностойкой стали, используемой для изготовления закаленных деталей. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: С 0,04-0,50, Μn 0,5-6,0, Al 0,5-3,0, Si 0,05-3,0, Cr 0,05-3,0, Ni менее 3,0, Cu менее 3,0, Ti 0,010-0,050, В 0,0015-0,0040, Ρ менее 0,10, S от более 0,01 до 0,05, N менее 0,020, остальное железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению текстурированного листа из электротехнической стали, используемого при изготовлении сердечников трансформаторов, генераторов и т.п.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению полуфабриката листа нетекстурированной электротехнической стали, используемого в электрических инструментах.

Изобретение относится к области металлургии. Для снижения потерь в железе и обеспечения небольших колебаний значения потерь в железе способ включает горячую прокатку стального сляба, содержащего, мас.%: С 0,002-0,10, Si 2,0-8,0 и Mn 0,005-1,0, для получения горячекатаного листа, при необходимости отжиг в зоне горячих состояний горячекатаного стального листа, однократную, или двукратную, или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом между ними для получения холоднокатаного листа конечной толщины, отжиг первичной рекристаллизации в сочетании с обезуглероживающим отжигом холоднокатаного листа, нанесение отжигового сепаратора на поверхность стального листа и окончательный отжиг, причем быстрый нагрев выполняют со скоростью не менее 50°С/с в интервале 100-700°С в процессе нагрева отжига первичной рекристаллизации, стальной лист выдерживают при любой температуре 250-600°С в течение 0,5-10 с 2-6 раз.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, обладающим высокой демпфирующей способностью, используемым при изготовлении холодно- и горячекатаных листов и полос, сортового проката, прутков и поковок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе железа, используемых в машиностроении. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,2-0,4, кремний 0,2-0,4, никель 4,0-6,0, хром 0,2-0,4, кобальт 0,3-0,8, медь 0,6-0,8, рений 0,05-0,1, ванадий 1,0-1,5, алюминий 1,0-1,5, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям аустенитно-мартенситного класса, предназначенным для изготовления высоконагруженных силовых деталей планера, силового крепежа, деталей шасси авиационной техники.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к инструментальным сталям, предназначенным для изготовления режущего и штампового инструмента, работающего при умеренных и высоких скоростях резания.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к составам нержавеющей дисперсионно-твердеющей стали, используемой при изготовлении деталей трения прецизионных приборов, агрегатов гидросистем и топливо-регулирующей аппаратуры авиационной техники, работающих в общеклиматических условиях.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали, используемой для изготовления труб для нефтяных скважин. Сталь содержит, мас.%: С не более 0,05, Si не более 1,0, Mn от 0,01 до 1,0, Р не более 0,05, S менее 0,002, Cr от 16 до 18, Mo от 1,8 до 3, Cu от 1,0 до 3,5, Ni от 3,0 до 5,5, Со от 0,01 до 1,0, Al от 0,001 до 0,1, О не более 0,05 и N не более 0,05, остальное количество составляют Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения среднего значения усталостной прочности получают мартенситную сталь, которая имеет такое содержание других металлов, что она способна упрочняться в результате выделения интерметаллических соединений и карбидов и имеет содержание Al от 0,4 до 3 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C.

Изобретение относится к способу получения мартенситной стали. Для повышения механических свойств и сокращения значений их разброса в стали, содержащей другие металлы, обеспечивающие её упрочнение при выделении интерметаллических соединений и карбидов, а также Al между 0,4% и 3%, указанную сталь подвергают термической обработке, включающей нагрев стали выше температуры ее аустенизации, охлаждение стали примерно до температуры окружающей среды, помещение стали в криогенную среду при температуре Т1, причем температура Т1 является более низкой, чем температура Mf мартенситного преобразования, и выдержку стали в криогенной среде с продолжительностью, по меньшей мере равной ненулевому времени t1 выдержки от момента, когда самая горячая часть стали достигла температуры ниже, чем температура Mf мартенситного преобразования, причем температура Т1 (в ºС) и время t1 выдержки (в часах) определяется уравнением Т1=ƒ(t1), причем первая производная функции ƒ по t, ƒ'(t), является положительной, и вторая производная ƒ по t, ƒ”(t), является отрицательной.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу сплава, используемого для изготовления штампового инструмента. Сплав содержит углерод, кремний, молибден, хром, вольфрам, кобальт, марганец, титан, никель, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,20-0,30, кремний 0,40-0,80, молибден 2,00-2,50, хром 8,00-10,00, вольфрам 2,50-3,00, кобальт 1,00-1,50, марганец 1,00-1,40, титан 0,20-0,30, никель 6,00-8,00, ванадий 0,20-0,30, железо - остальное.
Наверх