Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь


 


Владельцы патента RU 2634867:

Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к теплостойким радиационно-стойким сталям, используемым для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний 0,02-0,40, марганец 0,02-0,6, хром 2,0-2,5, никель 1,25-2,0, молибден 0,35-0,7, ванадий 0,10-0,15, медь 0,005-0,03, кобальт 0,001-0,03, сера 0,0005-0,003, фосфор 0,0005-0,004, мышьяк 0,001-0,004, сурьма 0,001-0,004, олово 0,001-0,004, водород 0,00001-0,00012, алюминий 0,015-0,035, азот 0,0001-0,008, кислород 0,0001-0,0030, висмут 0,001-0,004, свинец 0,001-0,004, железо - остальное. Повышаются служебные и технологические характеристики стали, а именно предел текучести и предел прочности при температуре эксплуатации до 400°C, обеспечиваются гарантированно низкие значения критической температуры хрупкости, повышается стойкость к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтронном облучении. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталям 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.

(RU 2135623, C22C 38/52, опубликовано 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, железо 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, C22C 38/60, C22C 38/52, опубликовано 10.02.2012)

Известные стали обладают высокой стойкостью к радиационному охрупчиванию, однако, при характерных для реакторов перспективных проектов повышенных температурах эксплуатации (до 400°C) они не обладают требуемыми характеристиками по пределам текучести и прочности, а также не могут гарантированно обеспечить требуемый ресурс корпуса для реакторов перспективных проектов (до 120 лет).

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 нейтронном облучении.

Технический результат достигают тем, что теплостойкая и радиционно-стойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород, алюминий, азот, кислород, висмут, свинец и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 0,10-0,20
кремний 0,02-0,40
марганец 0,02-0,60
хром 2,0-2,5
никель 1,25-2,0
молибден 0,35-0,7
ванадий 0,10-0,15
медь 0,005-0,03
кобальт 0,001-0,03
сера 0,0005-0,003
фосфор 0,0005-0,004
мышьяк 0,001-0,004
сурьма 0,001-0,004
олово 0,001-0,004
водород 0,00001-0,00012
алюминий 0,015-0,035
азот 0,0001-0,008
кислород 0,0001-0,0030
висмут 0,001-0,004
свинец 0,001-0,004
железо остальное

Технический результат также достигается тем, что сталь содержит суммарное содержание фосфора, сурьмы, олова, висмута и свинца, определяемое соотношением (P+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,008 мас. %; дополнительно содержит цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, выбранные из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас. %: ниобий 0,005-0,08; цирконий 0,005-0,04; иттрий, и/или неодим, и/или празеодим 0,005-0,12, причем суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима составляет 0,005-0,12 мас. %.

Оптимальное содержание углерода 0,10-0,20 мас. %, хрома 2,0-2,5 мас. %, никеля 1,25-2,0 мас. % и ванадия 0,10-0,15 мас. % обеспечивает повышение прочностных и вязко-пластических свойств стали: предела текучести и предела прочности, а также увеличение бейнитной прокаливаемости изделия, например, заготовки элемента корпуса атомного реактора.

Ограничение индивидуального содержания фосфора 0,0005-0,004 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 ≤0,008 мас. % обеспечивает повышение комплекса вязко-пластических свойств, гарантирует низкие значения критической температуры хрупкости и снижает чувствительность стали к тепловому и радиационному охрупчиванию.

При этом содержание в стали кислорода 0,0001-0,0030 мас. %, азота 0,0001-0,008 мас. % и водорода 0,00001-0,00012 мас. % обеспечивает высокую стабильность вязко-пластических свойств и низкую чувствительность к флокенообразованию.

Введение добавок алюминия 0,015-0,035, а также 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. %. Ниобий, кроме контроля границ зерен, в присутствии никеля заметно усиливает эффект дисперсионного твердения, что обеспечивает повышение прочностных характеристик и теплостойкости при сохранении вязко-пластических характеристик на высоком уровне.

Оптимальное содержание алюминия, ниобия, циркония и редкоземельных металлов иттрия, неодима и празеодима обеспечивает глобулярную морфологию, малый размер (≈1 мкм) и равномерное распределение остаточных неметаллических включений (преимущественно, комплексных оксисульфидов). За счет этого улучшается однородность материала, уменьшается анизотропия и количество внутренних дефектов, повышаются механические свойства стали. Снижению содержания неметаллических включений способствует также ограничение содержания серы (0,005-0,003 мас. %).

Были исследованы служебные характеристики стали, содержащей, мас. %: углерод 0,16; кремний 0,032; марганец 0,04; хром 2,2; никель 1,85; 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 0,022; азот 0,0009; кислород 0,0001-0,0012; висмут 0,001; свинец 0,001; 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 корпуса 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, водород и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, азот, кислород, висмут и свинец, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний 0,02-0,40, марганец 0,02-0,6, хром 2,0-2,5, никель 1,25-2,0, молибден 0,35-0,7, ванадий 0,10-0,15, медь 0,005-0,03, кобальт 0,001-0,03, сера 0,0005-0,003, фосфор 0,0005-0,004, мышьяк 0,001-0,004, сурьма 0,001-0,004, олово 0,001-0,004, водород 0,00001-0,00012, алюминий 0,015-0,035, азот 0,0001-0,008, кислород 0,0001-0,0030, висмут 0,001-0,004, свинец 0,001-0,004, железо - остальное.

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание фосфора, сурьмы, олова, висмута и свинца определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,008 мас.%.

3. Сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, выбранные из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ниобий 0,005-0,08
цирконий 0,005-0,04
иттрий и/или неодим и/или празеодим 0,005-0,12

4. Сталь по п. 3, отличающаяся тем, что суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима составляет 0,005-0,12 мас.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к сталям для основного оборудования атомных энергетических установок. Теплостойкая радиационно-стойкая сталь содержит, мас.

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, в частности, к сталям для основного оборудования атомных энергетических установок. Теплостойкая радиационно-стойкая сталь содержит, мас.

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 черной металлургии, в частности к коррозионно-стойким сталям. Может использоваться для изготовления оборудования, эксплуатируемого в условиях агрессивных сред. Коррозионно-стойкая сталь содержит, мас.%: углерод 0,08-0,12; кремний 0,15-0,25; марганец 0,3-0,5; хром 27,0-29,0; молибден 0,7-1,0; иттрий 0,03-0,05; сурьма 0,001-0,0012; селен 0,0001-0,00012; цирконий 0,06-0,08; галлий 0,00012-0,00014; бор 0,06-0,08; железо - остальное. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью. 1 табл.
Наверх