Нейтронно-поглощающая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нейтронно-поглощающей стали, используемой в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и уплотненного хранения отработанного топлива в бассейнах выдержки. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, церий, алюминий, карбид бора, диборид титана, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,025-0,15, кремний 0,10-0,60, марганец 0,10-0,60, хром 13,0-16,00, ванадий 0,05-0,35, никель 0,05-0,50, церий 0,001-0,025, алюминий 0,005-0,025, карбид бора 0,05-0,20, диборид титана 4,1-8,0, железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь содержит карбид бора и диборид титана в виде частиц размером 30-80 мкм, равномерно распределенных в стальной матрице. Сталь дополнительно может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, мас.%: кальций 0,005-0,02 и цирконий 0,05-0,20. В качестве неизбежных легкоплавких примесей она содержит свинец, висмут, олово, сурьму и мышьяк при суммарном содержании, не превышающем 0,05 мас.%. В качестве неизбежных примесей она содержит серу ≤0,008 мас.%, фосфор ≤0,008 мас.% и кислород ≤0,005 мас.%. Обеспечивается возможность использования стали для изготовления конструкций средств транспортировки и хранения топлива с обогащением до 9,0%. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нейтронно-поглощающей стали и может быть использовано в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб - поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и уплотненного хранения отработанного топлива в бассейнах выдержки.

Известна коррозионно-стойкая сталь с повышенной нейтронной поглощаемостью, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, ванадий, церий, алюминий, титан, серу, фосфор, водород и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,02-0,08, кремний 0,10-0,80, марганец 0,10-0,50, хром 13,0-16,0, бор 1,5-3,2, ванадий 0,05-0,25, церий 0,01-0,04, алюминий 0,15-0,8, титан 3,0-6,56, сера ≤0,015, фосфор ≤0,020, водород ≤2 ppm, железо - остальное.

(RU 2434969, С22С 38/32, опубликовано 27.11.2011)

Недостатком известной стали при ее использовании в стеллажах бассейнов выдержки облученного ядерного топлива является достаточно низкое содержание бора, что ограничивает ее применение в конструкциях для хранения топлива, содержащего не более 5% урана U-235.

Наиболее близкой по технической сущности является коррозионно-стойкая нейтронно-поглощающая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, ванадий, церий, алюминий, титан, серу, фосфор, ванадий, церий, алюминий, титан, серу, фосфор и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,02-0,05, кремний 0,10-0,80, марганец 0,10-0,50, хром 13,0-16,0, бор 2,01-3,5, ванадий 0,15-035, церий 0,03-0,07, алюминий 0,15-0,80, титан 4,02-8,50, никель 0,05-0,50, сера 0,005-0,02, фосфор 0,005-0,03, свинец - не более 0,005, висмут - не более 0,005, железо - остальное.

(RU 2519064, С22С 38/32, С22С 38/60, опубликовано 10.06.2014)

Недостатком данной стали, также является относительно низкая пластичность стали, приводящая в процессе прокатки шестигранных труб к образованию дефектов в виде трещин в углах трубы. Кроме того, известную сталь в виде шестигранных труб возможно использовать для уплотненного хранения топлива с обогащением до 8%.

Задачей и техническим результатом изобретения является создание стали для изготовления конструкций средств транспортировки и хранения ядерного топлива с обогащением до 9,0%.

Технический результат достигается тем, что нейтронно-поглощающая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, церий, алюминий и железо и неизбежные примеси, причем дополнительно содержит карбид бора и диборид титана с размерами частиц 30-80 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 0,025-0,15
кремний 0,10-0,60
марганец 0,10-0,60
хром 13,0-16,00
ванадий 0,05-0,35
никель 0,05-0,50
церий 0,001-0,025
алюминий 0,005-0,025;
карбид бора 0,05-0,20
диборид титана 4,1-8,0
железо и неизбежные примеси остальное

Технический результат также достигается тем, что сталь дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, мас. %: кальций 0,005-0,02, цирконий 0,05-0,20; при этом суммарное содержание неизбежных примесей легкоплавких металлов - свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка, не превышает 0,05 мас. %, а содержание неизбежных примесей серы, фосфора и кислорода не превышает, мас. %: сера ≤0,008, фосфор ≤0,008 и кислород ≤0,005.

Диборид титана в количестве от 4,1 до 8,0 мас.% с размерами частиц 30-80 мкм равномерно распределен в стальной матрице. При этом нижний предел 4,1 мас.% определяется достижением необходимого уровня поглощения нейтронного излучения, а верхний 8,0 мас.% - с целью предотвращения образования в стали дефектов при горячей и холодной прокатке.

Известно, что введение борсодержащего порошка, например, порошка нитрида бора, в количестве 0,5-5% не приводит к ухудшению механических характеристик стали, используемой для хранения и транспортировке ядерных отходов, а также в конструкциях для нейтронного экранирования, после ее пластической деформации.

(JPS 63293139, С22С 38/00, С22С 38/54, опубликовано 11.11.1988)

Введение в сталь по изобретению диборида титана и карбида бора в виде порошков с размерами частиц 30-80 мкм также не снижает пластических и прочностных свойств стали, что обеспечивает ее безопасное использование в аварийных ситуациях при воздействии ударных нагрузок.

При этом при затвердевании стали мелкодисперсные частицы карбида бора являются центрами кристаллизации, равномерно распределенными в объеме металла, что способствует значительному повышению пластичности и ударной вязкости стали.

Выбранные концентрационные диапазоны известных компонентов стали, мас. %: углерода 0,025-0,15; кремния 0,10-0,60; марганца 0,10-0,60; хрома 13,0-16,00; ванадия 0,05-0,35; никеля 0,05-0,50; церия 0,001-0,025 и алюминия 0,005-0,025; являются оптимальными с точки зрения достижения требуемых физико-механических характеристик стали и бездефектного распределения борсодержащих частиц в металлической матрице.

При этом присутствие в стали повышенного содержания углерода, а также никеля и марганца способствует образованию ферритно-мартенситной структуры, что способствует усилению поглощающей способности стали.

Содержание алюминия в количестве 0,005-0,025 мас. % благоприятно влияет на форму неметаллических включений, очищает и упрочняет границы зерен, повышает их пластичность и ударную вязкость, что обеспечивает повышение служебных и технологических свойств и нивелирует воздействие нейтронного облучения.

Дополнительное легирование стали кальцием 0,005-0,02 мас. % и цирконием 0,05-0,20 мас. % способствует уменьшению ее активируемости под действием нейтронного облучения.

Ограничение содержания неизбежных примесей серы ≤0,008 мас. %, фосфора ≤0,008 мас. % и кислорода ≤0,005 мас. % снижает вероятность образования дефектов в стали при горячей и холодной деформации.

Ограничение суммарного содержания неизбежных легкоплавких примесей свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка до ≤0,05% увеличивает сопротивление стали низкотемпературному охрупчиванию в условиях нейтронного облучения.

Заявляемую сталь можно выплавлять в открытых дуговых электропечах, в вакуумных индукционных и плазменных печах, возможен также электрошлаковый и вакуумный дуговой переплав этой стали. Введения карбида бора и диборида титана осуществляется в струе аргона.

Таким образом, сталь по изобретению с повышенным содержанием бора возможно использовать для изготовления конструкций средств транспортировки и хранения топлива с обогащением до 9,0%, для изготовления чехловых шестигранных труб при обеспечении ядерной безопасности и надежной защите тепловыделяющих сборок при их транспортировке с уровнем подкритичности более 0,95, а также листа для средств транспортировки и хранения топлива реакторов ВВЭР.

1. Нейтронно-поглощающая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, церий, алюминий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбид бора и диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,025-0,15
кремний 0,10-0,60
марганец 0,10-0,60
хром 13,0-16,00
ванадий 0,05-0,35
никель 0,05-0,50
церий 0,001-0,025
алюминий 0,005-0,025
карбид бора 0,05-0,20
диборид титана 4,1-8,0
железо и неизбежные примеси остальное,

при этом она содержит карбид бора и диборид титана в виде частиц размером 30-80 мкм, равномерно распределенных в стальной матрице.

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, мас.%: кальций 0,005-0,02 и цирконий 0,05-0,20.

3. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей она содержит легкоплавкие примеси свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка при суммарном содержании, не превышающем 0,05 мас.%.

4. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей она содержит серу ≤0,008 мас.%, фосфор ≤0,008 мас.% и кислород ≤0,005 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали, предназначенной для применения в корпусах режущего инструмента. Сталь содержит, в мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к бейнитной стали, используемой для изготовления соединителей с внешней и внутренней резьбами для буровых колонн.

Рельс // 2666811
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному рельсу, используемому на грузовых железных дорогах. Рельс выполнен из стали, содержащей, мас.%: C: от 0,75 до 0,85; Si: от 0,10 до 1,00; Mn: от 0,30 до 1,20; Cr: от 0,20 до 0,80; V: от 0,01 до 0,20; N: от 0,0040 до 0,0200 и остаток из Fe и примесей.

Изобретение относится к способу получения композиции на основе железа для топливного элемента, топливному элементу, энергетической установке, ядерной энергетической установке и ядерному реактору, у которых по меньшей мере часть топливной сборки включает топливный элемент.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, которые могут быть использованы в машиностроении. Сплав на основе железа содержит, мас.%: кремний 0,05-0,1; марганец 0,3-0,5; хром 0,12-0,16; никель 1,5-3,2; ванадий 0,8-1,2; алюминий 2,5-4,0; магний 0,005-0,01; кальций 0,005-0,01; барий 0,002-0,005; железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления ювелирных изделий, преимущественно серег и брошей. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,85-1,05, кремний 0,1-0,15, марганец 0,1-0,15, хром 0,2-0,3, ванадий 0,1-0,15, палладий 1,0-1,5, золото 0,1-0,15, серебро 2,5-3,0, железо - остальное.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к литым штамповым сталям. Может использоваться для изготовления инструмента горячего деформирования.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к атмосферостойкой стали, используемой для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Сталь содержит углерод, марганец, фосфор, серу, кремний, хром, никель, медь, молибден, ванадий, титан и железо при следующем соотношении, мас.%: углерод от более 0,3 до 0,42, марганец 0,4-1,4, фосфор не более 0,02, сера не более 0,02, кремний 0,15-0,37, хром 0,3-1,0, никель 0,2-0,8, медь 0,2-0,6, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,1-0,18, титан не более 0,05, железо остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, применяемому в сварных конструкциях. Металл сварного шва, содержащий в мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали для изготовления стальных колёс для рельсового транспорта. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод от 0,45 до 0,60, кремний от 0,38 до 0,50, марганец от 0,80 до 1,00, ванадий не более 0,15, хром от 0,80 до 1,00, фосфор не более 0,02, сера не более 0,015, медь не более 0,3, никель не более 0,25, алюминий не более 0,04, железо – остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нейтронно-поглощающей стали, используемой в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и уплотненного хранения отработанного топлива в бассейнах выдержки. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, церий, алюминий, карбид бора, диборид титана, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.: углерод 0,025-0,15, кремний 0,10-0,60, марганец 0,10-0,60, хром 13,0-16,00, ванадий 0,05-0,35, никель 0,05-0,50, церий 0,001-0,025, алюминий 0,005-0,025, карбид бора 0,05-0,20, диборид титана 4,1-8,0, железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь содержит карбид бора и диборид титана в виде частиц размером 30-80 мкм, равномерно распределенных в стальной матрице. Сталь дополнительно может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, мас.: кальций 0,005-0,02 и цирконий 0,05-0,20. В качестве неизбежных легкоплавких примесей она содержит свинец, висмут, олово, сурьму и мышьяк при суммарном содержании, не превышающем 0,05 мас.. В качестве неизбежных примесей она содержит серу ≤0,008 мас., фосфор ≤0,008 мас. и кислород ≤0,005 мас.. Обеспечивается возможность использования стали для изготовления конструкций средств транспортировки и хранения топлива с обогащением до 9,0. 3 з.п. ф-лы.

Наверх