AT281441B - Vanadinbasislegierung - Google Patents

Description

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  Vanadinbasislegierung 
 EMI1.1 
 

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 erwiesen, die sich zusammensetzt aus : 14 bis 16% Niob, 2, 6 bis 2, 9% Titan, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin. 



   Eine derartige Legierung mit 14, 5% Niob und 2, 8% Titan, Rest Vanadin, weist eine überraschend hohe Zeitstandfestigkeit auf. Mit Standzeiten von etwa 1250 h bei einer Belastung von 50   kp/mm2   bei 6500C ist sie jeder bisher bekannten   niob-und titanhaltigen   Vanadinbasislegierung sowie Edelstählen überlegen. Dieses unerwartet gute Zeitstandverhalten wird bei einem relativ niedrigen Niobgehalt erzielt, so dass bei einem bemerkenswert hohen Festigkeitsverhalten auch eine günstige Neutronenökonomie bei dem erfindungsgemässen Niobgehalt herbeigeführt wird. 



   Es wurde ferner festgestellt, dass mit Zusätzen von Titan in dem erfindungsgemässen Bereich die mechanischen Eigenschaften der Vanadinbasislegierung in hervorragender Weise verbessert werden, und eine gute Duktilität und Verformbarkeit der Legierung erzielt und beibehalten wird, ohne dass der Legierungswerkstoff bei Neutronenbestrahlung eine Neigung zur Hochtemperaturversprödung besitzt. 



  Darüber hinaus führen die erfindungsgemässen Titangehalte zu einer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssigen Alkalimetallen, wobei die Beständigkeit mit fallendem Titangehalt zunimmt. 



   Die Gehalte der erfindungsgemässen Legierung an Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff dienen zusammen mit dem erfindungsgemässen Titangehalt zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierungen unter Ausnutzung des bekannten scavenger-Effekts. 



   Durch einen Zusatz von 1, 5% Silicium kann ferner eine weitere Steigerung der Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemässen Legierung durch eine zusätzliche Aushärtung erzielt werden. Im allgemeinen genügen bereits Zusätze von 0, 5 bis 1% Silicium, um eine merkliche Steigerung herbeizuführen. Günstige Eigenschaften von Legierungen dieses Typs haben Legierungen der Zusammensetzung 14 bis 16% Niob,   2, 6   bis 2, 9% Titan,   0, 5   bis 1% Silicium, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin. 



   In den Fällen, in denen eine zusätzliche Verbesserung der Duktilität erwünscht wird, ist es vorteilhaft, den Titangehalt der   erfindungsgemässen   Legierung durch Anteile von Zirkonium und/oder Hafnium zu ersetzen, wobei diese Komponenten bis zur Hälfte des Titangehaltes in die Legierung eingebracht werden können. Eine Legierung dieses Typs setzt sich zweckmässig in folgender Weise zusammen : 14 bis 16% Niob, 1, 5 bis   2, 5% Titan, 0, 4   bis unter 1, 5% Zirkonium, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin. 



   In den Zeichnungen ist das Zeitstandverhalten einer Legierung der erfindungsgemässen Zusammensetzung dargestellt. 



   Fig. 1 zeigt den bei kleinen Ti-Gehalten, insbesondere bei unter 3%, sprunghaft erfolgendem Anstieg der Standzeiten und damit des Kriechwiderstandes von titan-und niobhaltigen Vanadinbasislegierungen der Zusammensetzung V-20 Nb-Ti und V-15 Nb-Ti. 



   In Fig. 2 ist der Einfluss des Niobgehaltes auf das Zeitstandverhalten der erfindungsgemässen Legierung mit 2, 8% Titan im Vergleich zu einer Legierung des Standes der Technik mit 5% Titan dargestellt. 



   Die ausgezeichneten Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen, insbesondere ihre hohe Zeitstandfestigkeit, ihr kleiner Neutroneneinfangquerschnitt, ihre hohe Korrosionsbeständigkeit gegen flüssige Alkalimetalle sowie ihre gute Verformbarkeit sind entscheidende Voraussetzungen für ihre Verwendung als Hüllmaterial für Brennstoffelemente und andere Konstruktionsteile in Kernreaktoren. 



  Die Legierungen des Erfindungsbereiches stellen einen Werkstoff mit überlegenen Eigenschaften dar. Sie lassen sich überall dort mit besonderem Vorteil als Werkstoff einsetzen, wo die hieraus gefertigten Bauelemente oder Formteile eine hohe Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen zwischen 500 und 800 C, gleichzeitig eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegen flüssige Alkalimetalle, insbesondere Natrium, ferner eine geringe Versprödungsneigung bei Neutronenbestrahlung im genannten Temperaturbereich und eine geringe Neutronenabsorption aufweisen müssen, wobei diese Eigenschaften aber auch einzeln gefordert werden können. 



   Insbesondere kommen die vorstehend genannten Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen bei hieraus hergestellten Formteilen in inerter Gasatmosphäre, wie Helium oder Argon oder im Vakuum wirkungsvoll zur Geltung. 



   Geeignete Verwendungszwecke der erfindungsgemässen Legierung sind daher hieraus gefertigte Bauelemente und Formteile für Kernreaktoren. Insbesondere finden Legierungen des erfindungsgemässen Bereiches Verwendung zur Herstellung von Hüllmaterialien für Brennstoffelemente von Kernreaktoren mit schnellen Neutronen. 



   Daneben macht die gute Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemässen Legierung ihre Verwendung als Werkstoff im chemischen Apparatebau möglich, während ihre hohe Warmfestigkeit die 

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 Verwendung als Werkstoff für Zwecke der Raumfahrt gestattet. 



   Es wurde des weiteren gefunden, dass in manchen Fällen auch solche Vanadinbasislegierungen für die vorgenannten Zwecke verwendet werden können, deren Titangehalt zwischen 3 und 5% liegt. 



  Derartige Legierungen sind an sich bekannt, jedoch sind sie bisher noch nicht für Zwecke vorgeschlagen worden, für die eine hohe Zeitstandfestigkeit bei hohen Temperaturen und extremen Korrosionsbedingungen gefordert werden. Eine für die genannten Zwecke verwendbare geeignete Legierung setzt sich zusammen aus : 12 bis   25% Niob,   vorzugsweise 12 bis 16% Niob, 3 bis 5% Titan, wobei das Titan bis zur Hälfte durch Zirkonium und/oder Hafnium ersetzt werden kann, zusammen nicht mehr als 1% Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, gegebenenfalls bis zu 1, 5% Silicium, Rest Vanadin. 



   Innerhalb eines grossen Bereiches bekannter derartiger Vanadinbasislegierungen, die einen Gehalt von 3 bis 25% Titan und 15 bis   60% Niob   und als Rest im wesentlichen Vanadin besitzen, zeigte lediglich eine gerade am Rande des bekannten grossen Bereiches liegende Legierung die beschriebenen Eigenschaften und Vorteile. Diese Eigenschaften weisen aber die Legierungen des bekannten übrigen Bereiches mit höheren Titangehalten nicht auf und diese unerwarteten Eigenschaften sind somit auch aus dem übrigen Bereich nicht herleitbar. 



   Die erfindungsgemässe Vanadinbasislegierung kann an sich nach bekannten metallurgischen Methoden, also beispielsweise durch Zusammenschmelzen im Vakuum bzw. inerter Gasatmosphäre oder nach pulvermetallurgischen Verfahren durch Sintern hergestellt werden. Die   erfindungsgemässe   Legierung lässt sich durch Walzen, Stangenpressen oder Ziehen zu Formteilen gut verarbeiten. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
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 bis unter 3% Titan, wobei das Titan bis zur Hälfte durch Zirkonium und/oder Hafnium ersetzt werden kann, zusammen nicht mehr als 1% Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, gegebenenfalls bis zu 1, 5% Silicium, Rest Vanadin besteht. 
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Claims (1)

16% Niob, 2, 6 bis 2, 9% Titan, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin besteht. EMI3.3 16% Niob, 2, 6 bis 2, 9% Titan, 0, 5 bis 1% Silicium, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin besteht. EMI3.4 16% Niob, 1, 5 bis 2, 5% Titan, 0, 4 bis unter 1, 5% Zirkonium, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin besteht. EMI3.5 16% Niob, 1, 5 bis 2, 5% Titan, 0, 4 bis 1, 5% Hafnium, zusammen 500 bis 4000 ppm Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, Rest Vanadin besteht.