Schmiedbarer, korrosionsbeständiger Stahl von hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schmiedbaren, korrosionsbeständigen Stahl von hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit. Ein solcher Stahl eig net sich gut zur Herstellung von Kontroll- und Regel stäben in Kernreaktoren sowie von Strahlenschutzschir- men.
In einem Kernreaktor wird die Energieentwicklung direkt von dem Neutronenfluss beeinflusst, und es ist deshalb notwendig, diesen Fluss kontrollieren und regeln zu können. Eine solche Kontrolle und Regelung ge schieht häufig, indem man in den Neutronenfluss ab schirmende Kontroll- und Regelstäbe einführt, welche eine hohe Neutronenabsorptionsfähigkeit aufweisen, weil sie einen Stoff mit grossem Absorptionsquerschnitt für Neutronen enthalten, und ein solcher Stoff ist Bor, welches im Gegensatz zu den meisten anderen Stoffen mit entsprechenden Eigenschaften ausserdem billig ist.
Der wirksame Bestandteil bei Bor ist das Isotop Bt0@ welches in natürlichem Bor mit einem Gehalt von 18,9 vorkommt.
Aus Festigkeitsgründen ist es jedoch nicht möglich, Kontroll- oder Regelstäbe aus reinem Bor oder einer einfachen chemischen Verbindung von diesem herzu stellen, sondern in den meisten Fällen ist man darauf angewiesen, Bor als Legierungselement in Stahl einge hen zu lassen, um die notwendige Festigkeit zu erhalten.
Der Legierungsgehalt an Bor wird dabei jedoch von der Tatsache begrenzt, dass grössere Borzusätze in äusserst augenfälliger Weise die Warmverformbarkeit verschlech tern, und bei unlegiertem Stahl kann man sich einen Gehalt von höchstens etwa 2,5 % Bor erlauben, wenn eine befriedigende Schmiedbarkeit erreicht werden soll.
Es ist jedoch bekannt, dass man durch gleichzeitigen Zu satz von Aluminium oder Silicium die Menge Bor in einer Stahllegierung auf höchstens 4,5 % erhöhen und trotzdem eine einigermassen annehmbare Warmverform- barkeit erreichen kann.
Stähle der oben genannten Arten haben jedoch eine relativ schlechte Korrosionsbeständigkeit und sind auf Grund dessen oft nicht verwendbar. Man hat deshalb versucht, Bor als Legierungsbestandteil in aus austeni- tischen nichtrostenden Stählen vom Typ 18 % Chrom - 8 % Nickel bestehenden Grundmaterialien eingehen zu lassen. Bei diesen Stählen ging indessen die Warmver- formbarkeit bei einem 2 % übersteigenden Borgehalt ganz verloren.
Es hat sich nun gezeigt, dass man bei einem Stahl gemäss vorliegender Erfindung eine gute Warmverform- barkeit selbst bei Borgehalten bis zu etwa 5 % beibe halten und gleichzeitig eine Korrosionsbeständigkeit er reichen kann, welche die von unlegierten Stählen bei weitem übertrifft.
Der erfindungsgemäss schmiedbare, korrosionsbe ständige Stahl von hoher Neutronenabsorptionsfähig- keit ist dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlenstoff, maximal bis 0,15 Gew.%, 15-30 GewA Chrom, mehr als 1,87 und maximal bis 5 GewA Bor sowie Titan in einer solchen Menge enthält, dass sie, in Gewichts prozent, mindestens 3,1 X (Gewichtsprozent Bor) - 5,8 ausmacht, ferner bis 2 GewA Silicium und bis 2 GewA Mangan, Rest Eisen und Verunreinigungen.
In nachfolgender Tabelle sind einige Beispiele für Stähle gemäss vorliegender Erfindung aufgeführt.
EMI0001.0050
Stahl <SEP> Gehalte
<tb> Nr. <SEP> Kohlenstoff <SEP> Chrom <SEP> Titan <SEP> Bor
<tb> 1 <SEP> 0,03 <SEP> 25,1 <SEP> 4,5 <SEP> 2,4
<tb> 2 <SEP> 0,04 <SEP> 25,1 <SEP> 6,0 <SEP> 3,0
<tb> 3 <SEP> 0,04 <SEP> 25,1 <SEP> 5,4 <SEP> 3,5
<tb> 4 <SEP> 0,03 <SEP> 25,3 <SEP> 6,6 <SEP> 3,7
<tb> 5 <SEP> 0,03 <SEP> 25,4 <SEP> 6,8 <SEP> 3,7
<tb> 6 <SEP> 0,03 <SEP> 25,4 <SEP> 7,3 <SEP> 3,8
<tb> 7 <SEP> 0,03 <SEP> 25,4 <SEP> 7,4 <SEP> 4,0
<tb> 8 <SEP> 0,04 <SEP> 24,0 <SEP> 8,0 <SEP> 4,
4 Über die oben aufgeführten Bestandteile hinaus ent halten die Stähle ausserdem etwas unterschiedliche Ge halte an Silicium und Mangan, jedoch von beiden jeweils nicht über 2 %, sowie normale Verunreinigungselemente z. B. Phosphor und Schwefel.
Sämtliche oben angegebenen Stähle wiesen eine gute Warmverformbarkeit auf und konnten ohne grössere Schwierigkeiten von Gussblöcken zu Stangen ausge- schmiedet werden. Das Schmieden wurde hierbei im Temperaturbereich von 950-1100 C ausgeführt.
Alle in der Tabelle aufgenommenen Stähle wiesen auch eine ausserordentlich gute Korrosionsbeständigkeit auf. Um die angestrebte gute Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, erwies sich ein Chromgehalt von über 15 % als notwendig.
Durch das Einhalten eines niedrigen Kohlenstoffge halts von weniger als 0a15 % wird die Warmverformbar keit erleichtert, und auf Grund des relativ hohen Chrom zusatzes bleibt der Stahl innerhalb des gesamten vorkom menden Temperaturbereichs ferritisch.
Der überwiegende Teil des eingehenden Bors dürfte in Form von Titanborid vorliegen, jedoch ist es nicht möglich, theoretisch die Mindestmenge Titan vorauszu bestimmen, welche zur Erreichung einer befriedigenden Warmverformbarkeit erforderlich ist. Der gefundene Zusammenhang zwischen dem Mindestgehalt an Titan und dem Borgehalt wurde deshalb als das Resultat einer grossen Anzahl von Experimenten erhalten.
Malleable Corrosion Resistant Steel of High Neutron Absorbency The present invention relates to a malleable corrosion resistant steel of high neutron absorptivity. Such steel is well suited for the manufacture of control and regulation rods in nuclear reactors as well as radiation protection screens.
In a nuclear reactor, the development of energy is directly influenced by the neutron flow, and it is therefore necessary to be able to control and regulate this flow. Such control and regulation is often done by introducing shielding control and regulation rods into the neutron flux, which have a high neutron absorption capacity because they contain a substance with a large absorption cross-section for neutrons, and one such substance is boron, which in contrast to most other substances with corresponding properties are also cheap.
The active ingredient in boron is the isotope Bt0 @ which occurs in natural boron with a content of 18.9.
For reasons of strength, however, it is not possible to produce control rods made of pure boron or a simple chemical compound of this, but in most cases one has to rely on boron as an alloying element in steel in order to achieve the necessary strength receive.
However, the alloy content of boron is limited by the fact that larger additions of boron adversely affect the hot formability, and in the case of unalloyed steel, a boron content of no more than about 2.5% can be allowed if a satisfactory forgeability is to be achieved .
However, it is known that the simultaneous addition of aluminum or silicon can increase the amount of boron in a steel alloy to a maximum of 4.5% and still achieve a reasonably acceptable hot formability.
Steels of the types mentioned above, however, have a relatively poor corrosion resistance and are therefore often unusable. Attempts have therefore been made to incorporate boron as an alloy component in basic materials consisting of austenitic stainless steels of the 18% chromium - 8% nickel type. With these steels, however, the hot formability was completely lost if the boron content exceeded 2%.
It has now been shown that with a steel according to the present invention good hot deformability can be maintained even with boron contents of up to about 5% and at the same time a corrosion resistance can be achieved which by far exceeds that of unalloyed steels.
The malleable, corrosion-resistant steel of high neutron absorption capacity according to the invention is characterized in that it contains carbon, a maximum of 0.15% by weight, 15-30% by weight of chromium, more than 1.87 and a maximum of up to 5% by weight of boron and titanium in one contains such an amount that it is, in percent by weight, at least 3.1 X (percent by weight boron) - 5.8, furthermore up to 2 wtA silicon and up to 2 wtA manganese, the remainder iron and impurities.
The following table lists some examples of steels according to the present invention.
EMI0001.0050
Steel <SEP> content
<tb> No. <SEP> carbon <SEP> chromium <SEP> titanium <SEP> boron
<tb> 1 <SEP> 0.03 <SEP> 25.1 <SEP> 4.5 <SEP> 2.4
<tb> 2 <SEP> 0.04 <SEP> 25.1 <SEP> 6.0 <SEP> 3.0
<tb> 3 <SEP> 0.04 <SEP> 25.1 <SEP> 5.4 <SEP> 3.5
<tb> 4 <SEP> 0.03 <SEP> 25.3 <SEP> 6.6 <SEP> 3.7
<tb> 5 <SEP> 0.03 <SEP> 25.4 <SEP> 6.8 <SEP> 3.7
<tb> 6 <SEP> 0.03 <SEP> 25.4 <SEP> 7.3 <SEP> 3.8
<tb> 7 <SEP> 0.03 <SEP> 25.4 <SEP> 7.4 <SEP> 4.0
<tb> 8 <SEP> 0.04 <SEP> 24.0 <SEP> 8.0 <SEP> 4,
4 In addition to the components listed above, the steels also contain slightly different amounts of silicon and manganese, but not more than 2% of the two, as well as normal impurity elements, e.g. B. phosphorus and sulfur.
All of the steels specified above exhibited good hot formability and could be forged from ingots into bars without great difficulty. The forging was carried out in the temperature range of 950-1100 C.
All of the steels listed in the table also exhibited extremely good corrosion resistance. A chromium content of over 15% was found to be necessary in order to achieve the desired good corrosion resistance.
By maintaining a low carbon content of less than 0.15%, the hot formability is facilitated, and due to the relatively high addition of chromium, the steel remains ferritic within the entire temperature range.
The majority of the incoming boron is likely to be in the form of titanium boride, but it is not possible to theoretically determine in advance the minimum amount of titanium that is required to achieve satisfactory hot formability. The relationship found between the minimum content of titanium and the boron content was therefore obtained as the result of a large number of experiments.