CH429197A - Malleable, corrosion-resistant steel with high neutron absorption capacity - Google Patents

Malleable, corrosion-resistant steel with high neutron absorption capacity

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CH429197A
CH429197A CH1473263A CH1473263A CH429197A CH 429197 A CH429197 A CH 429197A CH 1473263 A CH1473263 A CH 1473263A CH 1473263 A CH1473263 A CH 1473263A CH 429197 A CH429197 A CH 429197A
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CH
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sep
boron
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absorption capacity
corrosion
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CH1473263A
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Ivar Hellner Lars
Sune Persson Karl Gerhard
Helmer Lindroth Paul
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Bofors Ab
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    • G21F1/08Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals
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Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I Schmiedbarer, korrosionsbeständiger Stahl von ho her Neutronenabsorptionsfähigkeit, dadurch gekenn zeichnet, dass er Kohlenstoff, maximal bis 0,15 Gew.%, 15-30 Gew. % Chrom, mehr als 1,87 und maximal bis 5 Gew.% Bor sowie Titan in einer solchen Menge ent hält, dass sie, in Gewichtsprozent, mindestens 3,1 X (Gewichtsprozent Bor) - 5,8 ausmacht, ferner bis 2 Gew.% Silicium und bis 2 GewA Mangan, Rest Eisen und Verunreinigungen. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM I forgeable, corrosion-resistant steel of high neutron absorption capacity, characterized in that it contains carbon, a maximum of 0.15 wt.%, 15-30 wt.% Chromium, more than 1.87 and a maximum of 5 wt.% Boron and Titanium is contained in such an amount that, in percent by weight, it is at least 3.1 X (percent by weight boron) -5.8, furthermore up to 2% by weight silicon and up to 2% by weight manganese, the remainder being iron and impurities. SUBCLAIMS 1. Stahl gemäss Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass er maximal 0,10 Gew.% Kohlenstoff ent hält. 2. Stahl gemäss Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass er 18-28 Gew.% Chrom enthält. PATENTANSPRUCH II Verwendung des Stahls nach Patentanspruch I zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Neutronen absorptionsfähigkeit. Steel according to claim I, characterized in that it contains a maximum of 0.10% by weight of carbon. 2. Steel according to claim I, characterized in that it contains 18-28% by weight of chromium. PATENT CLAIM II Use of the steel according to patent claim I for the production of objects with high neutron absorption capacity.
CH1473263A 1962-12-08 1963-12-02 Malleable, corrosion-resistant steel with high neutron absorption capacity CH429197A (en)

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