CS270797B1

CS270797B1 - Stainless steel austenitic

Info

Publication number: CS270797B1
Application number: CS892381A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Csc Kuncl; Ivo Ing Csc Petrman; Rostislav Ing Brablc; Zdenek Kosnel
Original assignee: Frantisek Ing Csc Kuncl; Ivo Ing Csc Petrman; Rostislav Ing Brablc; Zdenek Kosnel
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1990-07-12
Also published as: CS238189A1

Abstract

účelem řešení je zvýšení schopnosti korozivzdorných austenitických ocelí k absorpci tepelných neutronů. Tato ocel obsahuje v hmotnostním množství stopy až 0,03 % uhlíku, stopy až 2 % manganu, stopy až 1 % křemíku, 16 až 22 % chrómu, 11 až 14 % niklu, stopy až 3 % molybdenu, stopy až 0,2 % kobaltu a podstata vynólezu spočívá v tom, že dále obsahuje v hmotnostním množství 0,6 až 2 % bóru, 0,01 až 0,06 % vápníku,0,001 až 0,008 % hořčíku, stopy až 0,006 % kyslíku, stopy až 0,01 % síry a stopy až 0,02 % dusíku, použití této oceli přichází v úvahu zejména v jaderné energetice. Výhodou oceli je její zaručená tvářitelnost.The purpose of the solution is to increase the ability of corrosion-resistant austenitic steels to absorb thermal neutrons. This steel contains by weight traces of up to 0.03% carbon, traces of up to 2% manganese, traces of up to 1% silicon, 16 to 22% chromium, 11 to 14% nickel, traces of up to 3% molybdenum, traces of up to 0.2% cobalt, and the essence of the invention lies in the fact that it further contains by weight 0.6 to 2% boron, 0.01 to 0.06% calcium, 0.001 to 0.008% magnesium, traces of up to 0.006% oxygen, traces of up to 0.01% sulfur and traces of up to 0.02% nitrogen. The use of this steel is considered especially in nuclear power engineering. The advantage of steel is its guaranteed formability.

Description

Vynález se týká korozivzdorné austenitické oceli se schopností zvýšené absorpce tepelných neutronů a zaručenou tvářitelností.The invention relates to a stainless austenitic steel with the ability to increase thermal neutron absorption and guaranteed formability.

Dosud známé korozivzdorné austenitické oceli obsahují v hmotnostním množství stopy až 0,03 % uhlíku, stopy až 2 % manganu, stopy až 1 křemíku, 16 až 22 % chrómu, 11 až 14 % niklu, stopy až 3 % molybdenu a stopy až 0,2 % kobaltu. Pro docílení schopnosti absorpce tepelných neutronů jsou tyto oceli legovány bórem až do 3 % hmotnosti. Zbytek tvoří železo a doprovodné nečistoty. Přestože matrice těchto ocelí zůstává čistě austenitické, snižuje legování bórem jejich technologickou plasticitu tak výrazným způsobem, že porušování soudržnosti materiálu při tváření zejména v litém stavu je jedním z nejvážnějších problémů jejich zpracování. Vlastní příčinou potíží a vzniku defektů při tváření je jednak pomalý průběh zotavovacích pochodů ve struktuře této oceli, způsobený přítomností velkého množství boridové fáze na hranicích zrn, která tam při tuhnutí precipituje vlivem nízké rozpustnosti bóru v austenitické matrici i vlivem vysoké povrchové aktivity tohoto prvku, a dále druhou příčinou, ještě nebezpečnější než první, je možnost vzniku lehce tavitelného eutektika na hranicích zrn, jehož základem je sice boridová fáze, ale jehož tvorbu významně podporují další povrchově aktivní prvky jako síra a kyslík a také intersticiální prvky uhlík a dusík jako důležité složky precipitátů. Toto složité eutektikum, často s nižší teplotou tavení, než jsou běžné teploty tváření, porušuje soudržnost hranic zrn tak, že při deformaci vznikají interkrystalické trhliny, rychle se šířící do velké hloubky. Ke známým způsobům zlepšování obtížné technologické tvařitelnosti těchto ocelí patří například snižování obsahu bóru pod hranici obsahu 0,6 % hmotnosti. Nevýhodou tohoto způsobu je ovšem podstatné snížení schopnosti absorpce tepelných neutronů. Dalším způsobem zlepšení tvářitelností je ovlivňování precipitace a složení boridové fáze legováním těchto ocelí prvky s velkou afinitou k bóru, například titanem nebo niobem, optimalizace způsobů odlévání se zmenšováním hmotnosti ingotů, změna parametrů ohřevu před tvářením, optimalizace deformačních rychlostí i stupňů deformace a používání speciálních tvářecích postupů, například protlačování. Nevýhodou těchto způsobu zlepšování tvářitelností při výrobě a při dalším zpracování těchto ocelí je vysoká neefektivnost, snížení produktivity práce, zvýšená energetická náročnost a podobně, pro uvedené nevýhody se tyto způsoby zvyšování tvářitelnosti využívají pouze v omezeném rozsahu.Previously known austenitic stainless steels contain by weight traces of up to 0.03% carbon, traces of up to 2% manganese, traces of up to 1 silicon, 16 to 22% of chromium, 11 to 14% of nickel, traces of up to 3% molybdenum and traces of up to 0%. 2% cobalt. To achieve thermal neutron absorption capacity, these steels are doped with boron up to 3% by weight. The rest consists of iron and accompanying impurities. Although the matrix of these steels remains purely austenitic, boron alloying reduces their technological plasticity in such a significant way that breaking the cohesion of the material during forming, especially in the cast state, is one of the most serious problems of their processing. The actual cause of problems and defects in forming is the slow recovery process in the structure of this steel, caused by the presence of large amounts of boride phase at grain boundaries, which precipitates there upon solidification due to low boron solubility in the austenitic matrix and high surface activity. Furthermore, the second cause, even more dangerous than the first, is the possibility of easily fusible eutectic at grain boundaries, which is based on the boride phase, but whose formation is significantly supported by other surfactants such as sulfur and oxygen and interstitial elements carbon and nitrogen as important components of precipitates. . This complex eutectic, often with a lower melting point than conventional forming temperatures, breaks the cohesiveness of the grain boundaries by forming intercrystalline cracks, which propagate rapidly to great depths. Known ways of improving the difficult technological formability of these steels include, for example, reducing the boron content below 0.6% by weight. However, the disadvantage of this method is a substantial reduction in the ability to absorb thermal neutrons. Another way to improve formability is to influence the precipitation and boride phase composition by alloying these steels with elements with high affinity for boron, such as titanium or niobium, optimizing casting methods with reducing ingot weight, changing heating parameters before forming, optimizing deformation rates and degrees of deformation and using special forming processes, such as extrusion. The disadvantage of these methods of improving formability in the production and further processing of these steels is high inefficiency, reduced labor productivity, increased energy consumption and the like, for these disadvantages these methods of increasing formability are used only to a limited extent.

Uvedené nevýhody odstraňuje korozivzdorné austenitické ocel se schopností zvýšené absorpce tepelných neutronů a zaručenou tvářitelností, obsahující v hmotnostním množství stopy až 0,03 % uhlíku, stopy až 2 % manganu, stopy až i % křemíku, 16 až 22 % chrómu, 11 až 14 % niklu, stopy až 3 % molybdenu a stopy až 0,2 % kobaltu, delegovaná bórem, zbytek železo a obvyklé doprovodné nečistoty, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, Že tato ocel obsahuje dále v hmotnostním množství 0,6 až 2 % bóru, 0,001 až 0,006 % vápníku, 0,001 až 0,008 % hořčíku, stopy a£ 0,006 % kyslíku, stopy až 0,01 % síry, a stopy až 0,02 % dusíku.These disadvantages are eliminated by austenitic stainless steel with the ability to increase the absorption of thermal neutrons and guaranteed formability, containing in the amount of traces up to 0.03% carbon, traces up to 2% manganese, traces up to% silicon, 16 to 22% chromium, 11 to 14% nickel, traces of up to 3% molybdenum and traces of up to 0.2% cobalt, delegated by boron, the remainder of the iron and the usual accompanying impurities, according to the invention. The essence of the invention is that this steel further contains in an amount of 0.6 to 2% by weight of boron, 0.001 to 0.006% of calcium, 0.001 to 0.008% of magnesium, traces and £ 0.006% of oxygen, traces up to 0.01% of sulfur, and traces of up to 0.02% nitrogen.

Výhodou oceli podle vynálezu je příznivé ovlivnění hranice zrn litého stavu omezením obsahu povrchově velmi aktivních prvků kyslíku a síry, přičemž aktivita kyslíku a síry v tomto smyslu je dále potlačena přesným mikrolegováním oceli vápníkem a hořčíkem. Tím je výrazně potlačen vznik složitých lehcetavitelných eutektik, po hranicích zrn. v principu obdobně omezuje tvorbu eutektik i omezení obsahů intersticiélních prvků uhlíku a dusíku, jejichž působení na hranicích zrn je zprostředkováno nejen precipitací boridů ale i nitridů, karbidů a krabonitridů chrómu, titanu a podobně, podstatnou výhodou oceli podle vynálezu je skutečnost, že pri deformaci této oceli zejména v litém stavu je významně snížena její náchylnost k tvorbě interkrystalických trhlin, rozšířen interval reálných teplot deformace a zabezpečení technologické tvářitelností ingotů kováním až do jejich hmotnosti 3 000 kg.The advantage of the steel according to the invention is the favorable influence of the grain boundary of the cast state by limiting the content of highly active oxygen and sulfur elements, the activity of oxygen and sulfur in this sense being further suppressed by precise microalloying of steel with calcium and magnesium. This significantly suppresses the formation of complex easily fusible eutectics, along grain boundaries. in principle similarly limits the formation of eutectics and limits the content of interstitial elements carbon and nitrogen, whose action at grain boundaries is mediated not only by precipitation of borides but also nitrides, carbides and boxonitrides of chromium, titanium and the like. steel, especially in the cast state, its susceptibility to the formation of intercrystalline cracks is significantly reduced, the interval of real deformation temperatures is extended and the technological formability of ingots by forging up to their weight of 3,000 kg is ensured.

Konkrétním příkladem oceli podle vynálezu je korozivzdorné austenitické ocel obsahující v hmotnostním množství 0,024 % uhlíku, 1,38 % manganu, 0,47 % křemíku, 18,96 %A specific example of a steel according to the invention is a stainless austenitic steel containing in an amount of 0.024% carbon, 1.38% manganese, 0.47% silicon, 18.96%

CS 270797 Bl chrómu, 12,13 % niklu, 0,10 % molybdenu, 0,019 % kobaltu, 0,95 % bóru, 0,003 % vápníku, 0,003 % hořčíku, 0,002 & síry, 0,0025 % kyslíku a 0,013 % dusíku.CS 270797 B1 chromium, 12.13% nickel, 0.10% molybdenum, 0.019% cobalt, 0.95% boron, 0.003% calcium, 0.003% magnesium, 0.002% sulfur, 0.0025% oxygen and 0.013% nitrogen.

Výše uvedené výhody se plně projevily při následném zpracování této oceli. Ocel byla odlévána do ingotů o hmotnosti 1 500 kg, které byly dále tvářeny kováním na bramy o rozměrech 260 x 100 mm o hmotnosti 400 kg a tyto brwny dále válcovány na ploštiny o rozměrech 280 x 34 mm a hmotnosti 90 kg. Ocel vykázala velmi dobrou technologickou plasticitu a tváření proběhlo bez výmětu.The above advantages have been fully realized in the subsequent processing of this steel. The steel was cast into 1,500 kg ingots, which were further forged into slabs measuring 260 x 100 mm, weighing 400 kg, and these beams were further rolled into slabs measuring 280 x 34 mm and weighing 90 kg. The steel showed very good technological plasticity and the forming took place without scrap.

Korozivzdorná austenitická ocel podle vynálezu se zvýšenou absorpcí tepelných neutronů a zaručenou tvářitelností nachází uplatnění především v jaderné energetice, zejména při výstavbě kompaktních skladů vyhořelého jaderného paliva a při výrobě zařízení k jeho transportu.The stainless austenitic steel according to the invention with increased thermal neutron absorption and guaranteed formability finds application primarily in the nuclear power industry, in particular in the construction of compact spent fuel storage facilities and in the manufacture of equipment for its transport.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Stainless austenitic steel with the ability to increase thermal neutron absorption and guaranteed formability, containing in the amount of traces up to 0.03% of carbon, traces up to 2.0% manganese, traces up to 1.0% silicon, 16 to 22% chromium, 11 to 14 % nickel, traces up to 3% molybdenum, traces up to 0.2% cobalt and delegated by boron, the remainder iron and the usual accompanying elements and impurities, characterized in that it contains in an amount of 0.6 to 2.0% by weight of boron and further 0.001 up to 0.006% calcium, 0.001 to 0.008% magnesium, traces up to 0.006% oxygen, traces up to 0.010% sulfur and traces up to 0.020% nitrogen.