DE1261675B - Schmiedbare, korrosionsbestaendige Stahllegierung mit hoher Neutronenabsorptionsfaehigkeit - Google Patents
Schmiedbare, korrosionsbestaendige Stahllegierung mit hoher NeutronenabsorptionsfaehigkeitInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C22c
Deutsche KL: 40 b-39/16
Nummer: 1261675
Aktenzeichen: A 44712 VI a/40 b
Anmeldetag: 5. Dezember 1963
Auslegetag: 22. Februar 1968
Die vorliegende Erfindung betrifft eine schmiedbare, korrosionsbeständige Stahllegierung mit hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit.
Eine solche Stahllegierung eignet sich gut zur Herstellung von Kontroll- und Regelstäben in Kernreaktoren sowie von Strahlenschutzschirmen.
Die Erfindung hat es sich also zum Ziel gesetzt, eine Stahllegierung mit hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit
zu schaffen, die sich gleichzeitig durch gute Warmverformbarkeit auszeichnet.
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
geschieht häufig, indem man in den Neutronenfluß abschirmende 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 bie
Bor ist das Isotop B10, 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 herzustellen, sondern in den meisten Fällen ist man
darauf angewiesen, Bor als Legierungselement in Stahl eingehen zu lassen, um die notwendige Festigkeit
zu erhalten. Der Legierungsgehalt an Bor wird dabei jedoch durch die Tatsache begrenzt, daß
größere Borzusätze in äußerst augenfälliger Weise die Warmverformbarkeit verschlechtern. So läßt
sich aus Abb. 14 aus »Berg- und Hüttenmännische Monatshefte«, 103. Jahrgang, Juli 1958, Heft 7, S. 133,
die Versprödung durch Borzusatz entnehmen, wobei bemerkenswert ist, daß auch bei höheren Temperaturen
bei größeren Borgehalten völlig sprödes Verhalten zu beobachten ist. Als Folge dieser Tatsache
wird in der linken Spalte auf S. 134 ausgeführt, daß die schwierige Warmverarbeitbarkeit höher borlegierter
Stähle die Erzeugung von Stählen mit höheren Borgehalten wirtschaftlich nur als Guß zuläßt, und
es wird auf besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Gießen hingewiesen.
Alle Stähle, die mehr als 2 °/0 Bor enthalten, werden
in der Zahlentafel 12 des genannten Artikels als Gießstähle bezeichnet im Gegensatz zu den Stählen
mit niedrigerem Borgehalt als 2%, die als schmiedbar oder walzbar angegeben sind.
Aus dieser Vorveröffentlichung ergibt sich für den
Schmiedbare, korrosionsbeständige Stahllegierung mit hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit
Anmelder:
Aktiebolaget Bofors, Bofors (Schweden)
Vertreter:
Dipl.-Chem. Dr. W. Koch
und Dr.-Ing. R. Glawe, Patentanwälte,
2000 Hamburg 52, Waitzstr. 12
Als Erfinder benannt:
Karl Gerhard Sune Persson, Kedjeasen;
Paul Helmer Lindroth, Söderfors;
Lars Ivar Hellner, Karlskoga (Schweden)
Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 8. Dezember 1962 (13 250)
Fachmann, daß man eine schmiedbare Stahllegierung nur mit geringeren Borgehalten als 2% herstellen
kann.
Es ist ferner bekannt, daß man durch gleichzeitigen Zusatz von Aluminium oder Silicium die Menge Bor in einer Stahllegierung auf höchstens 4,5 °/0 erhöhen und trotzdem eine einigermaßen annehmbare Warmverformbarkeit erreichen kann.
Derartige Stähle haben jedoch eine relativ schlechte Korrosionsbeständigkeit und sind auf Grund dessen oft nicht verwendbar. Man hat deshalb versucht, Bor als Legierungsbestandteil in aus austenitischen, nichtrostenden Stählen vom Typ 18 °/0 Chrom — 8 % Nickel bestehende Grundmaterialien einzubringen.
Es ist ferner bekannt, daß man durch gleichzeitigen Zusatz von Aluminium oder Silicium die Menge Bor in einer Stahllegierung auf höchstens 4,5 °/0 erhöhen und trotzdem eine einigermaßen annehmbare Warmverformbarkeit erreichen kann.
Derartige Stähle haben jedoch eine relativ schlechte Korrosionsbeständigkeit und sind auf Grund dessen oft nicht verwendbar. Man hat deshalb versucht, Bor als Legierungsbestandteil in aus austenitischen, nichtrostenden Stählen vom Typ 18 °/0 Chrom — 8 % Nickel bestehende Grundmaterialien einzubringen.
Bei diesen Stählen ging ebenfalls die Warmverformbarkeit bei einem 2°/0 übersteigenden Borgehalt
ganz verloren.
Durch die erfindungsgemäße Stahllegierung wird nun aber eine besonders hohe Neutronenabsorptionsfähigkeit
angestrebt, indem man 2,4 bis 5°/0 Bor zusetzt, aber gleichzeitig werden die Eigenschaften
dieses Stahls wesentlich verbessert, indem dieser Stahl trotz des hohen Borgehaltes schmiedbar ausgebildet
wird und das sonst bei höheren Borgehalten beobachtete spröde Verhalten verbessert wird.
Demgemäß besteht die erfindungsgemäße Stahllegierung aus höchstens 0,15 % Kohlenstoff, 15 bis
809 509/274
30 °/o Chrom, 2,4 bis 5 % Bor, wobei der prozentuale
Titangehalt durch die Formel 3,1 Gewichtsprozent Bor bis 5,8 bis 3,1 Gewichtsprozent Bor bis 3 bestimmt ist,
jeweüs bis zu 2% Silicium und Mangan, Rest Eisen und Verunreinigungen, wie Phosphor und Schwefel.
Aus der Zeichnung ergibt sich der zulässige Titangehaltsbereich; dabei wurde die Abstimmung von
Bor und Titan graphisch dargestellt, indem als Ordinate die Titangehalte und als Abszisse die Borgehalte
aufgetragen wurden.
Dabei ist es unerheblich, daß aus der USA.-Patentschrift 2 087 431 ein ähnlich zusammengesetzert
Stahl bekannt ist, dem aber gerade die entscheidenden Zusätze, nämlich Bor und Titan, fehlen, denn es ließ
sich aus dieser Patentschrift in keiner Weise entnehmen, daß sich die erfindungsgemäße Stahllegierung
trotz ihres besonders hohen Borgehaltes als schmiedbar und besonders gut warmverformbar erweisen
würde.
Vorteilhafterweise beträgt der Kohlenstoffgehalt der Stahllegierung 0,10 %.
Eine bevorzugte Stahllegierung enthält 18 bis 28 % Chrom.
In nachfolgender Tabelle sind einige Beispiele für Stahllegierungen gemäß vorliegender Erfindung aufgeführt.
Stahl Nr. | Kohlenstoff | Gehalte, ·/„ | Titan | Bor |
= 0,03 | Chrom | 4,5 | 2,4 | |
1 | 0,04 | 25,1 | 6,0 | 3,0 |
2 | 0,04 | 25,1 | 5,4 | 3,5 |
3 | 0,03 | 25,1 ' | 6,6 | 3,7 |
4 | 0,03 | 25,3 | 6,8 | 3,7 |
5 | 0,03 | 25,4 | 7,3 | 3;s |
6 | 0,03 | 25,4 | 7,4 | 4,0 |
7-· | 0,04 | 25,4 | 8,0 | 4,4 |
8 | 24,0 | |||
35
40
Sämtliche oben angegebenen Stähle wiesen eine gute Warmverformbarkeit auf und konnten ohne
größere Schwierigkeiten von Gußblöcken zu Stangen ausgeschmiedet werden. Das Schmieden wurde hierbei
im Temperaturbereich von 950 bis HOO0C 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°/0 als notwendig.
Durch das Einhalten eines niedrigen Kohlenstoffgehaltes von weniger als 0,15% wird die Warmverformbarkeit
erleichtert, und auf Grund des relativ hohen Chromzusatzes bleibt der Stahl innerhalb des
gesamten vorkommenden Temperaturbereichs ferritisch.
Der überwiegende Teil des eingehenden Bors dürfte in Form von Titanborid vorliegen, jedoch ist
es nicht möglich, theoretisch die Mindestmenge Titan vorauszubestimmen, 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.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung eignet sich insbesondere als Werkstoff für Kernreaktorstäbe
und Strahlenschutzschirme.
Claims (4)
1. Schmiedbare, korrosionsbeständige Stahllegierung mit hoher Neutronenabsorptionsfähigkeit,
bestehend aus höchstens 0,15 °/0 Kohlenstoff, 15 bis 30% Chrom, 2,4 bis 5% Bor, wobei der
prozentuale Titangehalt durch die Formel 3,1 Gewichtsprozent Bor bis 5,8 bis 3,1 Gewichtsprozent
Bor bis 3 bestimmt ist, jeweüs bis zu 2 % Silicium und Mangan, Rest Eisen und Verunreinigungen,
wie Phosphor und Schwefel.
2. Stahllegierung nach Anspruch 1, jedoch mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10%.
3. Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, jedoch mit einem Chromgehalt von 18 bis 28%.
4. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 bis 3 als Werkstoff für Kernreaktorstäbe
und Strahlenschutzschirme.
In Betracht gezogene Druckschriften;
USA.-Patentschrift Nr. 2 087 431;
Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 103. Jahrgang, 1958, Heft 7, S. 125 bis 136.
USA.-Patentschrift Nr. 2 087 431;
Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 103. Jahrgang, 1958, Heft 7, S. 125 bis 136.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 509/274 2.68 © Bundesdruckerei Berlin
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SE1325062 | 1962-12-08 |
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- 1963-12-05 DE DEA44712A patent/DE1261675B/de active Pending
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