DE1608223A1 - Vanadiumlegierung - Google Patents
VanadiumlegierungInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
- C22C27/025—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum alloys based on vanadium
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Description
WESTINGHOUSE
Electric Corporation East Pittsburgh, Pa, USA
Werner- von-Siemens-Str.
PLA Χλ
Vanadiumlegierung
(Pur diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden
US-Anmeldung Serial No. 623,697 vom 16.3.1967 beansprucht).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vanadiumlegierung, insbesondere zur Verwendung als Struktürmaterial in
schnellen Kernreaktoren.
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Mü/Kr
PLA 68/8212
Schnelle Kernreaktoren, z.B. auch sogenannte schnelle Brutreaktoren
arbeiten bei Betriebstemperaturen von 550 bis 800 0O.
Als Kühlmittel dient flüssiges Metall, wie z.B. Natrium oder
eine Mischung aus Natrium und Kalium. Die Entwicklung derartiger Kernreaktoren, die flüssige Alkalimetalle als Kühlmittel verwenden,
ist unter anderem abhängig von der Verfügbarkeit von Legierungen, die bei den auiSergewöhnlichen Betriebsbedingungen
genügend widerstandsfähig sind. Sie müssen speziell hohen Bctriebsbelastungen
gewachsen sein und dem Korrosionsangriff der flüssigen Metalle bei den hohen Betriebstemperaturen von 550 bis
800 0C. Solche Legierungen müssen demnach erfolgende Eigenschaften
besitzen: Gute Verarbeitbarkeit, genügende Festigkeit bei erhöhten Temperaturen von 550 - 800 °C, gute Widerstandcfähigkeit
gegenüber einer Verformung durch Kriechen bei diesen
Temperaturen, sowie hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssigen Metallen. Es ist weiterhin notwendig, daß diese Legierungen
den Betrieb solcher Kernreaktoren nicht schädlich beeinflussen, w.enn sie als Umhüllungs- und Strukturmaterial Verwendung
finden.
Umlegiertes Vanadium hat nicht die gewünschte Temperaturfestigkeit und auch nicht die erforderliche Korrosionsbeständigkeit
für die Anwendung als Brennstoff umhüllung.
Es sind einige Vanadiumlegierungen bekannt geworden, die Zusätze z.B. aus Zirkon, Titan enthalten. Solche Legierungen
BAD ORIQINAL - 2 - . ■ Mü/Kr
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zeigen hohe Kriechverformung und sind in erster Linie nützlich
für die kurzzeitige Anwendung bei hohen Temperaturen und ■beträchtlichen
Belastungen, d.h. für Zeiten von etwa 10bis-100
Stunden bei 700 0C.
Hohe Zugfestigkeit eines Materials ist aber nicht notwendigerweise
ein Maßstab für eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Kriech*
verformung. Verschiedene Vanadium!egierungen, die 40 bis 50 oß>
Titan als hauptsächliches Legierungselement enthalten, haben
attraktive Zugfestigkeiten bei erhöhten Temperaturen für kurze
Anwendungszeiten gezeigt, haben jedoch eine besonders hohe Kriechverformüng.
Andere Vanadiumlegierungen, die hohe Kriechfestigkeiten aufweisen, sind so stark legiert, daß sie für die Verwendung
"als Hüllrohrmaterial für schnelle Kernreaktoren nicht
in Frage kommen. Es besteht daher ein akuter Bedarf für ein
geeignetes Umhüllungsmaterial, das die bereits geschilderten
Eigenschaften in möglichst hohem Grade besitzt, und diese auch
für möglichst lange Zeiträume behält. Erfindungsgemäß entsprechen
dieser Aufgabenstellung Vanadiumlegierungen, die, - dem
Gewicht nach - Zirkon von etwa 1 bis 4 #, Kohlenstoff von
0,02 bis 0,1 fo ,, Stickstoff bis zu etwa 0,05 1° und einen in
fester Lösütig befindlichen Härtungszusatz von etwa 3 bis 20 #
aus'wenigstens einem der Elemente der Gruppe aus Chrom, Niob,
Eisen, Nickel, Molybdän, Titan» Tantal und Wolfram besteht.
Spezieller ausgedruckt, enthalten die Vanadiumlegierungen - dem
Gewicht nach - etwa 1 bis 4 %'Zirkon, 3 bis 20 Ί» wenigstens
Λ/ -.. ■; --„-;. 3'■- - . Mü/Kr
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eines Elementes der genannten Gruppe ohne Titan. In einigen Legierungen kann der Zirkongehalt entweder ganz oder teilweise
durch Titan und oder äquimolare Mengen von Hafnium ersetzt werden. Vorzugsweise soll der Chromanteil 12 #, der Niobantcir
12 <fo, der Wolframanteil ebenfalls 12 # nicht überschreiten.
Der letztere Legierungszusatz soll, wenn er verwendet wird, vorzugsweise mit einem nahezu gleichen Anteil von Chrom zur
Anwendung kommen. Wenn Molybdän vorgeshen ist, soll sein Anteil 9 i° nicht überschreiten, vorzugsweise zusammen mit
Chrom, wenn der Molybdängehalt 3 j£ übersteigt. Wenn-Eisen
vorgesehen ist, soll sein Anteil 8 f» nicht übersteigen.
Desgleichen Nickel 3 # und Tantal 12 #. Eisen gibt gute
Resultatein der Gegenwart von Nickel. Kohlenstoff ist in
Beträgen von 0,02 bis O/l $ und Stickstoff von 0,001 bis
0,05$ vorhanden. Das Atomverhältnis von Zirkon zu Kohlenstoff
und/oder Stickstoff liegt im Bereich von 1,5:1 - 2:1. Der Sauerstoffgehalt reicht von Spuren bis zu 0,1 # und übersteigt
meistens 0,15 #'nicht. Aluminium kann bis zu 2 i» enthalten
sein. Der Rest ist im wesentlichen Vanadium, ausgenommen Spuren von nicht vermeidbaren Verunreinigungen, wie
z.B. Silizium, Mangan, Phosphor usw., die jedoch insgesamt 0>5 $>
nicht übersteigen.
Für Reaktorzwecke hat Zirkon vorzugsweise nur einen geringen Gehalt von Hafnium. Für schnelle Reaktoren und Brutreaktoren
können kleine Spuren von Hafnium anwesend sein. Für andere Zwecke jedoch, speziell außerhalb der eigentlichen Kernreak-' '
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• 5 Ί6Θ8223
torzone, wie z.B. Rohrleitungen für heißes Natrium zu einem . Wärmetauscher kann das Zirkon bis zu 3 $>
Hafnium enthalten. Für Hochtemperaturanwendungen, ausgenommen Teile innerhalb
es eigentlichen Kernreaktors kann Hafnium das Zirkon Atom
für Atom ersetzen.
Verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Kriechen wird
bei den erfindungsgemäßen Legierungen durch Beimengen der
spezifischen Anteile von Zirkon erreicht, welche mit den genannten Anteilen von Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff
Verbindungen eingehen und Ausscheidungen von Zirkonkarbid,
Zirkonnitrid und Zirkonoxyd im Sinne einer Ausscheidungshärtung
bilden. Kleine Beträge von Titan können zum vollem oder
teilweisen Ersatz von Zirkon Verwendung finden und Ausscheidungen
von Titankarbid, -Oxyd und -Nitrid bilden. Auf diese Weise haben diese Legierungen zwei Phasen, von denen jede zu
ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Kriechen beiträgt:
Einmal die feste Lösung zwischen Vanadium und einem oder mehreren der Elemente aus der Gruppe Niob, Chrom, Wolfram,
Molybdän, Eisen, Titan, Nickel und Tantan als gelöste Substitutionsatoff· und eine diepergierte Phase aus winzigen Teilchen von Zirkonkerbid, Zirkonnitrid und Zirkonoxyd. Das Zirkonium wirkt also sozusagen ale Saueretoffgetter und sorgt da-■it für tint zunehmende Korroaionewidirstandßfähiglceit bei
erhöhten Ttaperaturtn. Ohne Zirkon und/oder Titan oder Hafnium
- 5 - - . .. Mü/Kr
-PLA 69/8212 \
würde sich Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff auf Zwischengitterplätzen
des Vanadiums einlagern und damit die Verarbeitbarke
it des Vanadiums verschlechtern.
Eine nützliche Legierungsgruppe nach dieser Erfindung enthält die vorgenannten Elemente in Gewichtsanteilen von 5 -12
% Niob, 1 bis 4 $ Zirkon, Kohlenstoff und Stickstoff zur
Ausbildung eines Atomverhältnisses von Zirkon zu Kohlenstoff
und Stickstoff von (1 bis 1/2) : 1 bis 2:1, und bis zu 1500 ppm von restlichem Sauerstoff. Eine andere nützliche Legierung auf
Vanadiumbasis enthält folgende Gewichtsanteile: 6 bis 12 # Chrom,
6 bis 12 # Wolfram, 1 bis 4 $> Zirkon,, genügend Kohlenstoff
und/oder Stickstoff, um ein Atomverhältnis von Zirkon zu Kohlenstoff und Stickstoff zu bilden von (1-1/2) : 2:1 und bis
zu 1500 ppm restlichen Sauerstoff. Eine weitere spezielle Legierung nach dieser Erfindung auf Vanadiumbasis enthält 6 bis
12 i> Chrom, 3 bis 9 i>
Molybdän, 1 bis 4 # Zirkon und ebenfalls wieder genügend Kohlenstoff und Stickstoff, um ein Atomverhältnis zwischen Zirkon und Kohlenstoff und Stickstoff von (1 - 1/2):2
zu bilden, sowie 1500 ppm restlichen Sauerstoffes.
Normalerwelse rührt der Stickstoffgehalt der Legierungen.aus
dem restlichen Stickstoff, der durch die Legierungsbestandteile während des Schaelzvorganges eingebracht wurde, her«, Während
des. Schmelzens werden Prüfungen vorgenommen, um den Stickstoff
und Kohlenstoffgehalt festzustellen und eventuell zusätzlich
« 6 - Mü/Kr
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Kohlenstoff in solchen Mengen hinzuzufügen, daß das genannte
Atomverhältnis von Zirkon zu Kohlenstoff und Stickstoff
entsteht.
Eine andere wünschenswerte !legierung auf Vanadiumbasis nach
dieser Erfindung enthält 6 - 12 % Chrom, 2 bis 6 ^ Eisen, .
1 bis 4 io Zirkon und genügend Kohlenstoff und/oder Stickstoff
zur Ausbildung eines Atomverhältnisses zwischen Zirkon und Kohlenstoff im Bereich von 1,5:1 bis 2:1 und bis zu 1500 ppm
restlichen Sauerstoff. Eine weitere spezielle Legierung nach'
dieser Erfindung enthält außer Vandium 4 bis 9 $>
Eisen, 4 bis 8 # Niob, 1 bis 4 $> Zirkon und einen genügenden Anteil von
Kohlenstoff und/oder Stickstoff zur Ausbildung eines Atomverhältnisses
zwischen Zirkon und Kohlenstoff und Stickstoff im Bereich von 1,5:1 bis 2:1 und bis zu 1500 ppm restlichen
Sauerstoffes. Schließlich sei noch eine weitere Legierung nach dieser Erfindung näher beschrieben. Diese enthält außer
Vanadium 6 bis 12 $> Chrom, 6 - 12 # Tantal, 1 - 4 % Zirkon,
genügend Kohlenstoff und/oder Stickstoff zur Ausbildung eines Atomverhältnisses zwischen Zirkon und Kohlenstoff und Stickstoff im Bereich von 1,5 * 1 bis 2:1 und bis zu 1500 ppm restlichen
Sauerstoffes. ^
Weitere entsprechend dieser Erfindung hergestellte Legierungen
(A-W) sind in Tabelle I näher beschrieben. Ihre Eigenschaften sind aus .den graphischen Darstellungen in den figuren
009849/01125
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1 und 2 zu ersehen.
Figur 1 zeigt die Kriechkurven verschiedener erfindungsgemäßer Vanadiumlegierungen bei 700 0C und einer Belastung
2 von 21 kg/mm .
Figur 2 zeigt die Kriechkurven dieser Legierungen bei 800 0G
und einer Belastung von 7 kg/mm . In beiden Fällen wurden die Prüflinge vorher 1 Stunde lang bei 1200 0C wärmebehandelt
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009849/0425 QU3
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009849/0 4 25
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E | 5.32 | 12-2 | ||
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3/04 2 5 |
9.86 -
Ti | ,1.34 | (a) | 0.055 | Rest | |
— | Ti | 1.33 | 0.044 | - | Rest |
— | 1.30 | (a) | 0.052 | Rest | |
- | 1.24 | (a) | 0.049 | Rest | |
- | 1.33 | (a) | 0.123 | Rest | |
10 | - | - | - | Rest | |
20 | Rest | ||||
* Alle Legierungen enthielten etwa 0.1 $>
Sauerstoff (a) etwa 0.02 £ Stickstoff
CD O CO
- 10 -
Mü/Kr
Die Tabelle I zeigt zu Vergleichszwecken außerdem zwei hervorragende
Vanadiumlegierungen mit hohem Titangehalt X und Y. Diese Legierungen haben attraktive Zugfestigkeiten bei
erhöhten Temperaturen. Alle Mengenangaben der Tabelle I sind in Gewichtsprozent ausgedrückt. Jedes der Legierungsbeispiele A bis W der Tabelle I hat seine besondere Bedeutung und ist repräsentativ für eine unterschiedliche
Legierungszusammensetzung innerhalb des Erfindungsbereiches.
Jede der Legierungsproben in Tabelle I lag in Blechform vor
und wurde nach einer Wärmebehandlung einem Kriechtest bei
700 0C und bei 800 0C ausgesetzt. Die Ergebnisse derselben
.sind in Tabelle II dargestellt. Die oben genannten binären
Vanadiumtitanlegierungen würden einer ähnlichen Prüfung unterworfen.
■ -
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Zugversuche
tai ■ ρ
Legigi- Tempe- Zugfestig- Streckengren- Bruch- kg/mm
in ■■. ■ . ρ ,2
rung.3 ratur keit kg/mm ze kg/mm Dehnung
Zeitstandversuche . <
Belastung sek.Kriechge- Verformungs- Verweilzeit Ver- '
schwindigkeit zeit (h) ' auf Temp.(h) form.
*-..■ | 700 0G | 40,88 | 21,00 ■ | 7° | 18 | β. | 19 | 21 | 0.0022 | - 3 | 87 - | 142 | 1.05( | |
ff | 800 | — ; | — | - | 24 | Ί | 0.0025 | 4 | 139 | 139 | 1 .01 ( | |||
A | d ; | 700 : | 33,53 | 18,62 | 17 | — | 21 | 0.0025 | 0 | - 71 | 260 | 3.63( | ||
A | ο | 800 | - | - | - - | mm | 7 | 0.0011 | 3 | .5130 ' - | 161 | 1.02( | ||
I | O CO |
700 | 31,92 | 16,80 | 17 | 21 | 0.0022 | 0 | 0.2 235 . | 259 | 3.0 ( | |||
B | cp .*- |
800 | — | - | - | 7 | 0.0022 | 18 | 194 - | 194 | 0,82( | |||
H | CO | 700 | 39,34 | 19,67 | 22 | 21 | 0.0031. | 0 | Q.1 80 | 258 | 3.55( | |||
I | 800 | 31,99 | 17,43 | 28 | 7 · | 0.0012 | 1 | .5 120 | 114 | 1.17( | ||||
D | 700 | - | - | - | 21 | 0.0008 | Ί | 3 160 | 545 | 1.9 ( | ||||
D | 800 | — , | - | 7 | 0.0002 | 0 | 3 2 | . 241 | 1.4 ( | |||||
E | 700 . | 42.56 | 22,40 | 21 | 0.0003 | 1 | .5 20 | 261 | 1.41 ( | |||||
Ά | 800 | 39,55 | 2i",35 | 7 | 0.001 | 3 | .0 261 | 261 | 0.98( | |||||
F | 700 | — | — | 21 | 0.006 | 1 | 12 | 98 | 1,6 ( | |||||
F | 700 | MB | 21 | 0.0024 | 2 | 55 - - | 162 | 1.33( | ||||||
G | ||||||||||||||
H. | ||||||||||||||
- 12 -
Mü/Kr
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o
I
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700 700 700 700 700
700
700
700
700
700
700
700
700 800 800
700 800
38,50
40,88 50,12
3.1,71
38,57 37,94 42,70
47,67
36,68
61,28 43,40
19,74
21,49 30,38
15,26 20,16 19,53 17,64
25,76 20,65
42,91 33,88
(a) Belastung stieg während des Testes auf
(b) Test abgebrochen
(c) Bruch ·
21 | 0.0054 · | 5 | 90 | 90 | ι Ψ |
|
20 | • 21 | 0.0034 | - 0.8 | 143 | 143 | 1.56 |
- | 21 | 0.0051 | - 52 | - | 45 | 2.1 |
- | 21 | 0.002 | - 3 | - | 139 | 1.52 |
- | 21 . | 0.0022 | . - · .3 | - | 130/?;·'; | 1.87 |
18 | 21 | 0.0021 | - 53 | ' - · | 119 | 1.56 |
24 | 21 | 0.0017 | - 1.0 | - | 186 | 1.17 |
O1" | 21 | _0.0025 | - 0.0 | 218 | 218, | 1.6 |
- | 21 | 0.0042 | ■ - 0.0 | 163 | 163 | 2.49 |
19 | 21 | 0.0019 | - 2 | 100 | 140 | 2.61 |
18 | 21 | 0.0031 | T 0.8 | 92 | 92 | 3.2 |
17 | 17 | 0.00038* | - 236 | -' | 236 | 1.91 |
19 | 21 m 8,55 *4,55 |
0.006 0.18 0.04 |
- 69 0.8 3 -. 8 |
12 | 118 105 1106 |
1.01 |
24 33 |
21 7 |
0.009 0.091 |
1.5 21 6 13 |
41 31 |
222 365 |
1 .'20 119(C 51.30 |
21 20 |
54 (c 132.5( |
|||||
28 kg/mm
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Die in den Tabellen 1 und 2 aufgeführten Legierungen wurden
durch doppeltes Schmelzen mit abbrennenden Elektroden in Argonatmosphäre bei einem Druck von 1/3 at hergestellt.
Jedoch können diese Legierungen auch auf andere Weise hergestellt werden, wie z.B. durch Lichtbogenschmelzen
mit sich nicht verbrauchenden Elektroden oder durch die Elektrcnenstrahlschmelztechnik.
Probestücke der Legierungen können in einer vielfältigen Weise hergestellt werden. Eine typische Methode, die hier
verwendet wurde, bestand darin, die erschmolzene Legierungsprobe mit einem.Durchmesser von 3,8 bis 6,4 cm bei etwa
1000 0C um etwa 50 i* herabzuschmieden. Die Proben wurden
dann bei etwa 500 0G um 50 bis 75 Ί· dünner gewalzt. Anschließend
wurden die Probestücke im kalten Zustand zu einem Blech von etwa 1,06 mm ausgewalzt und schließlich
wurden sie einer Hitzebehandlung bei über 1200 0C für
mehrere Stunden ausgesetzt, um ein verhältnismäßig grobes Korn von etwa ASTM3 bis ASTM5 zu erzielen.
Aus Tabelle II ist zu ersehen, daß die Legierungen dieser Erfindung eine wesentliche höhere Kriechfestigkeit, verglichen
mit ,jenen der besten bekannten binären Vanadiumtitanlegierungen
unter ähnlichen Prüfbedingungen aufweisen.
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009849/0425
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is -
Der Zeitbedarf bei den Prüfungen bis zur Erreichung einer
Verformung von 1/2 #, 1 # und 3 ^ ist in den Figuren 1 unü
2 für 700 0C und 800.0C dargestellt. Hieraus gehen die verbesserten
physikalischen Eigenschaften der Legierungsbeispiele A bis W im Vergleich.zu den Legierungen X und Y klar
hervor. Die Verbesserung der Kriechfestigkeit der Legierungen
A bis G- und H gegenüber den binären. Legierungen X und Y ist
den Figuren 1 und 2, und auch der Tabelle II zu entnehmen. Die
Verbesserung der Kriechrate ist speziell bei den Legierungen E und F festzustellen. Die hohe Kriechfestigkeit dieser Legierungen ist teilweise der dispergierten zweiten Phase,
nämlich den Zirkonkarbiden und Nitriden zuzuschreiben, die eine
Bewegung des Kristallgitters und der Korngrenzen verhindern·
und dadurch die Kriechrate herabsetzen. Weiterhin enthalten die Legierungen dieser Erfindung einen verhältnismäßig niedrigen
Anteil von Substitutionslösungen verglichen mit den binären Vanadiumtitanlegierungen. Der Anteil der Substitutionselemente in den Legierungen ist wichtig hinsichtlich der Verarbeitbarkeit,
da diese durch den Betrag solcher in fester Lösung befindlicher Härtungszusätze beeinflußt wird. Kerntechnische
Eigenschaften, wie z.B. Brutraten usw., werden durch große Zusätze
solcher Substitutionsstoffe verschlechtert, wenn sie einen hoh'en Wirkungsquerschnitt besitzen.
Die Legierungen nach dieser Erfindung kombinieren die feste
Lösung und die dispergierte Phase, um hohe Festigkeiten bei
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PLA 68/8212
hohen Temperaturen zu erzielen. Vanadiumlegierungen nach dem'Stand der Technik enthalten in hohem Maße Zwischengitteratome,
welche ihre Verarbeitbarkeit ernsthaft herabsetzen. Demgegenüber verbinden sich in den erfindungsgemäßen
legierungen Zirkon und Titan mit dem Zwischengitteratom von "Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff und bilden stabile
Karbide, Oxyde und Nitride und dadurch die Basis der Dispersionshärtung. Vor der Ausscheidungshärtung beeinflußt das Zirkon
z.B. die Bearbeitbarkeit nicht ungünstig. Der Zusatz von Zirkon erlaubt Sauerstoffanteile in der Höhe von I500 ppm im
Vanadiumgrundmaterial ohne die Verarbeitbarkeit zu verschlechtern. Genügend Kohlenstoff auf Zwischengitterpositionen wird
der Grundlegierung zugegeben, um einen genügenden Volumenanteil von dispergieren Stoffen zu erzielen, die die Kriechfestigkeit der Legierungen erhöhen, jedoch ihre Verarbeitbarkeit vor der Ausscheidungshartung nicht reduzieren. Bin geringer Überschuß von Zirkon oder Titan kann in diesen Legierungen zugelassen werden. Darüber hinaus wird Sauerstoff durch
die hohe Wirksamkeit des Zirkons oder Titans beseitigt. Korrosionsprüfungen dieser Legierungen in flüssigem Natrium haben nur
die Hälfte des Gewichtszuwachses gegenüber binären Vanadiumtitanlegierungen erbracht. Offensichtlich bildet sich auf den
erfindungsgemäßen Legierungen eine festhaftende Oberflächenschicht, welche die Diffusionsrate des Sauerstoffes in den
Legierungskörper verringert.
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Die erfindungsgemäßen Legierungen können in Gestalt von
Bolzen, Stäben, Rohren "und Blechen verwendet werden, wie
z.B. als Strukturmaterialien in schnellen Kernreaktoren, ■wobei darauf hingewiesen werden soll, dafcS selbstverständlich
auf noch weitere Variationen der Legierungszusammensetzung
in den genannten Grenzen möglich sind.
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•r ι. s *
Claims (14)
1. Vanadiumlegierung, insbesondere zur Verwendung als Strukturmaterial
in schnellen Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus etwa 1 bis 4 Gew.# Zirkon, 3 bis 20 Gew.# wenigstens
eines der Elemente aus der Gruppe Niob, Chrom, Wolfram, Molybdän, Eisen, Nickel, Titan und Tantal - das Atomverhältnis
von Zirkon zum Gesamtanteil Kohlenstoff und Stickstoff beträgt dabei etwa 1,5:1- bis 2:1 - bis zu 0,15 Gew.# Sauerstoff
und der Rest im wesentlichen aus Vanadium besteht.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
zur Erzielung einer Ausscheidungshärtung und zur Erzeugung einer mittleren Korngröße von ASTM3 bis ASTM5 für die Erzielung einer hohen Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen
wärmebehandelt ist.
3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
den Pail der Anwesenheit die gewichtsmäßigen Anteile für
Niob 4 bis 12 £, Wolfram 6 bis 12 ^ bei gleichzeitiger
Anwesenheit von 6 bis 12 ji Chrom, Molybdän 3 bis 9 $>
bei gleichzeitiger Anwesenheit von 6 bie 12 fL Chrom, Eisen von
2 bis 6 i> bei gleichzeitiger Anwesenheit von 6 bis 12 H
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Chrom, Nickel 3/4 Ms 3 $> bei gleichzeitiger Anwesenheit
von 4"bis 8 $> Eisen und Tantal bis zu 12 # bei gleichzeitiger Anwesenheit von 6 bis 12 $ Chrom betragen.
von 4"bis 8 $> Eisen und Tantal bis zu 12 # bei gleichzeitiger Anwesenheit von 6 bis 12 $ Chrom betragen.
4. Legierung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie
etwa 10 $> Niob enthält.
5. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie
8,48 ?6 Chrom und 6 bis 12 # Wolfram enthält.
6. Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
sie etwa 10 ?6 Wolfram enthält. .
sie etwa 10 ?6 Wolfram enthält. .
7. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie
etwa 9 # Chrom und 3 bis 9 i» Molybdän enthält»
8. Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie
5,48 io Molybdän enthält.
9. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie'
9 i° Chrom und etwa 2 bis 6 # Eisen enthält.
10. Legierung.nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie
wenigstens ein Element aus 'einer Gruppe bestehend aus 3/4
bis 3 $> Nickel, 4 bis 8 56 Niob und etwa 6,5 $> Eisen enthält.
bis 3 $> Nickel, 4 bis 8 56 Niob und etwa 6,5 $> Eisen enthält.
- 19 - , MU/Kr
009849/0425
PLA 68/8212
11. Legierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
sie etwa 1,7 # Nickel enthält.
12. Legierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
sie etwa 5,3 $ Niob enthält.
13. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
sie etwa 8,49 Chrom und 6 bis 12 $> Tantal enthält.
14. Legierung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
sie etwa 9,85 $> Tantal enthält.
-20- Mü/Kr
0098A9/0425
Lee r se i te
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Cited By (1)
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