DE2005696A1 - Metallegierung und Verfahren zu ihrer Behandlung - Google Patents

Description

PATENTANWALT 4 DÖSSELDORF-BENRATH 6. 2. 1970 DIPL-ING. ULRICH PLDGER BENRATHER SCHLOSSALLEE 86

TELEFON 713234

REG. NR.

Centre National de Recherches Mltallurgiques, 47, Rue Montoyer,

Brüssel/BELGIEN

Centre d'Etudes Nucllaires, Mol/BELSIEN

Metallegierung und Verfahren zu ihrer Behandlung

Die Erfindung betrifft Metallegierungen und insbesondere von derartigen, die bei hohen Temperaturen (zum Beispiel im Bereich von 700⁰C) verwendet werden, wie dies vor allem bei Werkstoffen der Fall ist, die als Schutzhüllen für nukleare Treibstoffe in Schnellneutronenreaktoren dienen.

Es ist bekannt, daß bestimmte nichtrostende austenitische Stähle Eigenschaften besitzen, aufgrund derer sie sich zur Herstellung von Schutzhüllen für nukleare Treibstoffe in thermonuklearen Reaktoren eignen . In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bekannt, daß das Kristallisationssystem dieser Stähle, d.h. das kubisch-flächenzentrierte System, einer derjenigen Faktoren ist, die zu einer Erhöhung ihrer Festigkeitseigenschaften beitragen können.

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Ee wurde jedoch festgestellt, dass die vorerwähnten austenitisehen Stähle dennoch eine gewisse SprOdbruchempfindlichkeit aufweisen) eine der Ursachen hierfür kann In den Auswirkungen einer durch Neutronenfluss bedingten Bestrahlung dieser Stählt gesehen werden, dessen Dichte an schnellen Neutronen klar grosser als bei thermonuklearen Beaktoren 1st. Dieser Nachteil bringt eine Beschränkung der AnwendungsmOgllohkelten nichtrostender austenltischer Stähle mit sich und lässt sie ror allem für solche Verwendungszwecke ungeeignet werden, wo sie einem derartigen fluss ausgesetzt sind.

Soweit den Erfindern bekannt, ist es bis heute noch nicht gelungen, Mittel und Wege ca finden, um diese Empfindlichkeit in einem ausreichendem Masse auszuschalten.

Die vorliegende Erfindung hat eine Metallegierung zum Gegenstand, die unter Beibehaltung einer guten Korrosionsfestigkeit und ausgezeichneter Festigkeitseigenschaften aufgrund einer Härtung in fester lösung sowie einer Aussehe!dungshärtebehandlung tatsächlich eine geringe Sprödbruchempfindlichkeit aufweist.

Die erfindungsgemässe Metallegierung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie die nachfolgenden Bedingungen

13Ji 4 Or ζ 25* 2Ji ζ Ii < 7*

erfüllt, wobei der Best aus fe gebildet wird, das über die normalem Verunreiniger hinaus nicht mehr als 0.005* C enthält. Dies· Prozentangaben sind als Gewichtsprozente zu verstehen.

Ie ist festgestellt worden, dass den oben angeführten Bedingungen entsprechend« Legierungen bei hohen Temperaturen

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wesentlich bessere Eigenschaften sowie eine geringe Sprödbruchempfindlichkeit aufgrund der kubisch-flächenzentrierten Art ihrer Kristallisation beibehalten (in diesem Punkt von der Kristallisationsart bei nichtrostenden austenitischen Stählen verschieden).

Die Eigenschaften dieser Metallegierungen werden verbessert, wenn diese Legierungen neben den bereits erwähnten Elementen und gemäss einer vorteilhaften Abwandlung ihrer prozentualen Zusammensetzung eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente ^ enthalten:

Aluminium von 0 bis 8 i» Vanadium von 2 bis 7 H

aLizium von 2 bis 7 % '

Molybdän von 0 bis 3 %

Eine oder mehrere ) von O bis 0.5 i» je seltene Erden ) Element seltener Erde.

Die erfindungagemässen Legierlögen können auf herkömmliche Art in einem normalen Tiegel (Sir^ermagneait) hergestellt, vergossen und möglichst unter Vakuum bis«. Schutsatmosphäre abgekühlt werden. Ihre Herstellung bringt keinerlei besondere Probleme mit sich. \

Darüberhinaus betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Behandlungsverfahren,- durch das die Eigenschaften' der vorgenannten Legierungen noch «eiter verbessert «erden können. Gemäße diesem Verfahren «erden die Legierungen nach dem Gi essen und Abkühlen mindestens einer Behandlungsphase unterzogen, bei weloher eine Erhitzung auf eine so ausreichende Temperatur (meistens von über 1000⁰C) erfolgt, dass alle eventuell vorhandenen festaussoheidungen aufgelöst werden, wobei dann auf die Erhiteung bei einer dieser möglichst nahe liegenden Temperatur eine Verformung durch

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mechanische Reduzierung im Bereich von 20 bis 60 fi folgt und wobei diese thermo-mechanische Behandlung zu einer neuen Verteilung der Härteausscheidung führt.

Als Beispiel wurde eine ferritische Legierung mit der Zusammensetzung 13 ^ Cr; 5 # Ti; 2 # V; 0.2 # Al; 0.1 Jb Ce; Rest Fe, hergestellt, vergossen, abgekühlt und bei einer Temperatur von 700⁰C drei Tage lang gealtert. Sie ergab die folgenden Festigkeitseigenschaften, die bei einer Temperatur von 70O⁰C und einer Zu₁
0.5 9^ pro Minute gemessen wurden:

Temperatur von 70O⁰C und einer Zuggeschwindigkeit von

Bruchlast - 18.2 kg/mm Streckgrenze - 16.2 kg/mm Dehnung - 27 9^.

Nach einer thermo-mechanisehen Behandlung mit einer ersten mechanischen Reduzierung von 40 # nach Erhitzung auf HOO⁰C und dann einer zweiten Reduzierung von 30 % nach Erhitzung auf 900⁰C ergab die gleiche Zusammensetzung bei 70O⁰C die folgenden Eigenschaften:

Streckgrenze - 11 kg/mm2

Bruchlast - 14 kg/mm^

Dehnung - 120 i».

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung (geringer Wirkquerschnitt zur Absorption von schnellen Neutronen, Verträglichkeit mit dem im Karbidzustand vorgesehenen Treibstoff und mit der wärmeabführenden Flüssigkeit), ihres kristallinen Gefüges (kubisch-flächenzentriert) und ihrer Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen (zwischen denen austenitischer und ferritischer Stähle gelegen) kann diese ferritische Legierung leichter als Ausgangematerial für die Erstellung und Fertigung von Hüllen für Schnellneutronenreaktoren herangezogen werden.

Patentansprüche: 009884/1388 - 5 -

Claims (3)

Patentansprüche

1. Metallegierung, dadurch gekennzeichnet_a daß sie die nachfolgenden Bedingungen

13 % < Cr < 2 5 % 2 % < Il ^ 7 %

von 0 % bis 8 von 2 % bis 7 von 2 % bis 7

erfüllt, wobei der Rest aus Fe gebildet wird, das über die normalen Verunreiniger hinaus nicht mehr als 0.005 % C enthält.

2. Metallegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₃ daß sie außerdem in den jeweils aufgeführten Mengen eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente enthält:

Aluminium

Vanadium

Silizium

Molybdän von 0 % bis 3 %

eine oder mehrere) von 0 % bis 0.5 % je seltene Erden ) Element seltener Erde.

3. Verfahren zur Behandlung einer der Legierungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_s daß nach der Abkühlung im Anschluß an das Gießen die Legierungen mindestens einer Behandlungsphase unterzogen werden, bei welcher eine Erhitzung auf eine so ausreichende Temperatur (meistens von über 1000⁰C) erfolgt, daß alle eventuell vorhandenen Festausscheidungen aufgelöst werden, wobei dann auf die Erhitzung bei einer dieser möglichst nahe liegenden Temperatur eine Verformung durch mechanische Reduzierung im Bereich von 20 % bis 60 % folgt.

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