DE2005696C

DE2005696C - Verwendung einer Eisenlegierung fur die Herstellung von Hüllen fur Schnellneutronen reaktoren

Info

Publication number: DE2005696C
Application number: DE19702005696
Authority: DE
Inventors: Louis Cointe. Leroy Vincent Liege Meulemans Marcel Brüssel Carteels Florent Aaigem Habraken, (Belgien)
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques Centrum voor Research inde Metallurgie, Brüssel, Centre d'Etude de l'Energie Nucleaire, Mol , (Belgien)
Priority date: 1969-02-14
Filing date: 1970-02-07
Publication date: 1973-07-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Eisenlegierung für die Herstellung von Hüllen für Schnellneutronenreaktoren.

Nach der schweizerischen Patentschrift 220 545 ist eine Eisenlegierung mit 5% bis 40°/,, Chrom und mit bis zu 3% Titan für die Herstellung von Gegenständen bekannt, die eine konstante und stabile Permeabilität aufweisen sollen. Einer derartigen Legierung können auch noch wenigstens eines der Elemente Aluminium, Silizium, Mangan, Molybdän, Wolfram, insgesamt bis zu 8% und daneben bis zu 3% Vanadium hinzulegiert sein. Zur Erzeugung eines Spannungszustandes wird diese Legierung zum Beispiel mit einer Walzendtemperatur von 900⁰C warmgewalzt. Hierbei oder auch beim Kaltwalzen kann ein Verformungsgrad von 5 bis 99°/o bestehen, wobei gleichfalls Zwis^henglühungen bei Temperaturen von 700 bis 1200C erfolgen. Das Ziel ist dabei eine Legierung mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand und dadurch bedingten niedrigen Wirbelstromverlusten, die sich hierdurch zum Gebrauch bei hochfrequenten Wechselströmen besonders gut eignet.

In auf die Am sndung bei thermonuklearen Reaktoren begrenztem Ausmaß haben bereits bestimmte, nichtrostende, austenitische Stähle als Werkstoffe für die Herstellung von Schutzhüllen der nuklearen Treibstoffe Verwendung gefunden. Von diesen Stählen ist bekannt, daß sie infolge ihres Kristallisationssytems, daß heißt infolge ihres kubisch-flächenzentrierten Gitters, erhöhte Festigkeitseigenschaften besitzen. Jedoch weifen üie^c« austenitischen Stähle eine gewisse Sprödbruchempfindlichkeit auf. so daß man sie finer Bestrahlung durch einen Neutronenfluß erhöhter Dichte, wie er bei Schnellneutronenreaktoren im Gegensatz zu thermonuklearen Reaktoren vorliegt, nicht aussetzen ka.in.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für die Herstellung von Schutzhüllen nuklearer Treibstoffe in Schnellneutronenreaktoren in Vorschlag zu bringen, bei dem die erwähnte Sprödbruchempfindlichkeit in einem weitreichenden Maße ausgeschaltet ist. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine Eisenlegierung, bestehend aus

13 bis 25% Chrom,
2 bis 7% Titan,
nicht mehr als ·

0,005% Kohlenstoff,

sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren
0 bis 8% Aluminium,
2 bis 7% Vanadium,
2 bis 7% Silizium,
0 bis 3% Molybdän,

ίο 0 bis 0,5% je Element einer oder mehrerer der

seltenen Erden,

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, für die Herstellung von Hüllen für Schnell-

«5 neutronenreaktoren verwendet.

Bei einer derartigen Legierung tragen die chemische Zusammensetzung, das kubisch-fiächenzenlrierte Gitter und die hervorragenden Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen dazu bei, daß sie sich in beson-

ao derem Maße für den eingangs genannten 'Verwendungszweck eignet, infolge ihrer chemischen Zusammensetzung besteht bei derartigen Legierungen ein geringer Wirkquerschnitt zur Absorption von Schi.ellneutronen in Verbindung mit guter Verträglichkeit mit dem im Karbidzustand vorgesehenen Treibstoff und mit der wärmeabführenden Flüssigkeit. Die Festigkeitseigen.ichaften bei hohen Temperaturen liegen zwischen denjenigen austenitischer und ferritischer Stähle.

Die Herstellung der Legierung kann auf herkömmliche Art in einem normalen Tiegel aus Sintermagnesit erfolgen, wobei sie möglichst unter Vakuum bzw. in einer Schutzgasatmosphäre abgekühlt wird. Eine weitergehende Verbesserung erzielt man nach dem Gießen und Abkühlen durch eine Erhitzung auf eine hinreichende, in der Regel über 1000°C liegende Temperatur, bei welcher alle eventuell vorliegenden Festausscheidungen aufgelöst werden. Im Anschluß an die Erhitzung wird bei einer der Erhitzungstemperatur möglichst naheliegenden Temperatur eine Verformung durch mechanische Reduzierung im Bereich vom 20 bis 60% durchgeführt, die 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% Ce; Rest Fe, hergestellt, vergossen, abgekühlt und bei einer Temperatur von 700C drei Tage lang gealtert. Sie ergab die folgenden Festigkeitseigenschaften, die bei einer Temperatur von 700° C und einer Zuggeschwindigkeit von 0,5% pro Minute gemessen wurden:

Bruchlast 18,2 kg/mm²

Streckgrenze 16,2 kg/mm²

Dehnung 27%

Nach einer thermomechanischen Behandlung mit einer erten mechanischen Reduzierung von 40% nach Erhitzung auf 1100° C und dann einer zweiten Reduzierung vun 30% nach Erhitzung auf 900°C ergab die gleiche Zusammensetzung bei 700° C die folgenden Eigenschaften:

Streckgrenze 11 kg/mm²

Bruchlast 14 kg/mm²

Dehnung 120%

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Eisenlegierung, bestehend aus 13 bis 25% Chrom,

2 bis 7% Titan,
nicht mehr als

0,005% Kohlenstoff,
sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren

0 bis 8% Aluminium,

2 bis 7% Vanadium,

2 bis 7% Silizium,

0 bis 3% Molybdän,

0 bis 0,5% je Element einer oder mehrerer der seltenen Erden,

Rest Eisen und erschmelzungsbedingie Verunreinigungen, für die Herstellung von Hüllen für Schnellneutronenreaktoren.