DE2317283C2 - Use of an iron alloy as a material for the production of housings for receiving fuel element casings and for use in high-speed neutron reactors - Google Patents

Use of an iron alloy as a material for the production of housings for receiving fuel element casings and for use in high-speed neutron reactors

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DE2317283C2
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Louis Cointe Habraken
Jean Jacques Huet
Vincent Liege Leroy
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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Description

8 bis 25% Chrom 0 bis 7% Titan8 to 25% chromium 0 to 7% titanium

sowie einem oder mehrerer der Elemente Aluminium, Vanadium, Silizium und Molybdän in den Mengen:as well as one or more of the elements aluminum, vanadium, silicon and molybdenum in the amounts:

0 bis 6% Aluminium 2 bis 7% Vanadium 2 bis 7% Silizium 0 bis 3% Molybdän 0 bis 0,5% Seltenerdmetalle0 to 6% aluminum 2 to 7% vanadium 2 to 7% silicon 0 to 3% molybdenum 0 to 0.5% rare earth elements

und einem oder mehrerer der folgenden Oxide, nämlichand one or more of the following oxides, viz

bis 8 Vol-% AI2O3 bis 8 Vol-% MgO bis 8 Vol-% TiO2 bi« 8 Vol-% Y2O3 Rest Eisenup to 8% by volume Al 2 O 3 up to 8% by volume MgO up to 8% by volume TiO 2 to 8% by volume Y 2 O 3, remainder iron

als Werkstoff zur Herstellung von Gehäusen zur Aufnahme von Brennelementhüllen und zum Einsatz in Schntllneutronenreaktoren mit der Maßgabe, daß die festen Oxide durch Dispersion in die Metallmatrix eingeführt werden.as a material for the production of housings for receiving fuel element casings and for use in Rapid neutron reactors with the proviso that the solid oxides are introduced into the metal matrix by dispersion.

Eine Legierung dieser Art ist mit Ausnahme der Verwendung von TiO2 nach der DE-ÖS 17 58 400 bekannt, jedoch sind dieser Druckschrift keine Hinweise zu entnehmen, die zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben führen könnten.With the exception of the use of TiO 2, an alloy of this type is known from DE-ÖS 17 58 400, but this publication does not contain any information that could lead to the solution of the objects of the invention.

Die Einführung der verschiedenen Oxide in die Metallmatrix der als Werkstoff vorgeschlagenen Eisenlegierung läßt sich in an sich bekannter Weise unter Ausnutzung der durch die Pulvermetallurgie gegebenenThe introduction of the various oxides into the metal matrix of the iron alloy proposed as the material can be avoided in a manner known per se Utilization of the given by powder metallurgy

Möglichkeiten vornehmen. Es konnte festgestellt werden, daß ein Werkstoff der vorgeschlagenen Art durch Dispersion fester Oxide der genannten Art im Hechtemperaturbereich von Schnellneutronenreaktoren Werte for Langzeit-Kriecheigenschaften ausweislieh die denen eines Stahles der Qualität AlSI 316, der als Bezugsqualität dient, überlegen sind. Auch bei Bestrahlung durch schnelle Neutronen in Flußdichten über lO^n/cm2 kommt es praktisch zu keinerlei Versprödung oder Aufblähung.Make opportunities. It was found that a material of the proposed type through dispersion of solid oxides of the type mentioned in the high temperature range of high-speed neutron reactors shows values for long-term creep properties that are superior to those of a steel of the quality AlSI 316, which is used as a reference quality. Even when irradiated by fast neutrons in flux densities above 10 ^ n / cm 2 , there is practically no embrittlement or bloating.

Gleichfalls verursacht die dynamische Natriumkorrosion keinerlei einschneidende Veränderungen des vorstehend definierten Werkstoffes.Likewise, dynamic sodium corrosion does not cause any drastic changes in the material defined above.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich die Eisenlegierung gleichfalls für andere Teile bei Schneüneutronenreakto- is ren verwenden, so zum Beispiel für Anker und Roste.In the context of the invention, the iron alloy also for other parts of the snow neutron reactor use them, for example for anchors and gratings.

AusführungsbeispielEmbodiment

Eine ferritische Legierung der folgenden Zusammensetzung: l A ferritic alloy of the following composition: l

13% Chrom;
3,5% Titan;13% chromium;
3.5% titanium;

2% Mo;2% Mo;

2 Vol-% TiO2;2 vol% TiO 2 ;

Rest FeRemainder Fe

wurde vor einer 48 Stunden betragenden Alterungsbehandlung bei 80O0C einer Homogenisierungsbehandlung unterzogen, die 10 Min. bei 12500C und anschließend 6 Stunden bei 1100"C betrug.was subjected to 48 hours prior to a forming amount aging treatment at 80O 0 C to a homogenization, the 10 min. at 1250 0 C and then 6 hours at 1100 "C was.

Die genannte Legierung zeigte sodann die nachgehenden mechanischen Eigenschaften:The alloy mentioned then showed the following mechanical properties:

Zugfestigkeit
Streckgrenze
Dehnung
Einschnürungtensile strenght
Stretch limit
strain
Constriction

179 MPa
162 MPa
39,7%
613%.179 MPa
162 MPa
39.7%
613%.

Bei Bestrahlung bei 550° C mit Dosen entsprechend 180 &p.a. im Simulationsversuch unter dem Elektronenmikroskop zeigt die Legierung eine Aufblähung von 0,5%.When irradiated at 550 ° C with doses corresponding to 180 & p.a. in the simulation experiment under the electron microscope the alloy shows an expansion of 0.5%.

Die fein dispergierte Oxidphase vermochte das Kornwachsium während einer thermodynamischen Behandlung, welcher der Werkstoff ausgesetzt wurde, wirkungsvoll zu verhindern.The finely dispersed oxide phase was capable of the grain wax during a thermodynamic To effectively prevent the treatment to which the material has been exposed.

Claims (1)

Patentanspruch: Verwendung einer Eisenlegierung bestehend ausClaim: Use of an iron alloy consisting of 8 bis 25% Chrom 0 bis 7% Titan8 to 25% chromium 0 to 7% titanium sowie einem oder mehrerer der Elemente Aluminium, Vanadium, Silizium und Molybdän in den Mengenas well as one or more of the elements aluminum, vanadium, silicon and molybdenum in the amounts 0 bis 6% Aluminium0 to 6% aluminum 2 bis 7% Vanadium2 to 7% vanadium 2 bis 7% Silizium2 to 7% silicon 0 bis 3% Moybdän0 to 3% Moybden 0 bis 0,5% Seltenerdmetalle0 to 0.5% rare earth elements und einem oder mehrerer der folgenden Oxide, nämlichand one or more of the following oxides, viz bis 8 Vol-% Al2O3 bis 8 Vol-% MgO bis 8 Vol-% TiO2 bis 8 Vol-% Y2O3 Rest Eisenup to 8 vol-% Al 2 O 3 up to 8 vol-% MgO up to 8 vol-% TiO 2 up to 8 vol-% Y 2 O 3 remainder iron als Werkstoff zur Herstellung von Gehäusen zur Aufnahme von Brennelementhüllen und zum Einsatz in Schnellneutronenreaktoren mit der Maßgabe, daß die festen Oxide durch Dispersion in die Metallmatrix eingeführt werden.as a material for the production of housings for receiving fuel element casings and for use in high-speed neutron reactors with the proviso that the solid oxides are introduced into the metal matrix by dispersion. Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Eisenlegierung als Werkstoff zur Herstellung von Gehäusen zur Aufnahme von Brennelementhüllen und zum Einsatz in Schnellneutronenreaktoren.The invention relates to the use of an iron alloy as a material for the production of Housings for holding fuel element casings and for use in high-speed neutron reactors. Als Werkstoff für Schutzhüllen nuklearer Treibstoffe in Schnellneutronenreäktoren ist nach der DE-OS 2005 696 schon eine Eisenlegierung mit 13 bis 25% Chrom und 2 bis 7% Titan bekannt gewesen, der auch noch 0 bis 8% Aluminium, 2 bis 7% Vanadin, 2 bis 7% Silizium, 0 bis 3% Molybdän sowie 0 bis 0,5% Seltenerdmetalle beigefügt sein konnten. Diese Legierung ließ sich der in der Größenordnung von 7000C bis 800° C liegenden Temperatur von Schutzhüllen für Brennelemente aussetzen, ohne daß es zur Verjprödung kam.According to DE-OS 2005 696, an iron alloy with 13 to 25% chromium and 2 to 7% titanium, which also contains 0 to 8% aluminum, 2 to 7% vanadium, 2 up to 7% silicon, 0 to 3% molybdenum and 0 to 0.5% rare earth metals could be added. This alloy could be the in the order of 700 0 C to 800 ° C temperature of cases expose for fuel elements without it came to Verjprödung. In der Betriebspraxis der Schnellneutronenreaktoren wurde späterhin das Aufblähen und das Wachsen von Stahlwerkstoifen beobachtet, dem die bekannt gewesenen Werkstoffe nicht mehr widerstehen konnten. Die Blähung hängt von der Dosis schneller Neutronen ab und hat bei Gehäusen von Brennelementhallen schwerwiegendere Folgen als bei den Brennelementhüllen selbst, wobei letztere infolge ihrer geringen Dimension einer gleichmäßigen Aufblähung unterliegen, während bei den Gehäusen die Aufblähungen im Hinblick auf den Abstand der Gehäuseflächen wegen des unterschiedlichen Neutronenflusses örtlich sehr unterschiedlich in Erscheinung treten. Als Folge davon kann sich das Gehäuse zwischen Oberseite und Unterseite bei stärkeren Neutronenflüssen bis zu mehreren Zentimetern durchbiegen. Verstärkt wird diese Auswirkung noch dadurch, daß die Aufblähung bei Temperaturen imIn the operational practice of fast neutron reactors Later, the expansion and growth of steel materials was observed, which the known materials could no longer withstand. the Flatulence depends on the dose of fast neutrons and has more serious consequences for the housings of fuel assembly halls than for the fuel assembly cladding itself, the latter being due to its small size subject to an even inflation, while in the case of the cases the inflation with regard to the Due to the different neutron flux, the distance between the housing surfaces is very different locally in Appearance. As a result, the case can move between the top and bottom with stronger neutron fluxes up to several centimeters. This effect is amplified nor in that the bloating at temperatures in the Bereich von 5QO9C, also gerade unter den Einsatzbedingungen der Gehäuse, ihren Höchstwert erreicht. Als Folge der unterschiedlichen Aufblähungen der Gehäusewandungen ergeben sich unterschiedliche Längs- und Querdehnungen in den genannten Wänden, so daß sich auch der Gehäusekopf relativ zur Gehäuselängsachse verformt, wodurch schließlich die Weiterverwendung eines derartigen Gehäuses in Frage gestellt wird. Die Verwendung von nicht rostenden AustenitstählenThe range of 5QO 9 C, i.e. precisely under the conditions in which the housing is used, has reached its maximum value. As a result of the different expansion of the housing walls, there are different longitudinal and transverse expansions in the aforementioned walls, so that the housing head is also deformed relative to the housing longitudinal axis, which ultimately calls into question the further use of such a housing. The use of stainless austenitic steels ίο erscheint an sich wegen des kubisch-flächenzentrierten Kristallisationssystems für Gehäuse von Brennelementhüllen günstig, doch ließen sich die genannten Schaden hierdurch nicht verhindern. Ein Behelf zur Vermeidung der ungleichmäßigen Gehäuseverformung sieht deshalbίο appears in itself because of the face-centered cubic Crystallization system for housings of fuel element casings favorable, but the damage mentioned could be avoided do not prevent this. A workaround to avoid it the uneven housing deformation therefore looks vor, die Gehäuse einer begrenzten und regelmäßigen Drehbewegung zu unterziehen, so daß stetig wechselnde Mantelflächen der Bestrahlung unterliegen.before, the housing a limited and regular To subject rotary movement, so that constantly changing lateral surfaces are subject to the irradiation. Von Legierungen auf Nickelbasis ist es zwu bekannt, daß diese unter dem Einfluß von schnellen NeutronenIt is known about nickel-based alloys that this is under the influence of fast neutrons eine nur geringe Aufblähung erfahren. Jedoch sind derartige Legierungen unter den genannten Bedingungen andererseits sehr versprödungsanfällig.experience little bloating. However, are Such alloys, on the other hand, are very susceptible to embrittlement under the conditions mentioned. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eisenlegierung aufzufinden, die sich als Werkstoff zurThe invention is based on the object of finding an iron alloy that can be used as a material for Herstellung von Gehäusen zur Aufnahme von Brennelementhüllen und zum Einsatz in schnellen Neutronenreaktoren eignet Dabei sollen neben einer guten Korrosionsfestigkeit ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, Versprödungsunempfindlichkeit sowie vorManufacture of housings for receiving fuel element casings and for use in fast neutron reactors is suitable. In addition to a good Corrosion resistance excellent mechanical properties, insensitivity to embrittlement as well as above allem eine nur sehr begrenzte Aufblähung bzw. ein nur sehr begrenztes Wachstum bestehen.in particular, there is only very limited inflation and only very limited growth. Erfindungsgemäß eignet sich demnach eine Eisenlegierung ausAccording to the invention, an iron alloy is therefore suitable
DE2317283A 1972-04-13 1973-04-06 Use of an iron alloy as a material for the production of housings for receiving fuel element casings and for use in high-speed neutron reactors Expired DE2317283C2 (en)

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