DE2833339C2

DE2833339C2 - Verfahren zur Gefügeverbesserung von gezogenen Rohren aus austenitischen Chrom-nickel-Stählen

Info

Publication number: DE2833339C2
Application number: DE19782833339
Authority: DE
Inventors: Christo Dipl.-Ing. 7513 Stutensee Wassilev
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1978-07-29
Filing date: 1978-07-29
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB2027627A; GB2027627B; FR2432050A1; FR2432050B1; DE2833339A1

Abstract

Bei diesem Verfahren werden die Rohre mehreren Kaltverformungs- und Zwischenglueh-Schritten sowie einer Loesungsgluehung unterworfen. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch eine letzte Zwischengluehung (vorletzter Verfahrensschritt vor der Loesungsgluehung) bei einer Temperatur zwischen 50 und 150 k niedriger als der Loesungsgluehtemperatur, durch eine daran anschliessende Kaltverformung (letzter Verfahrensschritt vor der Loesungsgluehung) nur bis zu einer maximalen Verformung von 15 % und durch eine hohe Loesungsgluehtemperatur im Bereich von 1353 bis 1423 k. Mit den angegebenen Massnahmen koennen die Eigenschaften austenitischer Chrom-Nickel-Staehle waehrend ihrer Verarbeitung so verbessert werden, dass deren Kriechfestigkeit, deren Duktilitaet, deren Schwellresistenz sowie deren thermische Stabilitaet selbst unter exotischen Bedingungen, wie z.B. unter starker Neutronenbestrahlung, erhoeht werden. en. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass de

Description

— daß die vor dem letzten Kaltwalzschritt liegende Zwischenglühung bei einer Temperatür durchgeführt wird, die um 50 bis 150 K niedriger als die Lösungsglühtemperatur ist,

— daß die Reduzierung des letzten Kaltwalzschrittes 8 bis 15% beträgt und

— daß das daran anschließende Lösungsglühen bei einer Temperatur zwischen 1353 und ί423 Κ durchgeführt wird.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefügeverbesserung von aus austenitischen Chrom-Nickel-Stählen bestehenden, gezogenen Rohren zur Verwendung als Kernbrennstoffhüllrohre, bei welchem die Rohre mehreren Kaltver^formungs- und Zwischenglüh-Schritten sowie einer Lösungsglühung unterworfen werden, wobei die Reduzierung des letzten Kaltwalzschrittes im Bereich von 5 bis 45% liegt

Bei der Herstellung von gezogenen Rohren aus austenitischem, Titan-stabilisiertem Stahl werden die noch unfertigen Rohre einem mehrfachen Wechsel von Kaltverformung und Zwischenglühung unterworfen, bevor die Lösungsglüh-Behandlung durchgeführt wird. In der industriellen Fertigung wird im wesentlichen mit einer Kaltverformung beim letzten Kaltverformungsschritt um etwa 30% gearbeitet. Die Temperatur für die Zwischenglühung liegt in der Nähe der Temperatur für die Lösungsglühung, beispielsweise 1353 K für die Zwischenglühung und 1363 K für die Lösungsglühung.

Aus der DE-OS 14 58 485 sind austenitische Chrom-Nickel-Stähle bestimmter Zusammensetzungen und ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus solchen Stählen bekannt, die unter Belastung während langer Zeiträume und bei hohen Temperaturen von mindestens 1023 K eine sehr hohe Langzeit-Standfestigkeit haben. Die aus diesen Stählen hergestellten Erzeugnisse besitzen eine gute Korrosions- und Oxidations-Beständigkeit bei den Formgebungstemperaturen, eine sehr große Dehnung unmittelbar vor dem Brucn und ausgezeichnete Warmformgebungseigenschaften. Die Erzeugnisse umfassen Rohre. Drähte, Stäbe oder Stangen, Streifen und Platten, die besonders vorteilhaft sein sollen für Überhitzerrohre und Rohre für Dampfkessel, Kernreaktoren, Schweißstäbe und Turbinenschaufeln etc. Das Herstellungsverfahren umfaßt eine Vakuumbehandlung, eine Warmbearbeitung, beispielsweise durch Strangpressen, Walzen und/oder Schmieden bei einer Temperatur oberhalb 1273 K, und eine Kaltbearbeitung durch Walzen und/oder Ziehen. Die Warmbearbeitung vor dem letzten Kaltbearbeitungsschritt erfolgt bei einer Temperatur zwischen 1323 K bis 1573 K. Die daran anschließende Kaltbearbeitung verringert die Querschnittsfläche des Stahles um 5 bis 45%. Schließlich wird der Stahl einer Glühendstufe zwischen 823 K und 1123 K unterzogen. Hüllrohre für Kernbrennstoffe für schnelle Brutreaktoren sind besonderen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen beispielsweise auch unter starker Neutronenbestrahlung eine hohe Kriechfestigkeit, gute Duktilität, hohe Schwellresistenz und hohe thermische Stabilität aufweisen. Die starke Neutronenbestrahlung erzeugt im Gefüge des Stahles. Elementumwandlungen und im Kernbrennstoff Spaltproduktelemente, die bis zur Hülle wandern können und dort unter Umständen Korrosionen hervorrufen und mechanische Veränderungen bewirken können. Ober solche Belastungen ist in der DE-OS 14 58 485 kein Hinweis zu finden, ebensowenig sind Angaben über die Gefügestruktur der dort genannten Stähle gemacht, die dort angegebene hohe Festigkeit in Abhängigkeit von der Struktur wird nicht nachgewiesen. Werte für die · Korngröße im Gefüge fehlen vollständig.

Es wurde nun festgestellt, daß die Eigenschaften von gezogenen Rohren, die auf bekannte Weise hergestellt worden sind, für den speziellen Zweck der Anwendung als Hüllrohre für den Kernbrennstoff eines schnellen Brutreaktors nicht ausreichen. Die Kriechfestigkeit, die Duktilität und die Schwellresistenz sowie die thermische Stabilität sind für eine verhältnismäßig lange Standzeit der Brennelemente nicht hoch genug.
" Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die' Eigenschaften austenitischer Chrom-Nickel-Stähle während ihrer Verarbeitung so verbessert werden können, daß deren Kriechfestigkeit, deren Duktilität, deren Schwellresistenz sowie deren thermische Stabilität erhöht werden und selbst unter exotischen Bedingungen, wie z. B. unter starker Neutronenbestrahlung, erhalten bleiben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vor dem letzten Kaltwalzschritt liegende Zwischenglühung bei einer Tempei atur durchgeführt wird, die um 50 bis 150 K niedriger als die Lösungsglühtemperatur ist, daß die Reduzierung des letzten Kaltwalzschrittes 8 bis 15% beträgt und daß das daran anschließende Lösungsglühen bei einer Temperatur zwischen 1353 K und 1423 K durchgeführt wird.

Unterhalb von 8% Kaltverformung wird noch eine inhomogene Struktur erhalten. Oberhalb von 15% Kaltverformung bis hin zu 50% tritt eine unerwünschte Sekundärrekristallisstion auf. Oberhalb von 50% Kaltverformung beginnt der Grobkornbereich. Für Kernbrennstoffhüllrohre wird eine Feinkornstruktur angestrebt, weil nur durch sie die Rohre während einer Neutronenbestrahlung optimale Eigenschaften aufweisen können.

Bei dem Verfahren nach der DE-OS 14 58 485 wird die letzte Zwischenglühung bei einer Temperatur durchgeführt, die zwischen 200 und 750 K höher liegt als bei der Glühendstufe. Dies bedeutet, daß die Zwischenglühung bereits als Lösungsglühung angesehen werden muß, an die sich erst die letzte Kaltbearbeitungsstufe und eine danach folgende Glühendstufe anschließen. Bei diesem bekannten Verfahren kann also nach der Folge der drei letzten Verfahrensschritte bzw. nach der Art der Kombination dieser Schritte keine Feinkornstruktur mit weniger als 40 Mikrometer Korngröße erhalten werden, selbst wenn die Kaltverformung im Bereich zwischen 8 und 15% liegen sollte.

Zur Ermittlung eines optimalen Kaltumformgrades wird üblicherweise das für den betreffenden Stahl

geltende Rekristallisationsschaubild herangezogen. Für einen austenkischen Stahl mit 8% Nickel und 18% Chrom (Handbuch der Sonderstahlkunde, 1956, Seite 256, unteres Schaubild der Abbildung 220) beginnt der optimale Verformungsbereich erst über etwa 25%. Bei 5 der Betrachtung dieses Rekristallisationsdiagramms ist nicht zu erwarten, daß sich in dem Verformungsgradbereich zwischen 8% und 15% eine Feinkonstruktur bilden kann.

Bei einem Vei gleich von nach dem Stand der Technik ι ο hergestellten Proben (A) mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben (B) — beide Proben-Reihen wurden einer abschließenden Lösungsglühung bei 1398 K unterzogen — wurde gefunden, daß die Proben A in ihrem Gefüge eine Sekundärrekristallisation mit Korngrößen bis zu mehr als 0,5 mm aufwiesen, die Proben B dagegen ein Gefüge im Feinkornbereich von weniger als 40 μιτι Korngröße aufwiesen. Beide Proben-Reihen bestanden aus dem austenitischen Stahl 1.4970 (DIN Nr. XIoNiCrMoTiBlSlS) mit einer. Zusammensetzung

15 Gew.-% Ni
15Gew.-% Cr
. 13 Gew.-% Mo

0,45 Gew.-%Ti (=4facher C-Gehalt)

1,7 Gew.-% Mn

Tabelle

25 0,1 Gew.-% C
80 ppm B

Rest Eisen

Die Lösungsglühtemperatur der Versuchsreihen wurde zwischen 1353 und 1398 K variiert. Die Auslagerungszeit für die Lösungsglühbehandlung (Zeitdauer nach Erreichen der vorgegebenen Lösungsglühtemperatur) wurde zwischen 15 Min. und zwei Stunden variiert. Die Kaltverformung der Proben B betrug 12%. Die letzte Zwischenglühtemperatur (T)vmd die AusSaijerungszeit (t) vor dem letzten Kaltverformungsschritt wurde ebenfalls variiert und zwar wie folgt:

T: von 1253 K bis 1373 K
f: von 15 Min. bis 2 SL

Anhand der nachfolgenden Tabelle, in der eine Reihe von Ausffihrungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengestellt sind, sowie anhand der Figur wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert, ohne auf die hieraus hervorgrSenden Daten beschränkt zu sein.

In der Tabelle sind die mittleren Korngrößen des lösungsgeglühten Materials, das einer Kaltverformung (kv) von 12% vor der Lösungsglühung unterzogen wurde, in Abhängigkeit von den Zwischenglüh- und den Lösungsglüh-Parametern angegeben.

kv	Zwischenglühparameter	/ [Min.]	Lösüngsglühparameter	ι [Min.]	Korngröße
[%]	Γ [K]	15	r[K]	15; 60; 120	[μΐη]
12	1253	60	1353	15; 60; 120	22 bis 27
		120		15; 60; 120	26 bis 29
		15		15; 60; 120	28 bis 31
P	1253	60	1398	15; 60; 120	27 bis 32
		120		15; 60; 120	27 bis 32
		15		15; 60; 120	31 bis 33
12	1323	60	1373	15; 60; 120	28 bis 31
		120		15; 60; 120	28 bis 31
		15		15; 60; 120	28 bis 31
12	1323	60	1398	15; 60; 120	27 bis 37
		120		15; 60; 120	27 bis 38
		t einen isothermen Schnitt durch		Hierbei ist	27 bis 38
eibi	eine 55

große Anzahl Untersuchungsergebnisse wieder und zeigt das Rekristallisationsverhalten (die jeweiligen Korngrößen) zweier Materialchargen des genannten Stahls für die Zwischenglüh-Parameter 1253 K/60 Minuten und die Lösungsglüh-Parameter 1398 K/60 120 Minuten in Abhängigkeit vom Kalt-Verformungsgrad des letzten Schrittes vor der Lösungsglühung.

© der Bereich stabiler und feinkörniger Gefüge ® der Bereich des Auftretens unerwünschter Sekundärrekristallisation mit Korngrößen bis zu größer als 0,5 mm und
® der Grobkornbereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Gefügeverbesserung von aus austenitischen Chrom-Nickel-Stähien bestehenden, gezogenen Rohren zur Verwendung als Kernbrennstoffhüllrohre, bei welchem die Rohre mehreren Kaltverformungs- und ZwischenglOh-Schritten sowie einer Lösungsglühung unterworfen werden, wobei die Reduzierung des letzten Kaltwalzschrittes im Bereich von 5 bis 45% liegt, dadurch gekennzeichnet, "