RU2399691C1 - Neutron-absorbing steel - Google Patents

Neutron-absorbing steel Download PDF

Info

Publication number
RU2399691C1
RU2399691C1 RU2009119366/02A RU2009119366A RU2399691C1 RU 2399691 C1 RU2399691 C1 RU 2399691C1 RU 2009119366/02 A RU2009119366/02 A RU 2009119366/02A RU 2009119366 A RU2009119366 A RU 2009119366A RU 2399691 C1 RU2399691 C1 RU 2399691C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
boron
neutron
titanium
manganese
Prior art date
Application number
RU2009119366/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Осадчий (RU)
Александр Иванович Осадчий
Андрей Николаевич Тулин (RU)
Андрей Николаевич Тулин
Владимир Сергеевич Попов (RU)
Владимир Сергеевич Попов
Original Assignee
Александр Иванович Осадчий
Андрей Николаевич Тулин
Владимир Сергеевич Попов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Иванович Осадчий, Андрей Николаевич Тулин, Владимир Сергеевич Попов filed Critical Александр Иванович Осадчий
Priority to RU2009119366/02A priority Critical patent/RU2399691C1/en
Priority to PCT/RU2010/000122 priority patent/WO2010134842A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399691C1 publication Critical patent/RU2399691C1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: invention refers to development of composition of corrosion-resistant alloyed neutron-absorbing steel used in nuclear power engineering as material for protective covers at nuclear fuel transporting and storage. steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, boron, vanadium, cerium, aluminium, titanium and iron at the following ratio of elements, wt %: carbon 0.021 - 0.10, silicon 0.10 - 0.80, manganese 0.10 - 0.50, chromium 13.0 - 16.0, boron 2.01 - 3.5, vanadium 0.05- 0.35, cerium 0.01-0.04, aluminium 0.15-0.8, titanium 4.02-10.0, iron - the rest. ^ EFFECT: raised neutron absorbing quality of steel facilitating its usage at transporting and storage of fuel ensuring nuclear safety under conditions of standard operation and at emergency situations.

Description

Изобретение относится к области металлургии и касается разработки состава коррозионно-стойкой легированной нейтронно-поглощающей стали, которая обладает высокими механическими свойствами, высокой способностью к поглощению нейтронов, технологичностью при горячей и холодной обработке давлением и может быть использована в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб - поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и хранения топлива.The invention relates to the field of metallurgy and for the development of the composition of corrosion-resistant alloyed neutron-absorbing steel, which has high mechanical properties, high ability to absorb neutrons, manufacturability in hot and cold pressure processing and can be used in nuclear power engineering as a material for tubular pipes neutron absorbers in the means of transportation and storage of fuel.

Известна коррозионно-стойкая сталь ОХ18Р15Р (ЭП 304), содержащая, мас.%:Known corrosion-resistant steel OX18R15P (EP 304), containing, wt.%:

УглеродCarbon до 0,006up to 0,006 КремнийSilicon до 0,8up to 0.8 МарганецManganese до 1,50up to 1.50 ХромChromium 18-2018-20 НикельNickel 9,0-11,09.0-11.0 БорBoron 0,65-1,150.65-1.15 ЖелезоIron остальное.rest.

Недостатком известной стали при удовлетворительной способности к поглощению нейтронов является низкая технологическая пластичность при температурах горячей деформации, а также склонность к межкристаллической коррозии и коррозионному растрескиванию в средах АЭС, что не позволяет использовать ее в качестве материала чехловых труб - поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и хранения отработанного топлива АЭС.A disadvantage of known steel with a satisfactory neutron absorption capacity is its low technological ductility at hot deformation temperatures, as well as the tendency to intercrystalline corrosion and corrosion cracking in nuclear power plant environments, which does not allow using it as a material for sheath tubes, which are neutron absorbers in the means of transportation and storage of spent nuclear fuel.

По технической сущности наиболее близкой к предлагаемому изобретению является коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, ванадий, церий, алюминий, титан и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:By technical nature, the closest to the proposed invention is corrosion-resistant steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, boron, vanadium, cerium, aluminum, titanium and iron, in the following ratio, wt.%:

УглеродCarbon 0,02-0,100.02-0.10 КремнийSilicon 0,10-0,800.10-0.80 МарганецManganese 0,10-0,500.10-0.50 ХромChromium 13,0-16,013.0-16.0 БорBoron 1,0-2,01.0-2.0 ВанадийVanadium 0,05-0,350.05-0.35 ЦерийCerium 0,01-0,040.01-0.04 АлюминийAluminum 0,15-0,80.15-0.8 ТитанTitanium 2,0-4,02.0-4.0 ЖелезоIron остальное.rest.

(см., например, Патент РФ №1122009, кл. С22С 38/32 от 19.07.1983 г.). Однако известная коррозийно-стойкая сталь при ее использовании в стеллажах бассейнов выдержки облученного ядерного топлива (ОЯТ) не обеспечивает безопасность его хранения и транспортировки при содержании в нем урана U-235>5%, что объясняется низким процентным содержанием бора в ее составе.(see, for example, RF Patent No. 1122009, class C22C 38/32 of 07/19/1983). However, the well-known corrosion-resistant steel when used in the racks of the pools for holding irradiated nuclear fuel (SNF) does not ensure the safety of its storage and transportation when the uranium content in it is U-235> 5%, which is explained by the low percentage of boron in its composition.

Техническим результатом данного изобретения является возможность размещения в средствах транспортировки и хранения топлива (ТВС) обогащением до 8,0% и более для обеспечения ядерной безопасности в условиях нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях при использовании в конструкциях средств обращения топлива нейтронно-поглощающей коррозионно-стойкой стали.The technical result of this invention is the possibility of placement in fuel transportation and storage facilities (FAs) with an enrichment of up to 8.0% or more to ensure nuclear safety in normal operation and in emergency situations when neutron-absorbing corrosion-resistant steel is used in fuel handling structures .

Достигается это тем, что нейтронно-поглощающая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, бор, железо, ванадий, церий, алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:This is achieved by the fact that neutron-absorbing steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, boron, iron, vanadium, cerium, aluminum and titanium in the following ratio of components, wt.%:

УглеродCarbon 0,021-0,100.021-0.10 КремнийSilicon 0,10-0,800.10-0.80 МарганецManganese 0,10-0,500.10-0.50 ХромChromium 13,0-16,013.0-16.0 БорBoron 2,01-3,52.01-3.5 ВанадийVanadium 0,05-0,350.05-0.35 ЦерийCerium 0,01-0,040.01-0.04 АлюминийAluminum 0,15-0,80.15-0.8 ТитанTitanium 4,02-10,04.02-10.0 ЖелезоIron остальное.rest.

Сущность изобретения заключается в том, что увеличение процентного содержания бора в составе заявляемой стали увеличивает ее нейтронно-поглощающую способность, а увеличение процентного содержания титана способствует повышению пластических и прочностных свойств стали, необходимых для обеспечения безопасности в аварийных ситуациях с ударными нагрузками (падение тяжелых предметов) и при изготовлении из нее конструкций для использования в стеллажах бассейнов выдержки и в транспортных упаковочных контейнерах.The essence of the invention lies in the fact that an increase in the percentage of boron in the composition of the inventive steel increases its neutron absorption capacity, and an increase in the percentage of titanium helps to increase the plastic and strength properties of steel, necessary to ensure safety in emergency situations with shock loads (falling heavy objects) and in the manufacture of structures for use in shelf racks of storage pools and in transport packaging containers.

Сравнение предложенного технического решения с известным позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна», а отсутствие в аналоге отличительных признаков говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень»Comparison of the proposed technical solution with the known one allows us to confirm compliance with the criterion of "novelty", and the absence of distinctive features in the analogue indicates compliance with the criterion of "inventive step"

Предварительные испытания позволяют утверждать о возможности широкого промышленного использования.Preliminary tests suggest the possibility of wide industrial use.

Авторами предлагаемого технического решения были проведены расчеты и эксперименты, которые позволили определить зависимость процентного содержания бора в коррозийно-стойкой стали и обогащения топлива на уране U-235. Отношение содержания бора естественного изотопного состава (вес.%) в бористой стали к обогащению топлива должно бытьThe authors of the proposed technical solution carried out calculations and experiments that allowed us to determine the dependence of the percentage of boron in corrosion-resistant steel and fuel enrichment on uranium U-235. The ratio of the boron content of the natural isotopic composition (wt.%) In boron steel to fuel enrichment should be

Сб>1/3×ρ5,C b > 1/3 × ρ 5 ,

где Сб - содержание бора в стали (вес.%);where C b is the boron content in steel (wt.%);

ρ - обогащение топлива по урану-235.ρ - fuel enrichment for uranium-235.

Повышенное содержание титана в коррозийно-стойкой стали по сравнению с прототипом объясняется необходимостью достижения оптимального уровня пластических и прочностных свойств нового типа коррозийно-стойкой нейтронно-поглощающей стали.The increased titanium content in corrosion-resistant steel compared to the prototype is explained by the need to achieve the optimum level of plastic and strength properties of a new type of corrosion-resistant neutron-absorbing steel.

Следует отметить, что увеличение процентного содержания бора >3,5% резко снижает технологичность производства коррозийно-стойкой стали, так как резко снижаются пластические свойства коррозийно-стойкой стали, несмотря на значительное увеличение процентного содержания титана. С другой стороны, увеличение содержания боры в стали свыше 3,5% уже слабо влияет на поглощающие свойства стали поскольку достигается насыщение, обусловленное практически полным поглощением тепловых нейтронов при этом содержании бора. Поглощение же быстрых нейтронов малоэффективно ввиду малых сечений захвата.It should be noted that an increase in the percentage of boron> 3.5% sharply reduces the manufacturability of the production of corrosion-resistant steel, since the plastic properties of corrosion-resistant steel sharply decrease, despite a significant increase in the percentage of titanium. On the other hand, an increase in the boron content in steel over 3.5% already weakly affects the absorbing properties of steel since saturation is achieved due to the almost complete absorption of thermal neutrons at this boron content. Absorption of fast neutrons is ineffective due to small capture cross sections.

Выбранное значение процентного содержания бора и титана в заявляемом изобретении является оптимальным и позволяет достигнуть поставленный технический результат.The selected value of the percentage of boron and titanium in the claimed invention is optimal and allows you to achieve the technical result.

Заявляемую сталь можно выплавлять в открытых дуговых электропечах, в вакуумных индукционных и плазменных печах, возможен также электрошлаковый и вакуумный дуговой переплав этой стали.The inventive steel can be smelted in open electric arc furnaces, in vacuum induction and plasma furnaces, electroslag and vacuum arc remelting of this steel is also possible.

Все вышеперечисленное позволяет использовать заявляемую сталь в качестве материала для изготовления чехловых шестигранных труб, а также листа для средств транспортировки и хранения топлива реакторов ВВЭР.All of the above allows the use of the inventive steel as a material for the manufacture of jacketed hexagonal pipes, as well as a sheet for means of transportation and storage of fuel of VVER reactors.

Шестигранные чехловые трубы из описываемой стали дают возможность обеспечить максимально плотное размещение отработанных ТВС в средствах транспортировки и хранения топлива при обеспечении ядерной безопасности и надежной защите ТВС при их транспортировке.Hexagonal jacketed tubes made of the described steel make it possible to ensure the most dense placement of spent fuel assemblies in the means of transportation and storage of fuel while ensuring nuclear safety and reliable protection of fuel assemblies during their transportation.

Claims (1)

Коррозионно-стойкая нейтронно-поглощающая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, бор, ванадий, церий, алюминий, титан и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,021-0,10 кремний 0,10-0,80 марганец 0,10-0,50 хром 13,0-16,0 бор 2,01-3,5 ванадий 0,05-0,35 церий 0,01-0,04 алюминий 0,15-0,8 титан 4,02-10,0 железо остальное
Corrosion-resistant neutron-absorbing steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, boron, vanadium, cerium, aluminum, titanium and iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
carbon 0.021-0.10 silicon 0.10-0.80 manganese 0.10-0.50 chromium 13.0-16.0 boron 2.01-3.5 vanadium 0.05-0.35 cerium 0.01-0.04 aluminum 0.15-0.8 titanium 4.02-10.0 iron rest
RU2009119366/02A 2009-05-22 2009-05-22 Neutron-absorbing steel RU2399691C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119366/02A RU2399691C1 (en) 2009-05-22 2009-05-22 Neutron-absorbing steel
PCT/RU2010/000122 WO2010134842A1 (en) 2009-05-22 2010-03-19 Neutron-absorbing steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119366/02A RU2399691C1 (en) 2009-05-22 2009-05-22 Neutron-absorbing steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399691C1 true RU2399691C1 (en) 2010-09-20

Family

ID=42939167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009119366/02A RU2399691C1 (en) 2009-05-22 2009-05-22 Neutron-absorbing steel

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2399691C1 (en)
WO (1) WO2010134842A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519064C1 (en) * 2013-01-22 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологии энергетического машиностроения" (ООО "ТЭМ") Rust-resisting alloyed neutron-absorbing steel for production of hexagonal shell pipes for sealed storage of nuclear fuel in pumped pools and its transportation
RU2669261C1 (en) * 2017-10-16 2018-10-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Corrosive-resistant material with high boron content
RU2683168C1 (en) * 2018-05-15 2019-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Neutron-irrigate steel

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115807197B (en) * 2022-12-21 2024-02-06 中国核动力研究设计院 Ferrite-based boron stainless steel with high boron content

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5534636A (en) * 1978-08-30 1980-03-11 Hitachi Metals Ltd Boron-containing austenitic stainless steel with superior hot workability for nuclear reactor
JPS62222049A (en) * 1986-03-24 1987-09-30 Sumitomo Metal Ind Ltd B-containing stainless steel excellent in corrosion resistance
JP2827798B2 (en) * 1992-10-30 1998-11-25 住友金属工業株式会社 High corrosion resistant boron-containing stainless steel
RU2211878C2 (en) * 2001-07-06 2003-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" Low-active high-temperature radiation steel
RU2241266C1 (en) * 2003-04-03 2004-11-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Fast reactor fuel element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519064C1 (en) * 2013-01-22 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологии энергетического машиностроения" (ООО "ТЭМ") Rust-resisting alloyed neutron-absorbing steel for production of hexagonal shell pipes for sealed storage of nuclear fuel in pumped pools and its transportation
RU2669261C1 (en) * 2017-10-16 2018-10-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Corrosive-resistant material with high boron content
RU2683168C1 (en) * 2018-05-15 2019-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Neutron-irrigate steel

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010134842A1 (en) 2010-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2399691C1 (en) Neutron-absorbing steel
US8070892B2 (en) High Fe contained zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance and preparation method thereof
Choi et al. Fabrication of Gd containing duplex stainless steel sheet for neutron absorbing structural materials
ZA200509729B (en) Zirconium alloy and components for the core of light water cooled nuclear reactors
KR102237781B1 (en) Nuclear fuel containing recycled and depleted uranium, and nuclear fuel bundle and nuclear reactor comprising same
US5241571A (en) Corrosion resistant zirconium alloy absorber material
CN110273085B (en) Gadolinium-rich nickel-based alloy material for reactor spent fuel storage and preparation method thereof
JP5322434B2 (en) How to operate a nuclear reactor
RU2325459C2 (en) Chromium low-doped corrosion-resistant and radiation-resistant steel
RU2519064C1 (en) Rust-resisting alloyed neutron-absorbing steel for production of hexagonal shell pipes for sealed storage of nuclear fuel in pumped pools and its transportation
RU2419897C1 (en) Fuel core of fuel cell
RU2683168C1 (en) Neutron-irrigate steel
CN115418530A (en) Dysprosium-rich nickel-tungsten alloy material for nuclear shielding and preparation method thereof
RU2434969C1 (en) Corrosion resistant steel with increased neutron absorptivity
RU2688086C1 (en) Alloy for absorption of thermal neutrons based on zirconium
CN1231484A (en) Composite component and the fuel assembly using same
Sandberg et al. Shielding fuel assemblies used to protect the beltline weld of the reactor pressure vessel from fast neutron radiation in Ringhals unit 3 and 4
RU2800699C1 (en) Corrosion resistant neutron absorbing steel
KR101341135B1 (en) Zirconium alloy having excellent mechanical properties and corrosion resistance for nuclear fuel rod cladding tube
RU2519063C1 (en) Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons
KR20130116668A (en) Zirconium alloy having excellent mechanical properties and corrosion resistance for nuclear fuel rod cladding tube
JP2014077184A (en) Hafnium alloy having high strength corrosion resistance, structural part of atomic furnace control rod using the same
JP2009236748A (en) Basket for spent fuel storage container
Singh et al. PHWR Coolant channel safety issues–A metallurgical perspective
Jing et al. Passive Safety Characteristics of Stationary Liquid Fuel Fast Reactor (SLFFR)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160523