RU2634867C1 - Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь - Google Patents

Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь Download PDF

Info

Publication number
RU2634867C1
RU2634867C1 RU2016151917A RU2016151917A RU2634867C1 RU 2634867 C1 RU2634867 C1 RU 2634867C1 RU 2016151917 A RU2016151917 A RU 2016151917A RU 2016151917 A RU2016151917 A RU 2016151917A RU 2634867 C1 RU2634867 C1 RU 2634867C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
antimony
phosphorus
resistant
tin
Prior art date
Application number
RU2016151917A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Семенович Дуб
Сергей Иванович Марков
Андрей Геннадьевич Лебедев
Александр Николаевич Ромашкин
Анатолий Павлович Куликов
Алан Георгиевич Баликоев
Павел Александрович Козлов
Антон Николаевич Мальгинов
Дмитрий Сергеевич Толстых
Сергей Владимирович Новиков
Алексей Альбертович Силаев
Антон Алексеевич Корнеев
Владимир Александрович Новиков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
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 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority to RU2016151917A priority Critical patent/RU2634867C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634867C1 publication Critical patent/RU2634867C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к теплостойким радиационно-стойким сталям, используемым для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний 0,02-0,40, марганец 0,02-0,6, хром 2,0-2,5, никель 1,25-2,0, молибден 0,35-0,7, ванадий 0,10-0,15, медь 0,005-0,03, кобальт 0,001-0,03, сера 0,0005-0,003, фосфор 0,0005-0,004, мышьяк 0,001-0,004, сурьма 0,001-0,004, олово 0,001-0,004, водород 0,00001-0,00012, алюминий 0,015-0,035, азот 0,0001-0,008, кислород 0,0001-0,0030, висмут 0,001-0,004, свинец 0,001-0,004, железо - остальное. Повышаются служебные и технологические характеристики стали, а именно предел текучести и предел прочности при температуре эксплуатации до 400°C, обеспечиваются гарантированно низкие значения критической температуры хрупкости, повышается стойкость к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтронном облучении. 3 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталям для основного оборудования атомных энергетических установок.
Известна радиационно-стойкая сталь 15Х2МФА для изготовления корпусов ядерных реакторов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель, кобальт, медь, мышьяк, серу, фосфор, сурьму, олово и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод 0,13-0,18; кремний 0,17-0,37; марганец 0,30-0,60; хром 2,5-3,0; ванадий 0,25-0,35; молибден 0,60-0,80; никель ≈0,4; кобальт ≈0,025; медь ≈0,01; мышьяк ≈0,01; сера ≈0,015; фосфор ≈0,012; сурьма ≈0,005; олово ≈0,005; железо остальное.
(RU 2135623, C22C 38/52, опубликовано 27.08.1999)
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,13-0,18; кремний 0,17-0,37; марганец 0,30-0,60; хром 1,8-2,3; никель 1,0-1,3; молибден 0,5-0,7; ванадий 0,10-0,12; медь 0,005-0,06; кобальт 0,005-0,03; сера 0,0005-0,006; фосфор 0,0005-0,006; мышьяк 0,005-0,010; сурьма 0,0005-0,005; олово 0,0005-0,005; водород 0,0001-0,0002; железо - остальное. При этом суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn)≤0,012%.
(RU 2441940, C22C 38/60, C22C 38/52, опубликовано 10.02.2012)
Известные стали обладают высокой стойкостью к радиационному охрупчиванию, однако, при характерных для реакторов перспективных проектов повышенных температурах эксплуатации (до 400°C) они не обладают требуемыми характеристиками по пределам текучести и прочности, а также не могут гарантированно обеспечить требуемый ресурс корпуса для реакторов перспективных проектов (до 120 лет).
Задачей изобретения и его техническим результатом является повышение служебных и технологических характеристик стали для корпуса реактора: предела текучести и предела прочности при температуре эксплуатации до 400°C, обеспечение гарантированно низких значений критической температуры хрупкости, повышение стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтронном облучении.
Технический результат достигают тем, что теплостойкая и радиционно-стойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород, алюминий, азот, кислород, висмут, свинец и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод 0,10-0,20
кремний 0,02-0,40
марганец 0,02-0,60
хром 2,0-2,5
никель 1,25-2,0
молибден 0,35-0,7
ванадий 0,10-0,15
медь 0,005-0,03
кобальт 0,001-0,03
сера 0,0005-0,003
фосфор 0,0005-0,004
мышьяк 0,001-0,004
сурьма 0,001-0,004
олово 0,001-0,004
водород 0,00001-0,00012
алюминий 0,015-0,035
азот 0,0001-0,008
кислород 0,0001-0,0030
висмут 0,001-0,004
свинец 0,001-0,004
железо остальное
Технический результат также достигается тем, что сталь содержит суммарное содержание фосфора, сурьмы, олова, висмута и свинца, определяемое соотношением (P+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,008 мас. %; дополнительно содержит цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, выбранные из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас. %: ниобий 0,005-0,08; цирконий 0,005-0,04; иттрий, и/или неодим, и/или празеодим 0,005-0,12, причем суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима составляет 0,005-0,12 мас. %.
Оптимальное содержание углерода 0,10-0,20 мас. %, хрома 2,0-2,5 мас. %, никеля 1,25-2,0 мас. % и ванадия 0,10-0,15 мас. % обеспечивает повышение прочностных и вязко-пластических свойств стали: предела текучести и предела прочности, а также увеличение бейнитной прокаливаемости изделия, например, заготовки элемента корпуса атомного реактора.
Ограничение индивидуального содержания фосфора 0,0005-0,004 мас. %, сурьмы 0,001-0,004 мас. %, олова 0,001-0,004 мас. %, висмута 0,001-0,004 мас. % и свинца 0,001-0,004 мас. %, а также их суммарного содержания ≤0,008 мас. % обеспечивает повышение комплекса вязко-пластических свойств, гарантирует низкие значения критической температуры хрупкости и снижает чувствительность стали к тепловому и радиационному охрупчиванию.
При этом содержание в стали кислорода 0,0001-0,0030 мас. %, азота 0,0001-0,008 мас. % и водорода 0,00001-0,00012 мас. % обеспечивает высокую стабильность вязко-пластических свойств и низкую чувствительность к флокенообразованию.
Введение добавок алюминия 0,015-0,035, а также иттрия 0,005-0,12 мас. %, и/или неодима 0,005-0,12 мас. %, и/или празеодима 0,005-0,12 мас. %, в сочетании с ниобием (0,005-0,08 мас. %) и цирконием (0,005-0,04 мас. %) обеспечивает возможность дополнительного глубокого рафинирования металла от газов и неметаллических включений, что дополнительно обеспечивает гарантированно низкие значения критической температуры хрупкости, повышение стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии и нейтроном облучении. При этом суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима в стали должно составлять 0,005-0,12 мас. %. Ниобий, кроме контроля границ зерен, в присутствии никеля заметно усиливает эффект дисперсионного твердения, что обеспечивает повышение прочностных характеристик и теплостойкости при сохранении вязко-пластических характеристик на высоком уровне.
Оптимальное содержание алюминия, ниобия, циркония и редкоземельных металлов иттрия, неодима и празеодима обеспечивает глобулярную морфологию, малый размер (≈1 мкм) и равномерное распределение остаточных неметаллических включений (преимущественно, комплексных оксисульфидов). За счет этого улучшается однородность материала, уменьшается анизотропия и количество внутренних дефектов, повышаются механические свойства стали. Снижению содержания неметаллических включений способствует также ограничение содержания серы (0,005-0,003 мас. %).
Были исследованы служебные характеристики стали, содержащей, мас. %: углерод 0,16; кремний 0,032; марганец 0,04; хром 2,2; никель 1,85; молибден 0,55; ванадий 0,12; медь 0,006; кобальт 0,02; сера 0,0008; фосфор 0,0006; мышьяк 0,002; сурьма 0,002; олово 0,002; водород 0,0001; алюминий 0,022; азот 0,0009; кислород 0,0001-0,0012; висмут 0,001; свинец 0,001; железо – остальное.
Установлено, что сталь по изобретению после соответствующей термической обработки обеспечивает требуемый уровень и стабильность важнейших физико-механических свойств, определяющих работоспособность материала при его использовании для изготовления корпуса атомного реактора.
Так, заявляемая сталь обеспечивает категорию прочности КП50-КП55 при температурах до 400°C и имеет критическую температуру хрупкости не выше минус 90°C. Проведенные эксперименты по тепловому охрупчиванию по режиму, эквивалентному 60 годам эксплуатации, показали, что предлагаемая сталь имеет меньший сдвиг критической температуры по сравнению с имеющейся сталью промышленной выплавки (25°C и 40°C, соответственно). Повышенные на 15-20% прочностные свойства стали по изобретению позволят изготавливать из нее корпуса реакторов перспективных проектов с рабочей температурой до 400°C, а высокий уровень вязкопластических свойств и низкая скорость их деградации позволят обеспечить ресурс корпуса реактора до 100-120 лет.

Claims (5)

1. Теплостойкая радиационно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, азот, кислород, висмут и свинец, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний 0,02-0,40, марганец 0,02-0,6, хром 2,0-2,5, никель 1,25-2,0, молибден 0,35-0,7, ванадий 0,10-0,15, медь 0,005-0,03, кобальт 0,001-0,03, сера 0,0005-0,003, фосфор 0,0005-0,004, мышьяк 0,001-0,004, сурьма 0,001-0,004, олово 0,001-0,004, водород 0,00001-0,00012, алюминий 0,015-0,035, азот 0,0001-0,008, кислород 0,0001-0,0030, висмут 0,001-0,004, свинец 0,001-0,004, железо - остальное.
2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание фосфора, сурьмы, олова, висмута и свинца определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn+Bi+Pb)≤0,008 мас.%.
3. Сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий, ниобий и редкоземельные металлы, выбранные из группы, включающей иттрий, неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ниобий 0,005-0,08 цирконий 0,005-0,04 иттрий и/или неодим и/или празеодим 0,005-0,12
4. Сталь по п. 3, отличающаяся тем, что суммарное содержание иттрия, неодима и празеодима составляет 0,005-0,12 мас.%.
RU2016151917A 2016-12-28 2016-12-28 Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь RU2634867C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151917A RU2634867C1 (ru) 2016-12-28 2016-12-28 Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151917A RU2634867C1 (ru) 2016-12-28 2016-12-28 Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634867C1 true RU2634867C1 (ru) 2017-11-07

Family

ID=60263804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151917A RU2634867C1 (ru) 2016-12-28 2016-12-28 Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634867C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773227C1 (ru) * 2021-02-19 2022-05-31 Акционерное общество "Наука и инновация" Теплостойкая и радиационностойкая сталь

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212668A (en) * 1978-07-24 1980-07-15 Astafiev Anatoly A Steel for atomic reactor vessels
SU1669207A1 (ru) * 1989-08-07 1996-05-27 В.А. Игнатов Сталь
RU2166559C2 (ru) * 1999-07-13 2001-05-10 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Сталь для корпусов атомных реакторов повышенной надежности и ресурса
JP2004359991A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Nippon Steel Corp クリープ特性に優れた高強度低合金ボイラ用鋼の製造方法
EP1693855A2 (en) * 2003-10-06 2006-08-23 The Federal State Unitarian Enterprise " A.A. Bochvar All-Russia Research Institute of Inorganic Materials" Fuel element for a fast neutron reactor (variants) and a cladding for the production thereof
RU2397272C2 (ru) * 2008-11-14 2010-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Сталь для корпусных конструкций атомных энергоустановок
RU2441940C1 (ru) * 2010-07-06 2012-02-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Сталь

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212668A (en) * 1978-07-24 1980-07-15 Astafiev Anatoly A Steel for atomic reactor vessels
SU1669207A1 (ru) * 1989-08-07 1996-05-27 В.А. Игнатов Сталь
RU2166559C2 (ru) * 1999-07-13 2001-05-10 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Сталь для корпусов атомных реакторов повышенной надежности и ресурса
JP2004359991A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Nippon Steel Corp クリープ特性に優れた高強度低合金ボイラ用鋼の製造方法
EP1693855A2 (en) * 2003-10-06 2006-08-23 The Federal State Unitarian Enterprise " A.A. Bochvar All-Russia Research Institute of Inorganic Materials" Fuel element for a fast neutron reactor (variants) and a cladding for the production thereof
RU2397272C2 (ru) * 2008-11-14 2010-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Сталь для корпусных конструкций атомных энергоустановок
RU2441940C1 (ru) * 2010-07-06 2012-02-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Сталь

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773227C1 (ru) * 2021-02-19 2022-05-31 Акционерное общество "Наука и инновация" Теплостойкая и радиационностойкая сталь
RU2777681C1 (ru) * 2021-02-19 2022-08-09 Акционерное общество "Наука и инновация" Высокопрочная теплостойкая и радиационностойкая сталь

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090130331A (ko) 내입계 부식성 및 내응력 부식 균열성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강 및 오스테나이트계 스테인리스 강재의 제조 방법
US20110162764A1 (en) High-cr ferritic/martensitic steel having improved creep resistance and preparation method thereof
WO2018182480A1 (en) Hot work tool steel
JP2020050940A (ja) オーステナイト系微細粒ステンレス鋼の製造方法
CN102264936A (zh) 用于核反应堆安全壳的高强度钢板及其制造方法
CN102212762B (zh) 抗拉强度大于690MPa级的核容器用钢及生产方法
WO2012115240A1 (ja) 原子力発電機器用鍛鋼材および原子力発電機器用溶接構造物
KR101516718B1 (ko) 크립 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트 강 및 그 제조방법
JP2006283117A (ja) 冷間加工後の塑性変形能に優れた高張力鋼およびその製造方法
JP2019151920A (ja) 高Mn鋼およびその製造方法
CN103451541A (zh) 一种适用于核电站屏蔽泵转子的马氏体不锈钢
US9598750B2 (en) High Cr ferritic/martensitic steels having an improved creep resistance for in-core component materials in nuclear reactor, and preparation method thereof
RU2634867C1 (ru) Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь
JP7096337B2 (ja) 高強度鋼板及びその製造方法
KR20140130590A (ko) 충격 특성이 우수한 페라이트-마르텐사이트 강 및 그 제조방법
RU2633408C1 (ru) Теплостойкая и радиационно-стойкая сталь
RU2773227C1 (ru) Теплостойкая и радиационностойкая сталь
RU2446036C2 (ru) Сварочная проволока для автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса
RU2211878C2 (ru) Малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь
RU2662512C2 (ru) Аустенитная жаропрочная и коррозионно-стойкая сталь
KR102351770B1 (ko) Ni 함유 강판의 제조 방법
RU2777681C1 (ru) Высокопрочная теплостойкая и радиационностойкая сталь
RU2515716C1 (ru) Малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь
RU2703318C1 (ru) Радиационно-стойкая аустенитная сталь для внутрикорпусной выгородки ввэр
JP2017057458A (ja) 高強度低合金鋼材