SE452340B - Nickelbaslegering - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 4521340 har en kombination av hög styrka, hög stabilitet och hög svets- barhet kan erhållas genom att använda vissa kritiska smala områden av komposition. Särskilt kritiska är koncentrationerna av titan, niob, aluminium och molybden. Vidare skyddar vissa zirkonium- och borkoncentrationer korngränserna och tenderar därför att minska svällning under kärnbestrâlning. Kisel minskar även svällning från kärnbestrålning och i motsats till den äldre tekniken användes kisel lämpligen i mängder större än 3 %.

Det ursprungliga ändamålet med detta arbete var att åstad- komma ny fast lösning och fällning av härdade nickel-krom-järn- legeringar, som var stabila, lågsvällande och beständiga mot plas- tisk deformation i reaktorn. Provning indikerade att det bästa kommersiellt tillgängliga materialet var Inconel 625 men att svällning under bestrâlning kunde vara ett problem. Legeringarna enligt uppfinningen utvecklades i en ansträngning att minska sväll- ning. Dessa speciella legeringar uppvisade emellertid speciellt god styrka och svetsbarhet och var sålunda attraktiva för icke- kärntillämpningar.

Dessa legeringar är högnickel-, gammaprimärhärdade lege- ringar och har förbättrad styrka, svällningsmotstånd, struktursta- bilitet och svetsbarhet, i jämförelse med legeringar enligt den äldre tekniken, såsom Inconel 625 _ Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till det följande exemplet: EXEMPEL I tabell I nedan visas kompositionen, pá vilken omfattande provning utfördes.

TABELL; LEGERINGSKOMPOSITION (viktprocent) Legering är; LEEÅEEFEEEPEÉÉÉ _25 D41 0,03 0,5 rest 8 22,5 5 1,5 2 2 0,01 0,03 D42 0,03 0,5 rest 15 15,5 5 1,5 1,5 1,5 0,01 0,03 Dessa legeringar vakuumsmältes och götos som 45 kg göt.

Efter ytbehandling beskickades legeringarna till en ugn, upphet- tades till 1093°C för värmebehandling under två timmar före varm- valsning till 6,2 x 6,3 cm kvadratiska tackor. Delar av tackorna varmvalsades sedan till 12 mm tjock platta. 10 15 20 452 340 Provstycken utsattes för olika behandlingar. De resulterande draghàllfastheterna är upptagna i tabell II. Brotthàllfastheten hos Inconel 625 är blott cirka 103 ksi (motsvarande ca 1.55 N/ mmz) vid 65000, och det kan ses att D42 (med en brotthållfasthet av över 150 ksi vid 65000 med exempelvis behandling nr 5) är vida överlägsen. De högsta styrkorna förverkligades för behandlingar nr 4 och nr 5. Reglering av varmarbetsbehandlingen (behandling nr 4) var svår, pà grund av den mycket snabba kylningen av den tunna biten efter kontakt med valsarna, och behandling nr 5 valdes därför för brottpåkänningsprov i stället för behandling nr 4.

Behandling nr 2 valdes även för pàkänningsbrottprovning och båda resultaten visas i tabell III. Det torde bemårkas att de uppskat- tade 1000 timmars brottstyrkorna är blott uppskattningar och att pá grund av det begränsade antalet provningar på legering D42 (behandling nr 5) både 100 timmars och 1000 timmars brottstyrkor- na skulle behandlas som uppskattningar Éåš denna legering. 100-timmarsbrottstyrkan hos Inconel 625 vid 650OC är blott cirka 62, och det kan inses att D42 (t.ex. 74 med behandling nr 5) är märkbart bättre. 452 340 o.~N m.mm~ æ.mæ o.m ~.mmH m.~Hfi °.wH m.w<~ w.@w o.m ~.w e.m~ m.~m~ °.°m m.~ æ.mwH m.o~H m.w~ o.ø>~ m.moH o.wH w.owH m.wHH ø.mH m.~nH w.-~ o.Hfi ~.~<~ m.°HH o.mH m.mw~ m.m- o.m m.o~H w.wm~ o.m o.mwH w.~m~ m.w w.~mH «.c«fi 03 ÜNS 93A 93 wáå »H63 o.w ~.@m~ ~.wøH °.~ <.wmH ~.w~H m.oH <.mm~ m. ø.fi m.o- m.wo~ m.m H.~oH m.c~fl m.- m.@~H m. :s 39: 39.: S: S8: 32.: fim man wa mm o .Hm man wa N o man wcfihwwmn Han wcflnmwøa one cow omm Hm omw cow omm Hm omm cow omm Hm fifiwm Nää |>onm U m=>\: w.+ uommæ\: H + umæno H\: mw.o uooo>\: w + uoooæ\: flfl + Qow~m\: H Q oo>\n w + oooow\: flfl +oQowno H\: d n N a wcflfiucønwm man :oo fizn ndwcflnwwmfi bmw nuaøäncvmwmumsumdhflflmswnfin HH Qqm<& Ghz 452 340 ...en ...ä ...S flS.. Nå ä... ma: ...É o.. ...S .m3 S. ...ßßußfifl .än + u 02k.. w + . ...å w ä. .. m . .S w ä... 3.., u Qom? S +00 n.. Q.. H ...en :S .... ...šN ...S ä o om m .ÄB nå. ...S 32 mä. 2.... ...i ...ä ä... ...s ma ...SN ...S 2.... . nføoïn w + ...m2 2.2 ...Q ...ä än: . h. uo......>. : + ußßäß.äv..w..m m.

...S må. W... #3. 9%. ...a ...D man. o... ...S 2.... ...a onooï.. ~.+ .foowš S + ma: 3.2 w... ...m3 f... .än ...Laos øßßämgäšwom _. _12. ...ä ...S Nä. 9.... b. . . .

T 23.... HH S23... 10 15 70 25 ïfi 35 452 _5410 6 TABELL III BROTTPÅKÄNNINGSEGENSKAPER HOS LEGERINGAR D41 och D42 Legering Behandling Provtempe- Brotthållfasthet ratur 100 tim. Uppskattat ( C) 1000 tim. 041 1n/szvâc + 650 70 ss 11h/80006 + 600 90 73 2h/700 C 550 120 105 042 1h/927âc + 650 73 62 11h/80CoC + 600 97 80 2h/700 C (Nr. 2) 550 138 125 D41 30% kallbeärhetad 650 75 54 + 11h/BOOOC 600 105 82 + 2h/700 C (Nr. 5) 550 135 110 D42 30% kallbeârbetad 650 74 58 + 11h/800oC 600 95 72 + 2h/700 C (Nr. 5) 550 131 115 Draghällfasthetsegenskaperna vid rumstemperatur efter utsättning för en stabiliserande behandling (30% kallbearbetad + 200 timmar vid 700°C) visas i tabell IV. Det kan ses att lege- ringarna uppvisar liknande styrka och tänjbarhet. Mikrostruktu- rerna undersöktes efter utsättning vid 700°C. För legering D41 utvecklades en duplex gammaprimärstorleksfördelning. Legering D42 visade en finare gammaprimärdispersion. Inget bevis för någon nålformig fas observerades i mikrostrukturen hos några av dessa legeringar.

TABELL IV RUMSTEMPERATURDRÅGHÅLLFASTHETSEGENSKAPER EFTER STABILITETS- BEHANDLING Legering Behandling 0,2% YS UTS (ksi) (ksi) % Fl ñïT““' ' 30% cw 4'200 h/700°c 194,4 225,3 s.n 042 30% cw + 200 n/700°c 191,1 215.9 7.5 Såsom ovan angivits kan leuerinqar för användning i icke- kärntillämbninaar eller för regleringsaqqreqattillämnningar be- räknas, som har högre nickelområden än leqerinqar, som är beräk- nade för kärnbränslebeklädnad (där neutronabsorption är viktig). 10 15 20 25 30 35 452 340 7 Medan högre nickellegeringar såsom Inconel 625 kunde användas i tillämpningar, där neutronabsorption icke är viktig, visade sig legeringarna enligt uppfinningen ha fördelar, och speciellt, att ha lägre svällning, större styrka och, såsom nedan angives, bättre svetsbarhet.

Makro-etsade mikrofoton av både D41 och D42 avslöjade att båda legeringarna producerade friska tänjbara svetsar. Böjprov- ningar avslöjade emellertid att legering-D42-svetsar var cirka 50% mera tänjbara än de hos legering D41. Fördelen med en svets- ning med högre tänjbarhet, kopplad med att D42 förlitar sig mera på fastlösningsstyrkeökning än D41, resulterar i att~legeringar i området för D42 är föredragna. Svetsbarhetsproblem vanliga med Inconel 625 har icke förekommit med D42-legeringen.

Man har känslan, att kiseln verkar som en svällningsinhibi- tor, och särskilt i kärntekniska tillämpningar, kiselhalten lämpligen är minst 0,5%, och tecken finns att den optimala kisel- halten är mer än 0,5%. Man tror även, att molybdenhalten bidrager till en Lavesfas (som ogynnsamt påverkar styrka och ökar sväll- ning) och att, särskilt i reaktortillämpningar, molybdenhalten lämpligen är mindre än 5%. Zirkonium- och borhalten tros vara viktiga i skyddet av korngränserna och kan minska svällning i reaktortillämpningar. Borhalten är helst ej mindre än 0,01 och zirkoniumhalten är lämpligen icke mindre än 0,03.

Man har känslan, att den kraftigt förbättrade svetsbarheten beror på de lägre titan-, niob- och aluminiumhalterna hos dessa legeringar. Lämpligen är titanhalten icke större än 1,5%, alumi- niumhalten icke större än 1,5% och niobhalten icke större än 1,5%.

Sålunda kan det inses att en legering med en viktskomposi- tion av 57-63 nickel, 17-18 krom, 4-6 molybden, 1-2 niob, 0,2-0,8 kisel, 0,01-0,05 zirkonium, 1,0-2,5 titan, 1,0-2,5 aluminium, 0,02-0,06 kol, 0,002-0,015 bor och resten väsentligen järn (10-20) har utmärkt svetsbarhetsegenskaper och är starkare än kommersiellt tillgängliga legeringar såsom Inconel 625. Dessutom gör dess lång- tidsstrukturstabilitet på grund av dess låga svällning den spe- ciellt lämpad för användning i regleringselementaggregat och led- ningar i natriumkylda kärnreaktorer.

Claims (5)

45g_s4o PATENTKRAV

1. Nickelbaslegering, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda legering består väsentligen av, i viktprocent, 57-63 Ni, 7-18 Cr, 10-20 Fe, 4-6 Mo, 1-2 Nb, 0,2-0,8 Si, 0,01-0,05 Zr, 1,0-2,5 Ti, 1,0-2,5 Al, 0,02-0,06 C och 0,002-0,015 B.

2. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att titanen icke är större än 1,5, aluminiumet icke är större än 1,5, och níobet icke är större än 1,5.

3. Legering enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kiseln är större än 0,5.

4. Legering enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d av att molybdenen icke är större än 5.

5. Legering enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k - n a d av att børen icke är mindre än 0,010 och zirkoniet icke är mindre än 0,03.