Сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов

 

Сущность: сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,08 - 0,14; марганец 0,30 - 0,65; кремний 0,17 - 0,42; хром 0,50 - 1,00; никель 1,00 - 1,40; молибден 0,40 - 0,60; титан 0,01 - 0,05; алюминий 0,005 - 0,03; кальций 0,001 - 0,01; медь 0,05 - 0,30; церий 0,005 - 0,03; сера 0,003 - 0,025; фосфор 0,003 - 0,025; мышьяк 0,002 - 0,035; сурьма 0,001 - 0,005; олово 0,001 - 0,005; железо остальное, при этом суммарное содержание сурьмы, олова и мышьяка не превышает 0,04%. Техническим результатом изобретения является повышение сопротивления хрупкому разрушению, связанное с измельчением зерна как после основной термообработки, так и в зоне сварного соединения, что способствует повышению надежности и ресурса изготовленных из нее сварных конструкций, работающих при температурах до 400^oC. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии сложнолегированных сталей, содержащих в качестве основы железо, углерод, хром, марганец, кремний, никель, молибден, титан, и может быть использовано для изготовления защитных оболочек, страховочных корпусов реакторных установок и др. конструкций, работающих при температурах до 400^oC.

Известны стали, используемые для указанных целей в соответствующих отраслях промышленности (а.с. N 412278, 624952 и др.), а также другие аналоги, указанные в патентной или в научно-технической литературе.

Наиболее близкой к заявляемой стали по назначению и составу ингредиентов является сталь по а.с. N 624952, содержащая в мас.%: углерод - 0,08 - 0,12 марганец - 0,30 - 0,60 кремний - 0,17 - 0,37 хром - 1,0 - 0,30 никель - 1,10 - 1,35 молибден - 0,40 - 0,60 титан - 0,01 - 0,05 иттрий - 0,005 - 0,010 лантан - 0,02 - 0,05
железо - остальное.

Основными недостатками этой стали, применяемой в виде листов и листовых заготовок, являются: недостаточная сопротивляемость развитию трещины (K_Ic = 110 МПа ), что связано со значительным размером зерна как в состоянии поставки после термоулучшения - балл зерна 5 - 7, так и в зоне термовлияния после сварки - балл зерна 3 - 5; необходимость подогрева при сварке в толщинах более 40 мм. Кроме того, сталь подвержена деформационному старению при температурах эксплуатации 200 - 250^oC.

Целью изобретения является создание стали для защитных оболочек реакторных установок, обладающей высокой сопротивляемостью тепловому охрупчиванию, повышенной сопротивляемостью хрупкому разрушению, свариваемостью без подогрева в толщинах до 60 мм без послесварочной термообработки, повышенной устойчивостью к деформационному старению.

Поставленная цель достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, дополнительно вводят кальций, алюминий, церий, мышьяк, сурьму, олово, серу и фосфор.

Предлагается сталь, содержащая в мас.%:
углерод - 0,08 - 0,14
марганец - 0,30 - 0,65
кремний - 0,17 - 0,42
хром - 0,50 - 1,00
никель - 1,00 - 1,40
молибден - 0,40 - 0,60
титан - 0,01 - 0,05
кальций - 0,001 - 0,01
алюминий - 0,005 - 0,03
церий - 0,005 - 0,03
сера - 0,003 - 0,025
фосфор - 0,003 - 0,025
медь - 0,05 - 0,30
мышьяк - 0,002 - 0,035
сурьма - 0,001 - 0,005
олово - 0,001 - 0,005
железо - остальное
(As,Sn,Sb) 0,040
Введение в состав регламентированного количества алюминия способствует лучшему раскислению стали и обеспечивает достаточно высокую чистоту по оксидам, а также достаточно мелкозернистую структуру.

Введение кальция, являющегося десульфатором, и одновременно с этим регламентация верхнего предела содержания серы, фосфора, а также легкоплавких примесей (мышьяка, олова и сурьмы), позволяют снизить их сегрегацию на границах зерен и опасность межзеренного разрушения, что повышает стойкость стали против теплового охрупчивания и сопротивляемость деформационному старению.

Микролегирование стали церием преследует цель создания дополнительных центров кристаллизации, измельчение зерна. Кроме того, церий связывает серу и фосфор, образуя с ними термодинамически устойчивые соединения с высокой температурой плавления, что также повышает стойкость стали к тепловому окрупчиванию.

В ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с другими предприятиями и заводами проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемой марки стали.

Металл выплавлялся в металлургических электродуговых печах с использованием установки внепечного рафинирования и вакуумирования, а также методом электрошлакового переплава в слитки массой до 56 т. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании.

Химический состав заявляемой стали представлен в табл.1.

Сравнительные свойства прототипа и заявляемой стали представлены в табл. 2.

Результаты испытаний показывают, что заявляемая сталь при таком же, как у известной стали, уровне прочности имеет более высокое сопротивление хрупкому разрушению, связанное с измельчением зерна как после основной термообработки, так и в зоне сварного соединения, что способствует повышению надежности и ресурса изготовленных из нее сварных конструкций.

Ожидаемый технико-экономический эффект выразится в улучшении сварочно-технологических характеристик, возможности сварки без последующей термической обработки пространственных конструкций из листовых заготовок без опасения получения трещин в процессе сварки и в процессе эксплуатации, что приведет к повышению долговечности защитных оболочек страховочных корпусов, в том числе и при аварийных режимах.

Формула изобретения

Сталь для страховочных корпусов и защитных оболочек атомных энергетических реакторов, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций, медь, церий, серу, фосфор, мышьяк, сурьму и олово при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод - 0,08 - 0,14
Марганец - 0,30 - 0,65
Кремний - 0,17 - 0,42
Хром - 0,50 - 1,00
Никель - 1,00 - 1,40
Молибден - 0,40 - 0,60
Титан - 0,01 - 0,05
Алюминий - 0,005 - 0,03
Кальций - 0,001 - 0,01
Медь - 0,05 - 0,30
Церий - 0,005 - 0,03
Сера - 0,003 - 0,025
Фосфор - 0,003 - 0,025
Мышьяк - 0,002 - 0,035
Сурьма - 0,001 - 0,005
Олово - 0,001 - 0,005
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание сурьмы, олова и мышьяка не превышает 0,04 %.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2