СТАЛЬ Российский патент 2012 года по МПК C22C38/60 C22C38/52 

Изобретение относится к области производства сталей для основного оборудования атомных энергетических установок. В частности, касается радиационно стойких сталей, применяемых для изготовления корпуса реакторов типа ВВЭР.

Известна сталь, применяемая в этой области, следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,13-0,18

марганец 0,3-0,6

кремний 0,15-0,3

никель 1,0-1,6

хром 1,6-2,5

молибден 0,5-0,7

ванадий 0,01-0,12

церий 0,002-0,04

медь 0,01-0,1

сурьма 0,0005-0,009

олово 0,0005-0,009

фосфор 0,002-0,01

сера 0,001-0,01

железо - остальное.

Известная сталь в виде примеси содержит мышьяк в количестве 0,004-0,02 мас.% [1]. Сталь может использоваться при воздействии облучения дозой 1·10²⁰ н/см² (Е≥0,5 МэВ) при температуре 300-350°С.

Недостатком этой стали является склонность к охрупчиванию под воздействием облучения.

Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности является сталь следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,13-0,18

марганец 0,30-0,60

кремний 0,17-0,37

никель 1,0-1,5

хром 1,8-2,3

молибден 0,5-0,7

ванадий 0,01-0,12

медь ≤0,008

сурьма ≤0,005

олово ≤0,005

мышьяк ≤0,01

сера ≤0,012

фосфор ≤0,01

кобальт ≤0,030

железо - остальное

при суммарном содержании фосфора, сурьмы и олова менее 0,015 мас.% [2].

Однако для современных корпусов реакторов типа ВВЭР-1000 с ресурсом до 60 лет радиационная стойкость данной стали является недостаточной.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости к радиационному охрупчиванию, снижение отпускной хрупкости и гарантированное получение низкой температуры хрупковязкого перехода.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,13-0,18

кремний 0,17-0,37

марганец 0,30-0,60

хром 1,80-2,30

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.

Технический результат также достигается тем, что суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением: (P+Sb+Sn)≤0,012%.

Как известно, радиационная стойкость перлитных сталей для оборудования атомных энергетических установок определяется, главным образом, содержанием таких элементов, как фосфор, олово, сурьма и никель, а также присутствием водорода.

Значительное снижение радиационной стойкости корпусных сталей проявляется при содержании никеля более 1,3 мас.%. Усиление никелем радиационного охрупчивания обусловлено не собственным его действием, а его соединениями с примесями, главным образом, с фосфором, сурьмой, оловом и медью. Потому радиационное охрупчивание стали никель усиливает не всегда, а только в тех случаях, когда концентрации примесей в стали превышают некоторые критические значения. Снижением концентрации примесей ниже критических можно устранить охрупчивающее действие никеля. В связи с этим суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn)≤0,012%. Содержание серы в заявленных пределах обеспечивает ее минимальное влияние на пластичность стали и обеспечивает снижение критической температуры хрупкости.

Водород, растворенный в стали, оказывает существенное влияние на ее свойства и качество - снижает пластичность (повышает критическую температуру хрупкости), является причиной возникновения таких дефектов, как флокены. Однако при содержании водорода 0,0002 мас.%, например, в поковках стали толщиной не более 0,5 метра и при содержании водорода 0,0001%, например, в поковках стали небольших толщин (около 5-50 мм) сталь по изобретению обладает абсолютным иммунитетом к образованию флокенов и имеет высокий уровень пластичности и вязкости. При этом полностью отпадает необходимость проведения антифлокенной обработки поковок, что значительно сокращает цикл предварительной термической обработки.

Достижение технического результата подтверждается данными, приведенными в таблице 1.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2096755/01, 1975.

2. RU 2166559, C22C 38/60, опубликовано 30.10.1994.

Таблица 1 Химический состав и радиационная стойкость сталей при облучении флюенсом 75×10²² нейтр/м² Содержание элементов, мас.% Известная сталь Сталь по изобретению углерод 0,15 0,14 кремний 0,35 0,30 марганец 0,47 0,41 хром 1,97 1,98 никель 1,44 1,16 молибден 0,62 0,63 ванадий 0,10 0,10 медь 0,075 0,03 кобальт 0,025 0,025 сера 0,0025 0,025 фосфор 0,0025 0,0025 мышьяк 0,007 0,007 сурьма 0,001 0,001 олово 0,001 0,001 водород   0,00017 железо остальное остальное Фосфор+олово+сурьма 0,0045 0,0045 Температура хрупковязкого перехода, °С до облучения -60 -70 после облучения -20 -55 Изменение температуры хрупковязкого перехода, °С 40 15

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово, водород и 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. Суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением: (P+Sb+Sn)≤0,012. Сталь обладает повышенной стойкостью к радиационному охрупчиванию при сохранении высокой стойкости к охрупчиванию при термическом воздействии, отпускной хрупкости и гарантированном получении низкой температуры хрупковязкого перехода. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, кобальт, серу, фосфор, мышьяк, сурьму, олово и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит водород 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

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание фосфора, сурьмы и олова определяется следующим соотношением (P+Sb+Sn)≤0,012%.