RU2413782C1 - Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power - Google Patents
Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413782C1 RU2413782C1 RU2009128412/02A RU2009128412A RU2413782C1 RU 2413782 C1 RU2413782 C1 RU 2413782C1 RU 2009128412/02 A RU2009128412/02 A RU 2009128412/02A RU 2009128412 A RU2009128412 A RU 2009128412A RU 2413782 C1 RU2413782 C1 RU 2413782C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- arsenic
- nuclear
- niobium
- vanadium
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 30
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 11
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области атомного энергомашиностроения и предназначено для использования при серийном производстве высоконадежной контейнерной техники, в частности металлобетонных контейнеров для транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов атомной и термоядерной энергетики.The invention relates to the field of nuclear power engineering and is intended for use in the mass production of highly reliable container technology, in particular metal concrete containers for transportation and long-term storage of spent nuclear fuel and radioactive waste from nuclear and thermonuclear energy.
Известны конструкционные стали и сплавы, широко применяемые в различных отраслях промышленности и народного хозяйства, например стали марок 09Г2С, 10Г2С и 16ГС, а также другие аналоги, указанные в научно-технической и патентной литературе [1-5]. Однако известные материалы не обеспечивают требуемого уровня и стабильности основных физико-механических и служебных характеристик, в том числе деформационной способности в условиях ударного и статического нагружения при отрицательных температурах, во многом определяющих требуемую работоспособность и эксплуатационную надежность контейнерного оборудования.Known structural steels and alloys, widely used in various industries and national economy, for example, steel grades 09G2S, 10G2S and 16GS, as well as other analogues mentioned in the scientific, technical and patent literature [1-5]. However, the known materials do not provide the required level and stability of the basic physical, mechanical and service characteristics, including deformation ability under shock and static loading at low temperatures, which largely determine the required performance and operational reliability of container equipment.
Наиболее близкой к заявляемой композиции по базовому химическому составу и функциональному назначению компонентов является сталь типа 09Г2С [1], содержащая в своем составе следующие элементы, вес.%:Closest to the claimed composition according to the basic chemical composition and functional purpose of the components is steel type 09G2S [1], which contains the following elements, wt.%:
При этом суммарное содержание никеля и меди не превышает 0,4%, а суммарное содержание серы и фосфора не превышает 0,025%.Moreover, the total content of nickel and copper does not exceed 0.4%, and the total content of sulfur and phosphorus does not exceed 0.025%.
Данную марку стали в соответствии с требованиями действующей нормативно-технической и технологической документации [2-4] рекомендуется использовать как конструкционный материал в машиностроительных отраслях промышленности при производстве серийной металлопродукции общетехнического назначения. При этом известная сталь характеризуется недостаточно высоким уровнем деформационной способности металла в условиях ударного и статического нагружения при отрицательных температурах, а также является чувствительной к тепловому и радиационному охрупчиванию в процессе транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива.This steel grade in accordance with the requirements of the current regulatory, technical and technological documentation [2-4] is recommended to be used as a structural material in machine-building industries in the production of serial metal products for general technical purposes. Moreover, the well-known steel is characterized by an insufficiently high level of metal deformation under shock and static loading at low temperatures, and is also sensitive to thermal and radiation embrittlement during transportation and long-term storage of spent nuclear fuel.
Согласно требованиям действующих государственных и отраслевых стандартов содержание в сталях-аналогах ряда легирующих и примесных элементов, повышающих склонность металла к тепловому и радиационному охрупчиванию и образующих при нейтронном облучении долгоживущие изотопы с высокой энергией гамма-излучения, не контролируется и находится в весьма широких концентрационных пределах.According to the requirements of current state and industry standards, the content in alloy steels of a number of alloying and impurity elements, which increase the metal’s tendency to heat and radiation embrittlement and form long-lived isotopes with high gamma radiation energy under neutron irradiation, is not controlled and is in a very wide concentration range.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание высокотехнологичной листовой контейнерной стали, обладающей улучшенным комплексом основных физико-механических и служебных свойств, меньшей склонностью к тепловому и радиационному охрупчиванию, что обеспечивает повышение деформационной способности и эксплуатационной надежности высоконагруженных несущих конструкций металлобетонных контейнеров для транспортировки и длительного хранения отработавших тепловыделяющих сборок стационарных и транспортных реакторных установок типа РБМК и ВВЭР.The technical result of the present invention is the creation of a high-tech sheet steel container steel having an improved complex of basic physical, mechanical and service properties, less prone to thermal and radiation embrittlement, which improves the deformation ability and operational reliability of highly loaded load-bearing structures of metal-concrete containers for transportation and long-term storage of spent fuel stationary and transport reactor assemblies installations like RBMK and VVER.
Решение поставленной в заявке задачи достигается изменением в стали соотношения легирующих и модифицирующих элементов и введением в состав заявляемой композиции оптимального количества иттрия, титана и азота, а также нормированием содержания серы, фосфора и мышьяка в сочетании с расчетной величиной углеродного эквивалента. Предлагается состав, содержащий в мас.%:The solution of the problem posed in the application is achieved by changing the ratio of alloying and modifying elements in the steel and introducing the optimum amount of yttrium, titanium and nitrogen into the composition of the claimed composition, as well as normalizing the content of sulfur, phosphorus and arsenic in combination with the calculated value of the carbon equivalent. A composition is proposed containing in wt.%:
При этом:Wherein:
- значение углеродного коэффициента стали (Сэкв.) не должно превышать 0,38;- the value of the carbon coefficient of steel (C equiv. ) shall not exceed 0.38;
- суммарное содержание ванадия и ниобия не должно превышать 0,12%;- the total content of vanadium and niobium should not exceed 0.12%;
- суммарное содержание серы, фосфора и мышьяка не должно превышать 0,022%.- the total content of sulfur, phosphorus and arsenic should not exceed 0.022%.
Соотношение указанных легирующих и примесных элементов выбрано таким, чтобы заявляемая композиция обеспечивала формирование наиболее оптимального структурного состояния, требуемый уровень и стабильность важнейших структурно-чувствительных свойств металла, во многом определяющих заданную работоспособность и эксплуатационную надежность, а также ресурсные характеристики создаваемой контейнерной техники.The ratio of these alloying and impurity elements is chosen so that the claimed composition provides the formation of the most optimal structural state, the required level and stability of the most important structurally sensitive properties of the metal, which largely determine the given performance and operational reliability, as well as the resource characteristics of the container technology being created.
Введение в заявляемую сталь микролегирующих и модифицирующих добавок иттрия, титана, азота и мышьяка в указанном соотношении с другими легирующими элементами, и в первую очередь с ванадием, ниобием и хромом, улучшает ее структурную стабильность и, как следствие, весь комплекс основных физико-механических свойств, положительно влияющих на снижение чувствительности металла к тепловому и радиационному охрупчиванию, а также повышает работу зарождения и развития межзеренной трещины в условиях динамического нагружения в области отрицательных температур. При этом, как показали наши исследования [6-9], происходит более равномерное распределение легирующих и примесных элементов, а также неметаллических включений по всему сечению слитка, крупных поковок и слябов, металл эффективней очищается от вредных примесей и газов, тоньше и чище становятся границы зерна, увеличивается прочность межкристаллитной связи, что в целом обеспечивает значительное повышение деформационной способности (пластичности, вязкости и др. характеристик) стали. Снижается склонность металла к структурной анизотропии и существенно улучшается его технологичность на стадии металлургического передела, что повышает выход годного при промышленном производстве листового проката. Введение модифицирующих элементов вне указанных в формуле изобретения пределов снижает эффективность их положительного влияния и не приводит к заметному улучшению этих важных структурно-чувствительных характеристик материала.The introduction of microalloying and modifying additives of yttrium, titanium, nitrogen and arsenic into the inventive steel in the indicated ratio with other alloying elements, and primarily with vanadium, niobium and chromium, improves its structural stability and, as a result, the whole complex of basic physical and mechanical properties that positively affect the decrease in the sensitivity of the metal to thermal and radiation embrittlement, and also increases the work of nucleation and development of intergranular cracks under conditions of dynamic loading in the negative region s temperature. Moreover, as our studies have shown [6–9], there is a more uniform distribution of alloying and impurity elements, as well as non-metallic inclusions throughout the cross section of the ingot, large forgings and slabs, the metal is more efficiently cleaned of harmful impurities and gases, the boundaries become thinner and cleaner grain, the intercrystalline bond strength increases, which generally provides a significant increase in the deformation ability (ductility, toughness and other characteristics) of steel. The tendency of the metal to structural anisotropy is reduced and its manufacturability at the metallurgical stage is significantly improved, which increases the yield of sheet metal in industrial production. The introduction of modifying elements outside the limits indicated in the claims reduces the effectiveness of their positive influence and does not lead to a noticeable improvement in these important structurally sensitive characteristics of the material.
Выбор системы комплексного легирования заявляемой композиции предусматривает также ограничение суммарного содержания некоторых карбидообразующих элементов в оптимальном соотношении с углеродом, что способствует образованию при соответствующей термообработке в достаточном количестве мелкодисперсных карбидных фаз, термодинамически устойчивых в широком интервале температур технологических, сварочных и эксплуатационных нагревов, что снижает структурную неоднородность в приграничных областях и повышает сопротивление металла хрупкому разрушению в условиях статического и динамического нагружения. При этом обеспечение требуемого, более высокого, чем в прототипе, уровня пластических характеристик и деформационной способности стали достигается за счет формирования устойчивой дислокационной структуры, определяющей оптимальную плотность активных плоскостей скольжения в процессе пластической деформации и отражающей важный вклад дислокационной неупругости в процессе внутреннего трения.The choice of the complex alloying system of the claimed composition also provides for limiting the total content of some carbide-forming elements in the optimum ratio to carbon, which contributes to the formation of a fine amount of finely dispersed carbide phases thermodynamically stable in a wide temperature range of technological, welding and operational heating, which reduces structural heterogeneity in border areas and increases the resistance of metal to This degradation in conditions of static and dynamic loading. At the same time, the required level of plastic characteristics and deformation ability of steel higher than in the prototype is achieved due to the formation of a stable dislocation structure that determines the optimal density of active slip planes during plastic deformation and reflects the important contribution of dislocation inelasticity in the process of internal friction.
При этом логарифмический декремент колебаний, как одна из важных характеристик реального структурного состояния металла и его деформационной способности, показывает заметное возрастание энергоемкости процесса пластической деформации и, как следствие, работы зарождения хрупкой трещины в условиях ударного нагружения и низких температур.In this case, the logarithmic decrement of vibrations, as one of the important characteristics of the real structural state of the metal and its deformation ability, shows a noticeable increase in the energy intensity of the plastic deformation process and, as a result, the work of the initiation of a brittle crack under conditions of shock loading and low temperatures.
Выполненные металлографические исследования и электронно-фрактографический анализ поверхности излома ударных образцов с помощью высокоразрешающей растровой электронной микроскопии [6-9] свидетельствуют о преобладании внутризеренного характера разрушения и наличии развитого локального пластического течения металла, что является важной структурной характеристикой высокой деформационной способности заявляемой композиции.The performed metallographic studies and electron-fractographic analysis of the fracture surface of impact samples using high-resolution scanning electron microscopy [6–9] indicate the predominance of the intragranular nature of fracture and the presence of a developed local plastic flow of metal, which is an important structural characteristic of the high deformation ability of the claimed composition.
Введение требуемых количеств ванадия, ниобия и титана в сочетании с заданной величиной углеродного эквивалента способствует активному образованию высокодисперсных карбонитридных фаз и повышению отпускоустойчивости при сохранении необходимого уровня прочностных и пластических характеристик металла в процессе длительной эксплуатации. Увеличение содержания этих элементов сверх указанных в формуле изобретения пределов снижает дисперсность образующихся фаз внедрения и затрудняет равномерность их распределения по объему зерна, что ослабляет механизм закрепления дислокаций в процессе последующей термообработки листового проката и других полуфабрикатов. При этом величина углеродного эквивалента, определяющего четкую взаимосвязь структурно-чувствительных характеристик стали с ее реальным химическим и фазовым составом, рассчитывается по общепринятой математической зависимости [10]:The introduction of the required amounts of vanadium, niobium and titanium in combination with a given value of carbon equivalent promotes the active formation of highly dispersed carbonitride phases and increases the tempering resistance while maintaining the required level of strength and plastic characteristics of the metal during long-term operation. An increase in the content of these elements in excess of the limits indicated in the claims reduces the dispersion of the formed interstitial phases and complicates the uniformity of their distribution over the volume of grain, which weakens the mechanism of fixing dislocations during the subsequent heat treatment of sheet metal and other semi-finished products. In this case, the carbon equivalent value, which determines a clear relationship between the structurally sensitive characteristics of steel and its real chemical and phase composition, is calculated by the generally accepted mathematical dependence [10]:
Комплексное введение в сталь модифицирующих добавок титана, азота и мышьяка в оптимальном сочетании с такими термодинамически активными элементами (Al, Si, Mn и др.) способствует повышению эффективной поверхностной энергии межзеренного разрушения за счет подавления зернограничных сегрегационных процессов. Методом локального рентгеноспектрального анализа и Оже-электронной спектроскопии установлено, что при увеличении указанного в формуле изобретения суммарного содержания вводимых элементов, в результате воздействия технологических и эксплуатационных нагревов, активизируются процессы межзеренных сегрегационных образований и возрастает склонность стали к тепловому и радиационному охрупчиванию. Определение значения работы деформации и анализ электронных фрактограмм с использованием растровой электронной микроскопии свидетельствуют об увеличении доли вязкой составляющей в изломе, отражающей более высокую энергоемкость процесса разрушения по сравнению с хрупко-скольными структурными образованиями сталей-аналогов, что хорошо согласуется с результатами выполненных механических испытаний и положительно влияет на повышение сопротивления заявляемой композиции хрупкому разрушению [11, 12].The complex introduction of titanium, nitrogen, and arsenic modifying additives into steel in an optimal combination with such thermodynamically active elements (Al, Si, Mn, etc.) contributes to an increase in the effective surface energy of intergranular fracture due to the suppression of grain boundary segregation processes. Using the method of local X-ray spectral analysis and Auger electron spectroscopy, it was found that with an increase in the total content of input elements specified in the claims as a result of technological and operational heating, the processes of intergranular segregation formations are activated and the tendency of steel to heat and radiation embrittlement increases. The determination of the value of the work of deformation and the analysis of electronic fractograms using scanning electron microscopy indicate an increase in the share of the viscous component in the fracture, reflecting a higher energy intensity of the fracture process compared to brittle-chip structural formations of analog steels, which is in good agreement with the results of mechanical tests and positively affects the increase in resistance of the claimed composition to brittle fracture [11, 12].
Полученный более высокий уровень физико-механических, технологических и служебных характеристик стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами, сбалансированным химическим и фазовым составом, нормированным соотношением сильнокарбидообразующих элементов в сочетании с расчетной величиной углеродного эквивалента, а также контролированием оптимального содержания легкоплавких элементов в твердом растворе.The obtained higher level of physicomechanical, technological and service characteristics of steel is ensured by complex alloying of the claimed composition in the indicated ratio with other elements, balanced chemical and phase composition, normalized ratio of strongly carbide-forming elements in combination with the calculated value of the carbon equivalent, as well as controlling the optimal content of low-melting elements in solid solution.
В ЦНИИ КМ «Прометей» в соответствии с планом научно-исследовательских работ отрасли, проводимых в рамках обеспечения выполнения федеральной целевой научно-технической программы [13], осуществлен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам разработанной марки стали. Металл выплавлялся в 100-тонной дуговой электропечи с разливкой в слитки массой до 30 т и последующей обработкой давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании.In accordance with the plan of scientific research of the industry carried out in the framework of ensuring the implementation of the federal targeted scientific and technical program [13], the Central Research Institute of CM "Prometheus" carried out a set of laboratory and pilot industrial works on the smelting, plastic and heat treatment of the developed steel grade. The metal was smelted in a 100-ton electric arc furnace with casting into ingots weighing up to 30 tons and subsequent pressure treatment on industrial forging and rolling equipment.
Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения наиболее важных свойств и характеристик опытного металла представлены в табл.1 и 2.The chemical composition of the materials studied, as well as the results of determining the most important properties and characteristics of the experimental metal, are presented in Tables 1 and 2.
Ожидаемый технико-экономический эффект промышленного применения разработанной марки стали в атомном энергомашиностроении выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурсных характеристик производимых контейнерных сборок серии МБК и другого оборудования создаваемой контейнерной техники для атомной и термоядерной энергетики. Новое техническое решение может быть также использовано и в других отраслях отечественного машиностроения при производстве современной высоконадежной техники и оборудования для народного хозяйства.The expected technical and economic effect of the industrial application of the developed steel grade in nuclear power engineering will be expressed in increasing the operational reliability and resource characteristics of the manufactured container assemblies of the MBK series and other equipment of the container technology for nuclear and thermonuclear energy. The new technical solution can also be used in other sectors of domestic engineering in the production of modern highly reliable machinery and equipment for the national economy.
В качестве примесей заявляемая сталь может содержать, вес %:As impurities, the inventive steel may contain, weight%:
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. И.В.Горынин, Н.Г.Быковский, Т.И.Титова и др. «Сталь для высоконадежного контейнерного оборудования по транспортировке и хранению отработавших ядерных материалов». - Патент РФ № 2232203, 2003. - прототип.1. I.V. Gorynin, N. G. Bykovsky, T. I. Titova and others. "Steel for highly reliable container equipment for the transportation and storage of spent nuclear materials." - RF patent No. 2232203, 2003. - prototype.
2. ГОСТ 19281-89 «Листовой прокат из стали повышенной прочности». М., Госстандарт, 1991.2. GOST 19281-89 "Rolled steel products of high strength." M., Gosstandart, 1991.
3. ГОСТ 5520-79 «Сталь листовая углеродистая низколегированная для сосудов, работающих под давлением», М., Госстандарт, 1987.3. GOST 5520-79 "Low-alloy carbon sheet steel for pressure vessels", M., Gosstandart, 1987.
4. Технические условия ТУ 5.961-11829-2003 «Прокат листовой из стали марки 09Г2СА», 2003.4. Specifications TU 5.961-11829-2003 "Rolled sheet from steel grade 09G2SA", 2003.
5. В.Н.Журавлев, И.И.Николаева. Машиностроительные стали (справочник). М., изд-во «Машиностроение», 1981.5. V.N. Zhuravlev, I.I. Nikolayev. Engineering steel (reference book). M., publishing house "Engineering", 1981.
6. Технический отчет ЦНИИ КМ «Прометей» по теме № 35.663.11.001 «Создание контейнеров для отработавшего ядерного топлива стационарных и транспортных АЭУ с использованием радиационно стойких малоактивируемых сталей нового поколения» (проблема «Контейнер», инв. №9369°), Санкт-Петербург, 2003.6. Technical report of the Central Research Institute of CM “Prometheus” on the topic No. 35.663.11.001 “Creating containers for spent nuclear fuel of stationary and transport nuclear power plants using radiation-resistant low-activation steels of a new generation” (problem “Container”, inv. No. 9369 °), St. Petersburg, 2003.
7. Г.П.Карзов, И.А.Повышев, В.Н.Павлов. Технический отчет ЦНИИ КМ «Прометей» по теме «Материаловедческое сопровождение техпроекта и промышленного производства на Ижорском заводе опытной партии транспортных упаковочных комплектов ТУК-18 для атомного ледокольного флота Мурманского морского пароходства», Ленинград, 1991.7. G.P. Karzov, I.A. Povyshev, V.N. Pavlov. Technical report of the Central Research Institute of CM "Prometheus" on the topic "Material support of the technical design and industrial production at the Izhora plant of an experimental batch of transport packaging sets TUK-18 for the nuclear icebreaker fleet of the Murmansk Shipping Company", Leningrad, 1991.
8. Г.П.Карзов, И.А.Повышев, А.В.Ильин и др. «Проблемы разработки и выбора конструкционных материалов для сварных конструкций металлобетонных контейнеров для транспортировки и хранения радиоактивных отходов». - Труды Международной научно-технической конференции «Радиоактивные отходы: хранение, транспортировка и переработка», Санкт-Петербург, 1996, стр.С-40.8. G.P. Karzov, I.A. Povyshev, A.V. Ilyin and others. "Problems of development and selection of structural materials for welded structures of metal-concrete containers for the transportation and storage of radioactive waste." - Proceedings of the International scientific and technical conference "Radioactive waste: storage, transportation and processing", St. Petersburg, 1996, p. C-40.
9. Г.П.Карзов, Н.Г.Быковский, И.А.Повышев и др. «Материаловедческая концепция обеспечения радиационно-экологической безопасности современной контейнерной техники для хранения и транспортировки ОЯТ». - Труды 7-й Российской межотраслевой конференции по реакторному материаловедению, г. Димитровград, НИИАР, 2003, стр.130-131.9. G.P. Karzov, N.G. Bykovsky, I.A. Povyshev and others. "Material science concept for ensuring the radiation and environmental safety of modern container technology for storage and transportation of spent nuclear fuel." - Proceedings of the 7th Russian Intersectoral Conference on Reactor Material Science, Dimitrovgrad, NIIAR, 2003, pp. 130-131.
10. Лосев В.А., Юхин Н.А. Иллюстрированное пособие сварщика. М.: издательство "Соуэло", 2007 г.10. Losev V.A., Yukhin N.A. Illustrated welder's guide. M .: publishing house "Sowelo", 2007
11. Н.Г.Быковский, И.А.Повышев, Г.Н.Филимонов и др. Материалы международного семинара Россия - НАТО «Научные проблемы и нерешенные задачи утилизации кораблей с ЯЭУ и экологической реабилитации обслуживающей инфраструктуры», Москва, изд-е ИБРАЭ РАН (Институт проблем безопасности развития атомной энергетики), 2002, стр.19.11. N.G. Bykovsky, I.A. Povyshev, G.N. Filimonov and others. Materials of the Russia-NATO international seminar "Scientific problems and unsolved problems of the disposal of ships from nuclear power plants and environmental rehabilitation of the serving infrastructure", Moscow, ed IBRAE RAS (Institute for the Safety of Nuclear Energy Development), 2002, p. 19.
12. Н.Г.Быковский, М.И.Оленин и др. Технический отчет ЦНИИ КМ «Прометей» по теме № 146/6626 «Материаловедческое сопровождение промышленного изготовления на стане 5000 ОАО «Северсталь» опытной партии листового проката из стали 09Г2СА-А», Санкт-Петербург, 2005.12. N.G. Bykovsky, M.I. Olenin, and others. Technical report of the Central Research Institute of Structural Materials “Prometey” on the topic No. 146/6626 “Material support for industrial production at the mill 5000 of OJSC Severstal of an experimental batch of sheet steel from 09G2SA-A steel ", St. Petersburg, 2005.
13. Федеральная целевая программа "Национальная технологическая база" НИОКР "Модификация".13. The federal target program "National Technological Base" R&D "Modification".
Claims (1)
при этом значение углеродного эквивалента стали не превышает 0,38%, суммарное содержание ванадия и ниобия не превышает 0,12%, а суммарное содержание серы, фосфора и мышьяка не превышает 0,022%. Cold-resistant sheet steel for highly loaded structures of container technology of nuclear and thermonuclear energy, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, vanadium, niobium, aluminum, sulfur, phosphorus and iron, characterized in that it additionally contains titanium, yttrium, nitrogen and arsenic in the following ratio of alloying and modifying elements, wt.%:
the carbon equivalent of steel does not exceed 0.38%, the total content of vanadium and niobium does not exceed 0.12%, and the total content of sulfur, phosphorus and arsenic does not exceed 0.022%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009128412/02A RU2413782C1 (en) | 2009-07-22 | 2009-07-22 | Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009128412/02A RU2413782C1 (en) | 2009-07-22 | 2009-07-22 | Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009128412A RU2009128412A (en) | 2011-01-27 |
| RU2413782C1 true RU2413782C1 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=46308152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009128412/02A RU2413782C1 (en) | 2009-07-22 | 2009-07-22 | Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413782C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2232203C1 (en) * | 2003-04-23 | 2004-07-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" | Steel for high-safety container equipment for transporting and storing depleted nuclear materials |
| RU2270269C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Steel, product made out of the steel and the method of its manufacture |
-
2009
- 2009-07-22 RU RU2009128412/02A patent/RU2413782C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2232203C1 (en) * | 2003-04-23 | 2004-07-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" | Steel for high-safety container equipment for transporting and storing depleted nuclear materials |
| RU2270269C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Steel, product made out of the steel and the method of its manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009128412A (en) | 2011-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ooi et al. | Low transformation temperature weld filler for tensile residual stress reduction | |
| Choi et al. | Fabrication of Gd containing duplex stainless steel sheet for neutron absorbing structural materials | |
| Xu | Hydrogen embrittlement of carbon steels and their welds | |
| CN108779535A (en) | High temperature, radiation hardness ferrite-martensite steel | |
| Baldev et al. | Development of stainless steels in nuclear industry: with emphasis on sodium cooled fast spectrum reactors history, technology and foresight | |
| US20100183475A1 (en) | Chromium manganese - nitrogen bearing stainless alloy having excellent thermal neutron absorption ability | |
| Dong et al. | Enhancement of hydrogen embrittlement resistance in a Fe-18Mn-0.6 C twinning induced plasticity steel by copper alloying | |
| Roy et al. | Dynamic strain ageing of P91 grade steels of varied silicon content | |
| Malhotra et al. | Weld metal composition and aging influence on metallurgical, corrosion and fatigue crack growth behavior of austenitic stainless steel welds | |
| Zhang et al. | Effects of phosphorus impurity on the microstructure and impact toughness of weld joint for the 12Cr2Mo1R heat resistant steel | |
| Pickering et al. | The consequences of macroscopic segregation on the transformation behavior of a pressure-vessel steel | |
| Safari et al. | Dissimilar resistance spot welding of AISI 304 to AISI 409 stainless steels: mechanical properties and microstructural evolutions | |
| Natesan et al. | Report on the completion of the procurement of the first heat of Alloy 709 | |
| CN110923547A (en) | Chromium-nickel-molybdenum austenitic stainless steel flange for fast reactor nuclear power station and manufacturing method thereof | |
| Rao et al. | Effect of hydrogen on tensile behavior of low alloy steel in the regime of dynamic strain ageing | |
| RU2413782C1 (en) | Cold resistant sheet steel for high loaded structures of container equipment of nuclear and thermo-nuclear power | |
| Heo et al. | The mechanism of elevated temperature intergranular cracking in heat-resistant alloys | |
| RU2259419C1 (en) | Cold-resistant steel for load-bearing elements of metal-concrete containers of nuclear-power engineering | |
| Zhang et al. | Effect of microstructural characteristics on the impact fracture behavior of cryogenic 9Ni steel | |
| US4279647A (en) | Construction steel exhibiting high fatigue strength | |
| RU2166559C2 (en) | Steel for shells of atomic reactors of improved reliability and longer service life | |
| RU2232203C1 (en) | Steel for high-safety container equipment for transporting and storing depleted nuclear materials | |
| Briant | Investigation of liquid metal embrittlment in advanced high strength steels | |
| RU2385360C1 (en) | Heat resistant alloy for structures of high temperature installations | |
| Kim et al. | Evaluation of impact properties of weld joint of reactor pressure vessel steels with the use of miniaturized specimens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120723 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150910 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160723 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190517 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210722 |