[go: up one dir, main page]

RU2519063C1 - Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons - Google Patents

Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons Download PDF

Info

Publication number
RU2519063C1
RU2519063C1 RU2013122633/02A RU2013122633A RU2519063C1 RU 2519063 C1 RU2519063 C1 RU 2519063C1 RU 2013122633/02 A RU2013122633/02 A RU 2013122633/02A RU 2013122633 A RU2013122633 A RU 2013122633A RU 2519063 C1 RU2519063 C1 RU 2519063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
absorption
alloy
samarium
based alloy
Prior art date
Application number
RU2013122633/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Сериков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест"
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 Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест"
Priority to RU2013122633/02A priority Critical patent/RU2519063C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2519063C1 publication Critical patent/RU2519063C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed alloy comprises the following elements, in wt %: carbon - 0.03-0.10; iron - 0.15-0.25; silicon - 0.05-0.12; nitrogen - 0.01-0.04; aluminium - 1.8-2.5; zirconium - 2.0-3.0; samarium - 0.5-5.0, titanium and impurities making the rest.
EFFECT: higher efficiency of absorption, better working and bonding properties.
3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, к разработке новых нерадиоактивных материалов и может быть использовано в атомной энергетической промышленности. Традиционные нерадиоактивные металлы, используемые более 50 лет в атомных энергетических установках, - это циркониевые сплавы (∋125, ∋225), коррозионно-стойкая сталь (08Х18Н10Т) и бористая сталь ЧС82 (04Х14Т3Р1Ф). Последняя за счет содержания бора обладает свойством поглощения тепловых нейтронов. В настоящее время из нее изготавливают шестигранные трубы для комплектации стеллажей свежего ядерного топлива и бассейнов выдержки отработанных тепловыделяющих сборок.The invention relates to the field of metallurgy, to the development of new non-radioactive materials and can be used in the nuclear energy industry. The traditional non-radioactive metals used in nuclear power plants for more than 50 years are zirconium alloys (∋125, ∋225), corrosion-resistant steel (08Х18Н10Т) and boron steel ChS82 (04Х14Т3Р1Ф). The latter due to the content of boron has the property of absorption of thermal neutrons. Currently, hexagonal pipes are made from it for the assembly of fresh nuclear fuel racks and spent fuel pool holding pools.

Эта сталь получила широкое применение в атомном машиностроении, разработаны и утверждены ТУ14-1-3689-83, ТУ14-1-4599-89 на получение трубной заготовки из стали ЧС82. А также разработана технология получения горячекатаных труб из этой стали (ТУ14-242-275-89), которые служат заготовкой для получения шестигранных труб (ТУ14-3-1630-89).This steel was widely used in nuclear engineering, TU14-1-3689-83, TU14-1-4599-89 were developed and approved for the production of pipe billets from ChS82 steel. Also, a technology has been developed for the production of hot-rolled pipes from this steel (TU14-242-275-89), which serve as a blank for producing hexagonal pipes (TU14-3-1630-89).

Современные требования к материалам, которые способны поглощать тепловые нейтроны от радиоактивных элементов, диктуют повышение уровня поглощения. Увеличение содержания бора в стали ЧС82 от традиционного содержания (1,5-1,8)% согласно ТУ14-1-4599-89, например, до 2,5% делает сталь ЧС82 хрупкой и не пригодной для применения по назначению. Известен сплав на основе титана для поглощения тепловых нейтронов (патент РФ №2483132, БИ №15 от 27.05.13 г.), где содержание бора в диапазоне (1,5-3,5)%. Для увеличения поглощающих свойств необходимо увеличивать содержание бора в сплаве согласно современным требованиям - до 10%. Однако элемент бор и его изотоп 10 В, обладающий максимальной поглощающей способностью, существенно «охрупчивает» не только стали на основе железа, но и сплавы на основе титана. Это общее свойство боридов.Modern requirements for materials that are capable of absorbing thermal neutrons from radioactive elements dictate an increase in the level of absorption. An increase in boron content in ChS82 steel from the traditional content (1.5-1.8)% according to TU14-1-4599-89, for example, up to 2.5%, makes ChS82 steel brittle and unsuitable for the intended use. Known alloy based on titanium for absorption of thermal neutrons (RF patent No. 2483132, BI No. 15 of 05/27/13), where the boron content is in the range of (1.5-3.5)%. To increase the absorbing properties, it is necessary to increase the boron content in the alloy according to modern requirements - up to 10%. However, the boron element and its 10 V isotope, which has a maximum absorption capacity, significantly “embrittle” not only iron-based steels, but also titanium-based alloys. This is a common property of borides.

В табл.1, на основании известных данных из справочника: Свойства элементов: Справ. Издание в 2-х книгах. / Под ред. Дница М.Е. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003, представлены значения эффективных поперечных сечений захвата тепловых нейтронов для природных изотопов титана, алюминия, циркония, бора и самария.In table 1, on the basis of known data from the directory: Element properties: Ref. Edition in 2 books. / Ed. Dnitsa M.E. - M.: Publishing House "Ore and Metals", 2003, presents the values of effective cross sections for thermal neutron capture for natural isotopes of titanium, aluminum, zirconium, boron and samarium.

Из табл.1 следует, что природный изотоп самария (149Sm) на порядок эффективнее поглощает тепловые нейтроны, чем изотоп бора 10 В.From Table 1 it follows that the natural isotope of samarium (149Sm) absorbs thermal neutrons an order of magnitude more efficiently than the boron isotope of 10 V.

Цель настоящего изобретения - разработка материала, который бы имел не только высокий уровень поглощения тепловых нейтронов, но и обладал высокими эксплуатационными и пластическими свойствами, что в целом обеспечивает безопасность хранения отработанного ядерного топлива.The purpose of the present invention is the development of a material that would not only have a high level of absorption of thermal neutrons, but also have high operational and plastic properties, which generally ensures the safety of storage of spent nuclear fuel.

Наиболее близкий к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав на основе титана ПТ7М (ГОСТ 19807-91), который также применяется в атомной энергетике (см. статью Ушкова С.С. И др. - Вопросы материаловеденья, 2009, №3 (59), с.172-187.). Химический состав сплава ПТ7М, вес. %:The closest to the described by the technical essence and the achieved effect is an alloy based on titanium PT7M (GOST 19807-91), which is also used in nuclear energy (see article Ushkova S.S. et al. - Materials Science, 2009, No. 3 ( 59), p. 172-187.). The chemical composition of the alloy PT7M, weight. %:

УглеродCarbon 0,03-0,100.03-0.10 ЖелезоIron 0,15-0,250.15-0.25 КремнийSilicon 0,05-0,120.05-0.12 АзотNitrogen 0,010-0,0400.010-0.040 АлюминийAluminum 1,8-2,51.8-2.5 ЦирконийZirconium 2,0-3,02.0-3.0 Титан и примесиTitanium and impurities остальноеrest

Поставленная цель достигается тем, что в известный сплав ПТ7М на основе титана добавляют редкоземельный элемент - самарий - в следующем объеме, вес. %: 0,5-5,0. Диапазон содержания в сплаве самария обусловлен оптимальным уровнем поглощения тепловых нейтронов и экономической целесообразностью. Ниже 0,5% - сплав не обеспечивает необходимый минимальный уровень поглощения тепловых нейтронов, более 5% - существенно повышается себестоимость сплава.This goal is achieved by the fact that in the well-known alloy PT7M based on titanium, a rare-earth element is added - samarium - in the following volume, weight. %: 0.5-5.0. The range of content in the samarium alloy is determined by the optimal level of absorption of thermal neutrons and economic feasibility. Below 0.5% - the alloy does not provide the necessary minimum level of absorption of thermal neutrons, more than 5% - the cost of the alloy increases significantly.

Для получения сплавов на основе титана используется электроннолучевой переплав (ЭЛП) в вакуумных печах. В качестве основного сырья применяется губчатый титан (марки ТГ100, ТГ110) с содержанием титана (99,7-99,7)% согласно ГОСТ 17746-96. С целью равномерного распределения легирующих элементов (Al, Zr, Sm) в слитке осуществляется двойной переплав. Контроль нейтронного поглощения полученного сплава в слитке и трубах осуществляется с помощью отечественной установки УКПН-1.To obtain titanium-based alloys, electron beam remelting (EBM) is used in vacuum furnaces. Sponge titanium (grades TG100, TG110) with a titanium content of (99.7-99.7)% according to GOST 17746-96 is used as the main raw material. In order to evenly distribute alloying elements (Al, Zr, Sm), a double remelting is performed in the ingot. The neutron absorption control of the obtained alloy in the ingot and pipes is controlled using the UKPN-1 domestic facility.

Пример получения сплава на основе титана для поглощения тепловых нейтронов. Губчатый титан ТГ100 в виде дискретных кусков размером (20-45) мм перемешивается с лигатурой: из алюминия, циркония и самария (ТУ48-4-207-72) в соотношении - 1 кг (ТГ100)+0,025 кг (Al)+0,03 кг (Zr)+0,01 кг (Sm) в общем объеме 20 кг и подается в экспериментальную установку (ЭЛП). После двойного переплава получаем слиток ⌀100 мм длиной 500 мм. После обточки и ротационной ковки слитка на диаметр 65 мм получим микроструктуру сплава с величиной зерна 5-6 баллов. Горячее прессование позволяет получить трубу-заготовку для последующего холодного передела.An example of obtaining a titanium-based alloy for absorption of thermal neutrons. Sponge titanium TG100 in the form of discrete pieces (20-45) mm in size is mixed with a ligature: from aluminum, zirconium and samarium (TU48-4-207-72) in the ratio - 1 kg (TG100) +0.025 kg (Al) +0, 03 kg (Zr) +0.01 kg (Sm) in a total volume of 20 kg and is supplied to the experimental setup (ELP). After double remelting, we get an ingot ⌀100 mm 500 mm long. After turning and rotational forging of the ingot with a diameter of 65 mm, we obtain the microstructure of the alloy with a grain size of 5-6 points. Hot pressing allows you to get a pipe billet for subsequent cold redistribution.

В табл.2 приведен химический состав полученного сплава (СПС-1,0; СПС-1,5), а в табл.3 представлены механические свойства кованного круга ⌀65 мм из сплава СПС-1,0; СПС-1,5 при +20°С вместе с величиной поглощения тепловых нейтронов при содержании самария 1,0% и 1,5%. Для сравнения в табл.2-3 представлены химический состав и механические свойства кованного круга ⌀65 мм из сплава ПТ7М, изготовленного на ОАО «ВСМПО АВИСМА» (г.В.Салда), согласно ГОСТ 26492-85,Table 2 shows the chemical composition of the obtained alloy (SPS-1,0; SPS-1,5), and Table 3 shows the mechanical properties of the forged wheel ⌀65 mm from the alloy SPS-1,0; SPS-1.5 at + 20 ° С together with the absorption value of thermal neutrons at a samarium content of 1.0% and 1.5%. For comparison, Table 2-3 shows the chemical composition and mechanical properties of a forged ⌀65 mm circle made of PT7M alloy manufactured at VSMPO AVISMA OJSC (V. Salda), according to GOST 26492-85,

Как следует из табл.1-3, заявленный сплав имеет высокий уровень поглощения тепловых нейтронов по сравнению с прототипом ПТ7М при этом имеет высокие прочностные свойства.As follows from table 1-3, the claimed alloy has a high level of absorption of thermal neutrons compared with the prototype PT7M while it has high strength properties.

При этом необходимо отметить, что введение самария при выплавке сплава на основе титана не обязательно в виде технически чистого металла (Sm), изготовленного по ТУ48-4-207-72. Для сохранения нормативного требования по распределению самария в сплаве, где расстояние между частицами Sm не более 15 микрон, достаточно использовать в плавке диоксид самария, что существенно снижает себестоимость сплава и изделия из него.It should be noted that the introduction of samarium during the smelting of an alloy based on titanium is not necessarily in the form of technically pure metal (Sm), manufactured according to TU48-4-207-72. To maintain the regulatory requirement for the distribution of samarium in the alloy, where the distance between the Sm particles is not more than 15 microns, it is sufficient to use samarium dioxide in the melting, which significantly reduces the cost of the alloy and its products.

Таким образом, снижая содержание титана в сплаве ПТ7М на (0,5-5,0)%, заменяя его на самарий (0,5-5,0)%, получаем сплав с высоким уровнем поглощения тепловых нейтронов, что востребовано в атомном машиностроении.Thus, reducing the titanium content in the PT7M alloy by (0.5-5.0)%, replacing it with samarium (0.5-5.0)%, we obtain an alloy with a high level of absorption of thermal neutrons, which is in demand in nuclear engineering .

Таблица 1Table 1 Значения эффективных поперечных сечений захвата тепловых нейтронов природных изотопов титана, алюминия, циркония, бора, самария (nρ·10-28 м2)Values of effective cross sections for thermal neutron capture of natural isotopes of titanium, aluminum, zirconium, boron, samarium (n ρ · 10 -28 m 2 ) No. ИзотопIsotope nρ n ρ No. ИзотопIsotope nρ n ρ No. ИзотопIsotope nρ n ρ 1one 46 Ti46 Ti 0,60.6 33 90 Zr90 Zr 0,100.10 55 149 Sm149 Sm 5000050,000 47 Ti47 Ti 8,08.0 91 Zr91 Zr 1,501,50 152 Sm152 Sm 56005600 154 Sm154 Sm 56005600 22 27 Al27 Al 0,210.21 4four 10 В10 V 38383838 11 В11 V 757757

Таблица 2table 2 Химический состав опытных плавок титановых сплавов с самарием (СПС-1,0; СПС-1,5) и прототипа ПТ7МThe chemical composition of the experimental melts of titanium alloys with samarium (SPS-1,0; SPS-1,5) and the prototype PT7M No. сплавalloy SmSm СFROM FeFe SiSi NN AlAl ZrZr TiTi примесиimpurities 1one СПС-1,0SPS-1,0 1,01,0 0,080.08 0,200.20 0,100.10 0,020.02 2,52,5 3,03.0 оснmain 0,340.34 22 СПС-1,5SPS-1,5 1,51,5 0,080.08 0,200.20 0,100.10 0,020.02 2,52,5 3,03.0 оснmain 0,340.34 33 ПТ7МPT7M -- 0,070,07 0,150.15 0,080.08 0,030,03 2,12.1 2,52,5 оснmain 0,280.28

Таблица 3Table 3 Предел прочности (σb), предел текучести (σ02), относительное удлинение (δ5) и поглощение тепловых нейтронов (nρ·10-28 м2) для сплавов титана СПС-1,0; СПС-1,5; ПТ7М при +20°СStrength limit (σ b ), yield strength (σ 02 ), elongation (δ 5 ) and thermal neutron absorption (n ρ · 10 -28 m 2 ) for titanium alloys СПС-1,0; SPS-1.5; PT7M at + 20 ° C No. СПЛАВALLOY σb σ b σ02 σ 02 δ5 δ 5 Nρ N ρ (МПа)(MPa) (МПа)(MPa) (%)(%) 1one СПС-1,0SPS-1,0 730730 510510 30thirty 109109 22 СПС-1,5SPS-1,5 790790 543543 2525 355355 33 ПТ7МPT7M 610610 490490 2121 0,70.7

Claims (1)

Сплав на основе титана для поглощения тепловых нейтронов, содержащий углерод, железо, кремний, азот, алюминий, цирконий и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит самарий при следующем содержании компонентов, вес.%:
Углерод 0,03-0,10 Железо 0,15-0,25 Кремний 0,05-0,12 Азот 0,010-0,04 Алюминий 1,8-2,5 Цирконий 2,0-3,0 Самарий 0,5-5,0 Титан и примеси остальное
A titanium-based alloy for absorbing thermal neutrons, containing carbon, iron, silicon, nitrogen, aluminum, zirconium and titanium, characterized in that it additionally contains samarium at the following component content, wt.%:
Carbon 0.03-0.10 Iron 0.15-0.25 Silicon 0.05-0.12 Nitrogen 0.010-0.04 Aluminum 1.8-2.5 Zirconium 2.0-3.0 Samarium 0.5-5.0 Titanium and impurities rest
RU2013122633/02A 2013-05-17 2013-05-17 Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons RU2519063C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122633/02A RU2519063C1 (en) 2013-05-17 2013-05-17 Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122633/02A RU2519063C1 (en) 2013-05-17 2013-05-17 Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2519063C1 true RU2519063C1 (en) 2014-06-10

Family

ID=51216576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122633/02A RU2519063C1 (en) 2013-05-17 2013-05-17 Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2519063C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697675C1 (en) * 2019-01-25 2019-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "Сталь-Дон-Титан" Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351671C2 (en) * 2007-05-04 2009-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Titanium alloy for pipelines and pipe systems of heat-exchange equipment for nuclear power
RU2391426C1 (en) * 2009-01-11 2010-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Titanium alloy for power fastening elements
RU2483132C2 (en) * 2011-04-21 2013-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест" Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351671C2 (en) * 2007-05-04 2009-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Titanium alloy for pipelines and pipe systems of heat-exchange equipment for nuclear power
RU2391426C1 (en) * 2009-01-11 2010-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Titanium alloy for power fastening elements
RU2483132C2 (en) * 2011-04-21 2013-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест" Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697675C1 (en) * 2019-01-25 2019-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "Сталь-Дон-Титан" Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107847994B (en) Titanium composite material and titanium material for hot rolling
CN104451213B (en) Preparation method for titanium alloy with high dynamic bearing performance and low cost
CN102051531B (en) High boron content austenite stainless steel and preparation method thereof
CN104561696B (en) High ferro 5083 aluminum alloy plate materials and production method thereof
CN110760760B (en) Preparation method of FeCrAl-based alloy for nuclear reactor structural material
CN103938102A (en) Preparation method of iron, chromium and aluminum multielement electrothermal alloy with high resistance
CN106521239B (en) A kind of used by nuclear reactor high impact toughness low activation titanium alloy
CN109182840A (en) Strength titanium alloy material and preparation method thereof in a kind of low cost
CN106086692B (en) Reactor spentnuclear fuel storing special steel base alloy material and preparation method thereof
CN103276296A (en) Martensite stainless steel ring-shaped forging piece and manufacturing method thereof
CN104372203A (en) Novel alpha titanium alloy and preparation method of panel and bar of alpha titanium alloy
WO2011013366A1 (en) Neutron shield material, method for producing same, and cask for spent fuel
RU2519063C1 (en) Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons
RU2519064C1 (en) Rust-resisting alloyed neutron-absorbing steel for production of hexagonal shell pipes for sealed storage of nuclear fuel in pumped pools and its transportation
CN106498231B (en) A kind of yield strength is higher than the ocean engineering titanium alloy of 1000MPa
RU2360992C1 (en) Low-activated heat-resistant radiation-resistant steel
CN114507795B (en) Nitric acid corrosion resistant titanium-based neutron absorbing material and preparation method thereof
KR20160147998A (en) Process for producing ru-containing corrosion-resistant titanium alloy
RU2483132C2 (en) Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons
CN104162678B (en) A kind of method utilizing intercrystalline corrosion to prepare high-compressibility water atomization stainless steel powder
CN112247396A (en) A kind of austenitic heat-resistant steel welding wire and preparation method and application
CN104532082A (en) High-strength low-piece-weight aluminum alloy bicycle pipe
CN110835716B (en) Preparation method of FeCrAl-based ODS alloy for nuclear reactor core
RU2367697C1 (en) Titanium alloy for reactor equipment of atomic and thermonuclear power
CN107217205B (en) A kind of nuclear reactor fuel element involucrum FeCrAl base alloy material and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160518

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190214

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200518