Патент на изобретение №2293787

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2293787 (13) C2
(51) МПК

C22C38/50 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 08.12.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2005111468/02, 18.04.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

18.04.2005

(43) Дата публикации заявки: 27.10.2006

(46) Опубликовано: 20.02.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
ЗУБЧЕНКО А.С. Марочник сталей и сплавов. ГОСТ 5632-72. – М.: Машиностроение, 2003, с.345. RU 2233906 C1, 10.08.2004. RU 2241266 C1, 27.11.2004. DE 10251413 А, 25.03.2004. US 2004238079 А, 02.12.2004.

Адрес для переписки:

191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, ФГУП “ЦНИИ КМ “ПРОМЕТЕЙ”

(72) Автор(ы):

Филимонов Герман Николаевич (RU),
Павлов Валерий Николаевич (RU),
Добрынина Мария Валентиновна (RU),
Повышев Игорь Анатольевич (RU),
Дурынин Виктор Алексеевич (RU),
Батов Юрий Матвеевич (RU),
Афанасьев Сергей Юрьевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов “ПРОМЕТЕЙ” (ФГУП “ЦНИИ КМ “ПРОМЕТЕЙ”) (RU),
Общество с ограниченной ответственностью “Объединенные машиностроительные заводы-СПЕЦСТАЛЬ” (ООО “ОМЗ-СПЕЦСТАЛЬ”) (RU)

(54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ВНУТРИКОРПУСНЫХ УСТРОЙСТВ И ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии легированных сталей и сплавов, которые предназначены для использования в атомном энергетическом машиностроении при производстве основного и вспомогательного оборудования АЭС, отвечающего требованиям эксплуатации и промышленной безопасности ядерной энергетики. Техническим результатом данного изобретения является создание коррозионно-стойкой аустенитной стали с улучшенным комплексом основных механических, технологических и служебных свойств, меньшей склонностью к росту зерна при горячей пластической и термической обработке и сварочных нагревах, что обеспечивает эксплуатационную надежность и требуемый ресурс работы внутрикорпусных устройств и теплообменного оборудования АЭС. Предложена сталь, содержащая в мас.%: углерод 0,05-0,08, кремний 0,20-0,45, марганец 0,50-0,75, хром 17,00-19,00, никель 9,50-10,50, титан 0,30-0,60, ванадий 0,03-0,09, ниобий 0,03-0,10, алюминий 0,05-0,15, сера 0,005-0,015, фосфор 0,005-0,030, железо остальное, при этом: суммарное содержание ванадия и ниобия не должно превышать 0,15%; суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,04%; суммарное содержание кремния, марганца и алюминия не должно превышать 1,25%. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии легированных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих элементов, и предназначено для использования в атомном энергетическом машиностроении при производстве основного и вспомогательного оборудования АЭС, отвечающего требованиям эксплуатации и промышленной безопасности ядерной энергетики.

Известны коррозионно-стойкие стали и сплавы, применяемые в машиностроительных отраслях промышленности (например, стали марок 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, а также другие аналоги, указанные в научно-технической и патентной литературе [1-6]). Однако известные материалы не обеспечивают требуемого уровня и стабильности основных механических и служебных характеристик, что снижает работоспособность и эксплуатационную надежность используемого реакторного оборудования и не отвечает современным требованиям ядерной безопасности.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по назначению и составу компонентов является хромоникелевая сталь аустенитного класса марки 08Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72, табл.1, стр.17-18, поз.6-30 [2], содержащая в своем составе легирующие элементы в следующем соотношении, в мас.%:

углерод 0,08
кремний 0,8
марганец 2,0
хром 17,0-19,0
никель 9,0-11,0
титан 5С-0,7
сера 0,020
фосфор 0,035
железо остальное

Данная марка стали характеризуется пониженным уровнем механических свойств, повышенной склонностью к росту зерна при термической обработке и сварке, пониженной технологической пластичностью на стадии металлургического передела.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание коррозионно-стойкой высокотехнологичной стали, обладающей улучшенным комплексом основных физико-механических свойств, меньшей склонностью к росту зерна при термической обработке и сварочных нагревах, а также повышенной технологической пластичностью на стадии металлургического передела, что обеспечивает эксплуатационную надежность и требуемый ресурс работы внутриреакторных устройств и теплообменного оборудования АЭС.

Технический результат достигается за счет того, что в состав известной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, серу, фосфор и железо, дополнительно введены ванадий, ниобий и алюминий при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

углерод 0,05-0,08
кремний 0,20-0,45
марганец 0,50-0,75
хром 17,00-19,00
никель 9,50-10,50
титан 0,30-0,60
ванадий 0,03-0,09
ниобий 0,03-0,10
алюминий 0,05-0,15
сера 0,005-0,015
фосфор 0,005-0,030
железо остальное

при этом:

– суммарное содержание ванадия и ниобия не должно превышать 0,15%;

– суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,04%;

– суммарное содержание кремния, марганца и алюминия не должно превышать 1,25%.

Введено ограничение суммарного содержания ванадия и ниобия, так как превышение его отрицательно влияет на формирование наиболее оптимального структурного состояния и в значительной мере снижает заданный уровень основных физико-механических характеристик материала.

Соотношение указанных легирующих и модифицирующих добавок выбрано таким, чтобы заявляемая композиция обеспечивала требуемый уровень и стабильность важнейших структурно-чувствительных характеристик материала, во многом определяющих высокую работоспособность и эксплуатационную надежность внутриреакторных устройств и теплообменного оборудования АЭС.

Введение в заявляемую сталь микролегирующих и модифицирующих добавок ванадия и ниобия в указанном соотношении с другими легирующими элементами, и в первую очередь – с углеродом и титаном, улучшает ее структурное состояние и, как следствие, весь комплекс основных механических и служебных свойств, положительно влияющих на технологическую пластичность и деформационную способность металла на стадии металлургического передела, а также повышает работу зарождения и развития межзеренной трещины в условиях статического и динамического нагружений. При этом, как показали исследования [4, 5], происходит эффективное измельчение зерна как при затвердевании жидкого металла, благодаря созданию дополнительных центров кристаллизации, так и при различных технологических нагревах в процессах горячей деформации и термической обработки за счет сдерживания роста зерна благодаря оптимальному содержанию карбонитридных фаз. Увеличение содержания ванадия и ниобия вне указанных в формуле изобретения пределов снижает эффективность их положительного влияния и не приводит к заметному улучшению структурно-чувствительных характеристик работоспособности материала в составе реакторного оборудования энергетических установок.

Модифицирование стали алюминием в указанном соотношении с кремнием и марганцем способствует более глубокому раскислению металла в процессе выплавки и снижает его загрязненность по неметаллическим включениям и газам. При этом также обеспечивается существенное замедление роста зерна при высокотемпературных нагревах и снижается склонность стали к структурной анизотропии. Введение алюминия в указанном соотношении с кремнием и марганцем вне указанных в формуле изобретения пределов снижает эффективность его положительного влияния на структурное состояние получаемого металла.

Выбор системы комплексного легирования заявляемой композиции предусматривает также ограничение суммарного содержания серы и фосфора, во многом определяющих динамику образования зернограничных сегрегаций при рабочих температурах и снижающих когезионную прочность между зернами, что отрицательно влияет на деформационную способность металла в процессе длительной эксплуатации реакторного оборудования.

Полученный более высокий уровень механических, сварочно-технологических и служебных характеристик стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами, сбалансированным химическим и фазовым составом, нормированным содержанием вводимых микролегирующих и модифицирующих добавок, а также контролированием чистоты металла по сере и фосфору.

В ЦНИИ КМ “Прометей” совместно с другими предприятиями отрасли в соответствии с планом проводимых научно-исследовательских разработок выполнен необходимый комплекс лабораторных, расчетных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам создаваемой марки стали. Металл выплавлялся в электродуговых металлургических печах с обработкой на установке внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ) с последующей обработкой давлением на промышленном кузнечно-прессовом оборудовании с получением полуфабрикатов требуемого сортамента. Металл был подвергнут испытаниям для определения комплекса основных механических и технологических свойств.

Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения всего комплекса наиболее важных свойств и характеристик представлены в таблицах 1 и 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект применения разработанной марки стали в народном хозяйстве выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы создаваемого реакторного оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ф.Ф. Химушин. “Жаропрочные стали и сплавы”. – М.: Металлургия, 1969.

2. ГОСТ 5632-72. “Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные” (марки и технические требования). – М.: Стандарт, 1977 – прототип.

3. Ф.Б. Пикеринг. “Физическое металловедение и разработка сталей”. – М.: Металлургия, 1982.

4. В.Г. Азбукин, Ю.Ф. Баландин, В.Н. Павлов и др. “Коррозионно-стойкие стали и сплавы для оборудования и трубопроводов АЭС”. – Киев: Наукова думка, 1983.

5. В.Г. Азбукин, В.И. Горынин, В.Н. Павлов. “Перспективные коррозионно-стойкие материалы для оборудования и трубопроводов АЭС”. – СПб, 1998.

6. И.В. Горынин, А.Д. Амаев, В.А. Николаев и др. “Радиационные повреждения стали для водо-водяных реакторов”. – М.: Энергоиздат, 1981.

7. М.В. Добрынина. “Влияние химического состава и режимов термомеханической обработки на величину зерна в крупногабаритных поковках из стали марки 08Х18Н10Т”. – Материалы 4-й отраслевой научно-технической конференции по проблемам материаловедения, СПб, ЦНИИ КМ “Прометей”, 2004.

8. В.Н. Павлов, В.П. Логинов и др. Материалы 5-й международной научно-технической конференции “Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации АЭС”. – СПб, 1998.

Таблица 1
Химический состав исследованных материалов
Состав Условный № состава Содержание элементов, мас.%
С Si Mn Cr Ni Ti V Nb Al S Р V+Nb S+Р Al+Si+Mn Fe
Заявляемый 1 0,05 0,20 0,50 17,00 9,50 0,30 0,03 0,10 0,15 0,005 0,030 0,13 0,035 0,85 остальное
2 0,07 0,30 0,60 18,50 10,00 0,50 0,09 0,06 0,10 0,010 0,005 0,15 0,015 1,00
3 0,08 0,45 0,75 19,00 10,50 0,60 0,06 0,03 0,05 0,015 0,025 0,09 0,040 1,25
Известный 4 0,08 0,70 1,50 18,00 10,00 0,60 0,020 0,035

Формула изобретения

Коррозионно-стойкая сталь для внутрикорпусных устройств и теплообменного оборудования АЭС, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, ниобий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,05-0,08
Кремний 0,20-0,45
Марганец 0,50-0,75
Хром 17,00-19,00
Никель 9,50-10,50
Титан 0,30-0,60
Ванадий 0,03-0,09
Ниобий 0,03-0,10
Алюминий 0,05-0,15
Сера 0,005-0,015
Фосфор 0,005-0,030
Железо Остальное

при этом суммарное содержание ванадия и ниобия не должно превышать 0,15%; суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,04%; суммарное содержание кремния, марганца и алюминия не должно превышать 1,25%.


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.04.2009

Извещение опубликовано: 27.08.2010 БИ: 24/2010


NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.09.2010

Извещение опубликовано: 10.09.2010 БИ: 25/2010


Categories: BD_2293000-2293999