Коррозионно-стойкая сталь

 

Использование: в энергетическом машиностроении при производстве теплообменного оборудования АЭС. Цель изобретения - создание коррозионностойкой стали с улучшенным комплексом механических, технологических и служебных свойств, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы коллекторов парогенератора ПГВ-1000 реакторных установок типа ВВЭР. Предлагаемая сталь содержит, мас.%: углерод 0,06-0,08, кремний 0,6-0,8, марганец 1,5-2,0, хром 18,0-19,0, никель 10,0-11,0, титан 0,5-0,7, молибден 0,1-0,3, вольфрам 0,1-0,2, ванадий 0,7-0,2, медь 0,1-0,3, кобальт 0,01-0,025, железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии легированных сталей и сплавов и может быть использовано в энергетическом машиностроении при производстве теплообменного оборудования АЭС.

Известны коррозионностойкие стали и сплавы, применяемые как конструкционный материал в указанных отраслях машиностроения (стали марок 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т). Однако известные марки сталей не обеспечивают требуемый уровень механических, технологических и служебных свойств и не отвечают требованиям, предъявляемым к конструкционным материалам для коллекторов парогенераторов АЭС нового поколения.

Проведенный анализ отечественной и зарубежной патентной литературы показал, что наиболее близкой по технической сущности и составу компонентов к заявляемой композиции является аустенитная хромоникелевая сталь марки 08Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72), содержащая, мас. Углерод ≅ 0,08 Кремний ≅ 0,8 Марганец ≅ 2,0 Хром 17,0-19,0 Никель 9,0-11,0 Титан ≅ 0,7 Сера ≅ 0,020 Фосфор ≅ 0,035 Железо Остальное Сталь марки 08Х18Н10Т рекомендуется применять для изготовления и производства промышленного оборудования, работающего в коррозионно-активных средах в различных отраслях машиностроения. Однако известный материал не обладает требуемыми прочностными свойствами, в частности пределом текучести, при температурах эксплуатации (350^оС), а также технологичностью на стадии металлургического передела и стойкостью против коррозионного растрескивания в хлоридсодержащих средах.

Цель изобретения создание стали, обладающей более высоким уровнем механических и технологических свойств, а также коррозионной стойкости, что обеспечивает работоспособность и эксплуатационную надежность теплообменного оборудования АЭС.

Поставленная цель достигается введением в состав заявляемой стали оптимального количества молибдена, вольфрама, ванадия, меди и кобальта. Содержание остаточных примесных элементов серы и фосфора соответствует требованиям прототипа и не превышает соответственно 0,02 и 0,035% Предлагается сталь, содержащая, мас. Углерод 0,06-0,08 Кремний 0,6-0,8 Марганец 1,5-2,0 Хром 18,0-19,0 Никель 10,0-11,0 Титан 0,5-0,7 Молибден 0,1-0,3 Вольфрам 0,1-0,2 Ванадий 0,1-0,2 Медь 0,1-0,3 Кобальт 0,01-0,025 Железо Остальное Соотношение легирующих и примесных элементов в заявляемой композиции выбрано таким, чтобы структура и основные механические свойства металла полуфабрикатов обеспечивали значительное повышение служебных и эксплуатационных характеристик теплообменного оборудования.

Введение в сталь добавок молибдена, вольфрама и ванадия в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность и механические свойства, а также технологическую пластичность при производстве крупногабаритных поковок и изделий на стадии металлургического передела. Механизм влияния указанных элементов на механические свойства хромоникелевого аустенита проявляется главным образом в твердорастворном упрочнении и в эффективном измельчении зерна, что соответствует известной зависимости Холла-Петча между пределом текучести и обратной величиной квадратного корня из размера зерна. Правильность выбора вводимых легирующих элементов подтверждается еще и тем, что молибден, вольфрам, ванадий и кобальт дают наиболее высокий прирост предела текучести по сравнению с другими легирующими компонентами (хром, никель, кремний и др.), являющимися основой известных аналогов.

Аналогичную функцию выполняют вводимые в сталь микродобавки кобальта и меди. Увеличивая силы межатомного взаимодействия в твердом растворе, они благотворно влияют на повышение температуры рекристаллизации металла и снижают скорость зернограничной ползучести в процессе длительной эксплуатации парогенератора. При этом повышается сопротивление стали против общей и локальных видов коррозии в воде и паре высоких параметров.

Содержание вводимых элементов менее указанного в формуле изобретения пределов не обеспечивают требуемого повышения механических и служебных свойств, а более высокое их содержание способствует увеличению δ-феррита в структуре металла, что приводит к ухудшению и снижению ряда важнейших характеристик, определяющих работоспособность материала в конструкции парогенератора.

Полученный более высокий уровень основных механических (и в первую очередь σ_0,2 при 350^оС), технологических и служебных свойств заявляемой стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами.

В ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с другими предприятиями и заводами был проведен комплекс опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам поковок из заявляемой стали для опытных коллекторов парогенераторов ПГВ-1000 АЭС. Выплавка стали производилась в 50-тонных электродуговых печах с обработкой на установке внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ) с последующим вакуумным дуговым переплавом (ВДП). Обработка слитков давлением с целью получения крупногабаритных поковок производилась на промышленном кузнечно-прессовом оборудовании. Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых механических свойств при нормальной и повышенной температурах и других испытаний представлены в табл. 1 и 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования нового технического решения выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы коллекторов парогенератора ПГВ-1000 реакторных установок типа ВВЭР.

Формула изобретения

КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, вольфрам, ванадий, медь и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,06 0,08 Кремний 0,6 0,8 Марганец 1,5 2,0 Хром 18 19 Никель 10 11 Титан 0,5 0,7
Молибден 0,1 0,3
Вольфрам 0,1 0,2
Ванадий 0,1 0,2
Медь 0,1 0,3
Кобальт 0,01 0,025
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2