Радиационно-стойкий чугун с шаровидным графитом для литья контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива

Авторы патента:

C22C37/04 - содержащие шаровидный графит

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно-стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления крупногабаритных отливок контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Радиационно-стойкий чугун с шаровидным графитом для литья контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива содержит, мас.%: углерод 3,6-3,9; кремний 2,0-2,4; марганец 0,15-0,35; никель 0,5-1,0; магний 0,05-0,09; гадолиний 0,25-0,50; фосфор 0,01-0,03; сера 0,010-0,015; железо - остальное. Чугун характеризуется высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия радиоактивного облучения. Снижается трудоемкость последующей механической обработки литья при изготовлении фасонных крупногабаритных изделий, требующих высокой точности конечных геометрических размеров. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к радиационно-стойким аустенитным чугунам с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления крупногабаритных отливок контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.

Известен аустенитный чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 2,2-3,0; кремний 2,4-3,2; марганец 3,0-4,0; никель 9,4-11,0; медь 6,5-7,5; хром 0,3-0,5; ванадий 0,01-0,03; магний 0,03-0,05; кальций 0,03-0,05; церий 0,01-0,03; железо остальное.

(RU 2337170, С22С 37/04, опубликовано 27.10.2008)

Однако известный аустенитный чугун с шаровидным графитом при высокой коррозионной стойкости не обладает достаточной способностью поглощать нейтронное излучение, что делает его непригодным для изготовления отливок контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.

Наиболее близким по технической сущности является радиационно-стойкий аустенитный чугун с шаровидным графитом для изготовления отливок корпусов контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Известный радиационно-стойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий, бор, барий, гадолиний, железо и сопутствующий примеси: серу, фосфор, кобальт; при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод 2,5-3,5; кремний 1,8-2,6; марганец 1,5-2,5; никель 9,4-11,0; медь 6,0-7,0; хром 0,06-0,10; ванадий 0,06-0,10; магний 0,03-0,05; кальций 0,01-0,03; церий 0,01-0,03; бор 0,006-0,10; барий 0,01-0,15; гадолиний 0,6-3,0; сопутствующие примеси: сера 0,004-0,01; фосфор 0,004-0,04; кобальт 0,002-0,12; железо остальное.

(RU 2465363, С22С 37/04, опубликовано 15.08.2011)

Известный радиационно-стойкий чугун обладает высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия радиоактивного облучения, однако может использоваться для отливки изделий простой геометрической формы (корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива), не требующих значительной последующей механической обработки.

Задачей изобретения и его техническим результатом является создание радиационно-стойкого чугуна с шаровидным графитом, обеспечивающего высокую коррозионную стойкость в условиях воздействия радиоактивного облучения и снижающего трудоемкость последующей механической обработки литья при изготовлении фасонных крупногабаритных изделий, требующих высокой точности конечных геометрических размеров.

Технический результат достигается тем, что радиационно-стойкий чугун с шаровидным графитом для литья контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива содержит углерод, кремний, марганец, никель, магний, гадолиний, фосфор, серу и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,6-3,9; кремний 2,0-2,4; марганец 0,15-0,35; никель 0,5-1,0; магний 0,05-0,09; гадолиний 0,25-0,50; фосфор 0,01-0,03; сера 0,010-0,015; железо остальное.

Содержание углерода 3,6-3,9 мас. %, кремния 2,0-2,4 мас. % и марганца 0,15-0,35 мас. % и никеля 0,5-1,0 мас. % достаточно для обеспечения требуемых механических характеристик, а фосфора 0,01-0,03 мас. % - для обеспечения жидкотекучести чугуна.

Содержание гадолиния 0,25-0,50 мас. % в составе чугуна по изобретению достаточно для обеспечения требуемого уровня поглощения им радиационного излучения отработанного ядерного топлива без снижения коррозионной стойкости. Содержание углерода 3,6-3,9 мас. %, кремния 2,0-2,4 мас. % и марганца 0,15-0,35 мас. %, никеля 0,5-1,0 мас. % и фосфора 0,01-0,03 мас. % достаточно для обеспечения требуемых механических характеристик.

Ввод более 0,50% гадолиния в состав предлагаемого чугуна с шаровидным графитом способствует образованию в его металлической основе твердых карбидов, которые существенно повышают его износостойкость и, соотвественно, трудоемкость последующей механической обработки отливок.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером.

Выплавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. После расплавления шихты чугун перегревают до 1450-1470°С, причем сплав гадолиния (30%) с кремнием и никель-магниевую лигатуру кладут на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи. После обработки расплава с его поверхности скачивают образовавшегося шлака. Результатом является низколегированный ферритный чугун по изобретению, имеющий включения шаровидного графита.

Чугун по изобретению использовали для литья секций контейнера хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива, выполненных в виде цельнолитого цилиндра с центральным цилиндрическим вертикальным отверстием и несколькими вертикальными шестигранными отверстиями высокой точности для размещения тепловыделяющих сборок с отработавшим ядерным топливом. После охлаждения секции контейнера подвергали механической обработке.

В таблице приведены химический состав чугуна по изобретению, а также параметры механической обработки, оцененные по скорости резания, подачи резца и глубины резания. Пункты 1-3 относятся к чугуну по изобретению, а п. 4 - к известному чугуну по наиболее близкому аналогу.

Из представленных данных видно, что чугун по изобретению обеспечивает достижение поставленного результата: снижение трудоемкости механической обработки.

Радиационно-стойкий чугун с шаровидным графитом для литья контейнеров хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, магний, гадолиний, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,6-3,9; кремний 2,0-2,4; марганец 0,15-0,35; никель 0,5-1,0; магний 0,05-0,09; гадолиний 0,25-0,50; фосфор 0,01-0,03; сера 0,010-0,015; железо - остальное.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для модифицирования литейного чугуна с пластинчатым, вермикулярным или шаровидным графитом. Модификатор содержит сплав ферросилиция в виде частиц, содержащий 40-80 мас.% кремния, 0,1-10 мас.% кальция, 0-10 мас.% редкоземельных элементов в виде церия и/или лантана, и до 5 мас.% алюминия с остатком из железа и случайных примесей в обычном количестве, который дополнительно содержит 0,1-10 мас.% оксида сурьмы по общей массе модификатора, где упомянутый оксид сурьмы имеет форму частиц и смешивается с частицами сплава ферросилиция, или добавляется к литейному чугуну одновременно с частицами сплава ферросилиция.

Модификатор литейного чугуна и способ для производства модификатора литейного чугуна // 2700220

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для модифицирования литейного чугуна с пластинчатым, вермикулярным или шаровидным графитом. Модификатор содержит сплав ферросилиция в виде частиц, содержащий 40-80 мас.% кремния, 0,5-5 мас.% кальция и/или стронция и/или бария, 0-10 мас.% редкоземельных элементов, например церия и/или лантана, 0-5 мас.% магния, меньше чем 5 мас.% алюминия, 0-10 мас.% марганца и/или циркония и остаток из железа, причем модификатор дополнительно содержит 0,1-10 мас.% частиц оксида висмута и опционально 0,1-10 мас.% одного или более сульфидов металлов в виде частиц и/или одного или более оксидов железа в виде частиц, при этом упомянутые частицы оксида висмута смешиваются или полностью перемешиваются с частицами ферросилиция или добавляются к литейному чугуну одновременно с частицами ферросилиция.

Способ модифицирования чугуна // 2697136

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства модифицированного чугуна для изготовления быстроизнашивающихся деталей машин. Используют модификатор, мас.

Чугун и способ его получения // 2697134

Изобретения относятся к области металлургии, в частности к составам и способам производства высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, и могут быть использованы при производстве литых изделий, например валков прокатных станов.

Способ термообработки чугуна с шаровидным графитом, включениями эвтектического цементита и бейнитно-аустенитной металлической основой // 2681076

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки чугунов с шаровидным графитом, и может быть использовано для получения износостойких изделий.

Сплав, изделие и соответствующие способы получения // 2647960

Изобретение относится к чугунному сплаву со сферическим графитом и может быть использовано для изготовления зубчатых колес и зубчатых шестерен. Чугун со сферическим графитом содержит, в мас.%: углерод от 2,5 до 4, кремний от 1,5 до 4,4, магний от 0,02 до 0,1, никель от 3,5 до 7, медь от 0,5 до 3, молибден от 0,15 до 1, железо и неизбежные примеси - остальное.

Способ получения легированного чугуна для износостойких деталей // 2641204

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения различных марок легированных чугунов для изготовления быстроизнашиваемых деталей, работающих в условиях значительных нагрузок, например защитных втулок подшипников, валов, гильз цилиндров.

Модификатор // 2631930

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для модифицирования отливок из ковкого чугуна. Модификатор содержит смесь порошков, мас.

Износостойкий чугун с шаровидным графитом // 2627316

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства литьем деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа при температуре до 500°C, в частности деталей машин для изготовления асфальта, бетона и т.п.

Способ получения высокопрочного чугуна // 2605016

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна, пригодного для производства изделий с высоким пределом прочности.