Austenitischer Stahl mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen neutroneninduziertes Schwellen

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen austenitischen, rostfreien Stahl nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiger Stahl ist unter der Bezeichnung 1.4970 handelsüblich, wobei der Gehalt an Silizium zwischen ∅,30 und 0,55 % (hier und im folgenden alle Angaben in Gewichtsprozent) und der Molybdängehalt 1,0 bis 1,4 % beträgt. Für diesen Stahl werden auch Höchstgehalte an Phosphor, Schwefel, Kalzium, Kupfer, Kobalt, Tantal, Vanadium und Stickstoff angegeben, die im Bereich einiger hundertstel Prozent liegen. Dieser Stahl findet wegen seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner guten Festigkeitseigenschaften Verwendung beim Bau von Kernreaktoren, darunter auch solchen Reaktoren, die mit schnellen Neutronen betrieben werden. Unter dem Einfluß'einer solchen Neutronenstrahlung und bei Temperaturen von 400° C und darüber, wie sie in mit Flüssigmetall als Kühlmittel betriebenen Reaktoren erreicht werden, zeigt dieser Stahl wie andere Werkstoffe auch ein Schwellen, das darauf zurückgeführt wird, daß durch die schnellen Neutronen Veränderungen im Mikrogefüge verursacht werden, die zu einer Porenbildung und damit Volumenschwellen führen. Dieses Volumenschwellen erreicht bei dem genannten Stahl insbesondere bei dessen Verwendung als Material für Hüllrohre und Brennelementkästen ein Ausmaß, das die Standzeit solcher Bauteile in unerwünschter Weise herabsetzt.

[0002] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung des Schwellverhaltens von austenitischen Stählen der genannten Art durch geringe Änderungen ihrer Zusammensetzung, die ohne signifikanten Einfluß auf die sonstigen Eigenschaften des Werkstoffs bleibt. Aus der DE-A 26 31 954 sind bereits Versuche bekannt, den in seinen Eigenschaften ähnlichen, unter der Bezeichnung "Type 316" im Handel befindlichen austenitischen Stahl in seiner Zusammensetzung so abzuwandeln, daß ein verringertes Schwellen unter Neutronenbeschuß erzielt wird. Hierzu werden innerhalb eines bestimmten Bereiches liegende Verhältnisse zwischen den Gehalten an Eisen, Chrom und Nickel vorgeschlagen, sowie als die Bildung von Hohlräumen hemmende Elemente Silizium in einer 'Konzentration von 0,7 bis 2 % und Titan in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5 %. Hier wird allerdings von einer Grundlegierung ausgegangen, die airh 1,8 bis 2,3 % Molybdän enthält. Bei gleichbleibendem Titangehalt den oben genannten Stahl 1.4970 durch eine Erhöhung des Siliziumgehaltes bei gleichzeitiger geringfügiger Anhebung des Molybdängehaltes abzuwandeln, lag für den Fachmann umso weniger nahe, als V. Levy u.a.in "Effect of Structure and Alloying Elements on Void Formation in Austenitic Steels and Nickel Alloys" in M.L. Bleiberg/J.W. Bennett (Hrsgb.) : "Radiation Effects in Breeder Reactor Structural Materials" ;New York 1977 Seiten 709 bis 725, gezeigt hatten, (Tabelle II), daß bei einem Stahl des Typs 316 eine Erhöhung des Molybdängehaltes von 1 auf 2 % zunächst zu einer Vergrößerung des.Volumenschwellens unter Neutronenbeschuß führt, wobei diese Werte bei weiter gesteigertem Molybdängehalt -wieder abnehmen.

[0003] Zur Lösung der oben genannten Aufgabe der Erfindung wird die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannte .Erhöhung des Silizium- und _Molybdängehalts vorgeschlagen, die in der Herstellung des Stahls keine besondere Probleme aufwirft und die diesen in seinen mechanischen und chemischen Eigenschaften ansonsten gut untersuchten Stahl für die Verwendung als Werkstoff im Kernreaktorbau besser geeignet macht. Der Nachweis wurde dadurch gebracht, daß dieser Werkstoff im Vergleich zu dem Standardwerkstoff 1.4970 jeweils im kaltverformten Zustand mit Ni-Ionen bestrahlt wurde und dabei ein deutlich ge-. ringeres Schwellen als der Standardwerkstoff zeigte.

Ansprüche

Austenitischer Stahl mit einem Gehalt (in Gewichtsprozent) an Chrom und Nickel von je 14,5 bis 15,5 %, einem Kohlenstoffgehalt von 0,08 bis 0,12 %, einem Titangehalt von 0,33 bis 0,55 %, einem Mangangehalt von höchstens 2 % und Beimengungen von Silizium und Molybdän, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: a) Der Gehalt an Silizium beträgt 0,55 bis 1,0 %, vorzugsweise 1,0 % und derjenige an Molybdän 1,4 bis 1,5 %, vorzugsweise 1,5 %.