JP2006233292A - Corrosion resistant steel and producing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工及び熱処理により、原子炉材料等の高温水中で使用される金属材料の耐食性や耐照射性の改善を図れる耐食鋼及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a corrosion-resistant steel capable of improving the corrosion resistance and irradiation resistance of a metal material used in high-temperature water such as a reactor material by processing and heat treatment, and a method for producing the same.
原子力機器等の高温水中で使用される金属材料は、熱効率の向上の観点からさらに耐食性及び耐照射性の向上が望まれている。また、次世代型原子炉における金属材料に係る仕様は、より高温、高圧条件になるものと推定される。このため、原子炉材料等は高温高圧下での耐食性及び耐照射性を改善した材料がさらに要望されている。 Metal materials used in high-temperature water such as nuclear equipment are desired to further improve corrosion resistance and irradiation resistance from the viewpoint of improving thermal efficiency. Moreover, it is estimated that the specification regarding the metal material in the next generation nuclear reactor will be a higher temperature and higher pressure condition. For this reason, there is a further demand for a material having improved corrosion resistance and irradiation resistance under high temperature and pressure as the nuclear reactor material.
一方、炭素鋼の強度の上昇と靭性の向上を図るために、結晶の粒微細化の加工が行われている。この結晶の微細化の効果は、ステンレス鋼の場合において耐食性の面で期待できることが報告されている。さらに、結晶の微細化による効果は、金属材料の照射損傷のメカニズムの解析から、原子炉材料の結晶の微細化による耐照射性の向上にも期待できることが知られている。 On the other hand, in order to increase the strength and toughness of carbon steel, crystal grain refinement is performed. It has been reported that this crystal refinement effect can be expected in terms of corrosion resistance in the case of stainless steel. Furthermore, it is known that the effect of crystal refinement can be expected to improve irradiation resistance by refinement of crystal of reactor material from the analysis of irradiation damage mechanism of metal material.
この金属結晶の微細化方法には、相変態や再結晶を利用した加工熱処理法と、メカニカルアロイング、超微粒子の焼結、アモルファスの結晶化等の特殊プロセスによる方法に大別できる。後者の特殊プロセスによる金属結晶の微細化方法においては、ナノサイズの微細粒が得られるが、形状等に制限があり、利用範囲が限定される。前者の加工熱処理法による金属結晶の微細化方法は、板、棒等の広範囲の形状に適用できる上、比較的大きい材料の製造も可能である。上述のように、応用範囲の広い前者の加工熱処理法による金属結晶の微細化方法がすぐれているので、この加工熱処理法について検討する。 This metal crystal refinement method can be broadly classified into a processing heat treatment method using phase transformation and recrystallization, and a special process method such as mechanical alloying, ultrafine particle sintering, and amorphous crystallization. In the latter method of refining metal crystals, nano-sized fine particles can be obtained, but the shape and the like are limited, and the range of use is limited. The former method of refining metal crystals by the thermomechanical method can be applied to a wide range of shapes such as plates and bars, and can also produce relatively large materials. As described above, since the metal crystal refinement method by the former process heat treatment method having a wide application range is excellent, this process heat treatment method will be examined.
従来より、低合金鋼の結晶粒微細化は、加工及び熱処理による工程を経由して行われてきた。低合金鋼の場合は、熱間圧延の温度域と加工率を最適化し、続く急冷処理によりオーステナイト(γ)相からフェライト(α)相への相変態するときに結晶粒の成長を抑制する。このようにして、結晶粒の成長を抑制して結晶を細粒化するものである。 Conventionally, crystal grain refinement of a low alloy steel has been performed via processes by processing and heat treatment. In the case of low alloy steel, the temperature range and processing rate of hot rolling are optimized, and the growth of crystal grains is suppressed when the austenite (γ) phase is transformed to the ferrite (α) phase by the subsequent rapid cooling treatment. In this way, the crystal is made fine by suppressing the growth of crystal grains.
これに対して、オーステナイト(γ)相からフェライト(α)相に相変態を起こさないオーステナイトステンレス鋼においては、次の工程により結晶の粒微細化を図る。 On the other hand, in the austenitic stainless steel that does not cause a phase transformation from the austenite (γ) phase to the ferrite (α) phase, crystal grains are refined by the following steps.
まず、溶態化処理したオーステナイト系ステンレス鋼を冷間加工によって、オーステナイト(γ)系からマルテンサイト(α’)系へ相変態させる。この相変態の後で、過熱することによって、マルテンサイト(α’)系からオーステナイト(γ)系へ逆変態させて微細化結晶粒を製造するものである。オーステナイト(γ)相が安定なステンレス鋼やニッケル基合金では、マルテンサイト(α’)系への相変態なしで再結晶化により、結晶粒は微細化される。 First, the solution-treated austenitic stainless steel is transformed from an austenite (γ) system to a martensite (α ′) system by cold working. Subsequent to this phase transformation, heating is performed to reversely transform the martensite (α ′) system to the austenite (γ) system to produce refined crystal grains. In a stainless steel or nickel-base alloy with a stable austenite (γ) phase, the crystal grains are refined by recrystallization without phase transformation into the martensite (α ′) system.
一方、オーステナイト系ステンレス鋼は中性子照射を受けると、結晶粒界のCr濃度が低下し、応力腐食割れ(照射誘起SCC:IASCC)感受性が増加する。これに対処するために、ある熱処理を加えて結晶粒界のCr濃度を予め増加させておくと、IASCCに対する抵抗性が増加することが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
On the other hand, when austenitic stainless steel is subjected to neutron irradiation, the Cr concentration at the grain boundaries decreases, and the susceptibility to stress corrosion cracking (irradiation-induced SCC: IASCC) increases. In order to cope with this, it is known that the resistance against IASCC increases when the Cr concentration in the grain boundary is increased in advance by applying a certain heat treatment (see, for example,
すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼を1050℃以上の高温に加熱した後に冷却して、照射誘起偏析による結晶粒界でのCr欠乏を抑制しようとするものである。また、オーステナイト系ステンレス鋼を熱処理又は機械加工により、結晶粒界でのCr欠乏を抑制しようとするものである。 That is, the austenitic stainless steel is heated to a high temperature of 1050 ° C. or higher and then cooled to suppress Cr deficiency at the grain boundaries due to irradiation-induced segregation. In addition, the austenitic stainless steel is intended to suppress Cr deficiency at grain boundaries by heat treatment or machining.
このように、加工熱処理法により、応力腐食割れの感受性を増加させるばかりでなく、熱処理を加えることにより結晶を微細粒化して耐食性の向上を図ることができる。 Thus, not only the sensitivity of stress corrosion cracking can be increased by the thermomechanical processing method, but also the heat resistance can be applied to refine the crystal to improve the corrosion resistance.
また、将来型高性能原子炉では現行軽水炉よりも高温での運転が望まれ、高温強度やクリ−プ強度の向上が一層望まれる。結晶粒を微細化することにより、材料の強度を上昇させるだけでなく、微細粒結晶内に置ける転位の移動を抑制する微細析出物を分散させることにより、さらなる強度の増加を図ることが求められている。
しかしながら、上述した従来のオーステナイト系材料の加工熱処理法による結晶の微細化は、再結晶化により結晶粒を微細化する工程を経由するために、低合金鋼の結晶粒の微細化よりも条件設定が難しい、という課題がある。 However, the above-mentioned conventional austenite-based material crystallizing by the thermomechanical processing method goes through a process of refining crystal grains by recrystallization, so the condition is set more than the refinement of low alloy steel crystal grains. There is a problem that is difficult.
また、加工率、加熱・冷却等の条件を最適化しないと均一な微細粒が得られない、という課題がある。成分系によっては、再結晶を促進する微量元素を添加する等の工夫が必要である。さらに、ステンレス鋼のような合金は、加工、熱処理を加えることにより、必要としない相が出現することがしばしばある。 In addition, there is a problem that uniform fine particles cannot be obtained unless conditions such as processing rate and heating / cooling are optimized. Depending on the component system, it is necessary to devise methods such as adding trace elements that promote recrystallization. Further, in an alloy such as stainless steel, an unnecessary phase often appears by processing and heat treatment.
従って、オーステナイト系材料の加工熱処理法による結晶の微細化は、単に結晶粒が微細化するだけではなく、同時に通常粒と同じ相であることが重要である。このためには、結晶の核生成のみを促進し、他の相の出現や結晶の成長を抑制する熱処理を行う必要がある。このような熱処理方法は、きわめて限定的な条件でのみ可能となり、この加工条件を決定することが困難である、という課題がある。 Therefore, the refinement of crystals by a thermomechanical processing method of an austenitic material is not limited to the refinement of crystal grains, but at the same time, it is important that they are in the same phase as normal grains. For this purpose, it is necessary to perform heat treatment that promotes only the nucleation of crystals and suppresses the appearance of other phases and the growth of crystals. Such a heat treatment method is possible only under very limited conditions, and there is a problem that it is difficult to determine the processing conditions.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、加工熱処理法により金属材料の微粒化を図ることにより、耐食性及び耐照射性を改善できる耐食鋼及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a corrosion-resistant steel capable of improving corrosion resistance and irradiation resistance by atomizing a metal material by a thermomechanical processing method and a method for producing the same. And
上記目的を達成するため、本発明は、冷間加工、再結晶加熱処理及び冷却処理により処理される結晶粒微細化工程を含む耐食鋼の製造方法において、前記結晶粒微細化工程は、再結晶温度まで30℃/秒以上の加熱速度で急加熱して結晶粒径を5μm以下となるよう微細化するものであること、を特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a corrosion-resistant steel including a crystal grain refinement process that is processed by cold working, recrystallization heat treatment, and cooling process. It is characterized in that it is rapidly heated up to a temperature of 30 ° C./second or more to refine the crystal grain size to 5 μm or less.
また、上記目的を達成するため、本発明は、冷間加工、再結晶加熱処理及び冷却処理により微粒化される耐食鋼において、再結晶温度まで30℃/秒以上の加熱速度で急加熱をして結晶粒径を5μm以下となるよう微細化して製造するものであることを、特徴とするものである。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a rapid heating to a recrystallization temperature at a heating rate of 30 ° C./second or more in a corrosion resistant steel that is atomized by cold working, recrystallization heating treatment and cooling treatment. Thus, it is characterized by being manufactured by refining the crystal grain size to be 5 μm or less.
本発明の耐食鋼及びその製造方法によれば、結晶粒微細化、粒界偏析、粒内微細析出物による組織改良が達成され、この結果、耐食性、耐照射性に優れた金属材料を簡便、安価に達成することができる。 According to the corrosion-resistant steel of the present invention and the method for producing the same, grain refinement, grain boundary segregation, and structure improvement by intragranular fine precipitates are achieved.As a result, a metal material having excellent corrosion resistance and irradiation resistance can be easily obtained. It can be achieved inexpensively.
以下、本発明に係る耐食鋼及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a corrosion-resistant steel and a method for producing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼の微細粒化処理を示す工程である。 FIG. 1 is a process showing a fine graining process of an austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、まず、オーステナイト系ステンレス鋼は、溶体化熱処理105及び急冷処理106される。この溶体化熱処理105及び急冷処理106の処理条件は、通常のオーステナイト系ステンレス鋼の処理条件と同一で、1050℃以上の温度に加熱された後に水中等で急冷される。次に、微細粒製造工程110に移る。この微細粒製造工程110は、オーステナイト系ステンレス鋼を冷間加工する冷間加工工程107、冷間加工されたステンレス鋼を再結晶化する再結晶加熱工程108、再結晶化されたステンレス鋼を急冷する冷却工程109から形成される。
As shown in FIG. 1, first, the austenitic stainless steel is subjected to a
図2は、本発明の実施の形態の冷間加工装置を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the cold working apparatus according to the embodiment of the present invention.
図2に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼の冷間加工107は、ロール圧延機又はピルガー圧延機等で行う。この圧延機の平行に配置された2個のローラ201でオーステナイト系ステンレス鋼製板材202を挟み込んで冷間圧延される。
As shown in FIG. 2, the cold working 107 of austenitic stainless steel is performed by a roll rolling mill or a pilger rolling mill. An austenitic stainless
その後、ステンレス鋼は、再結晶化温度まで急加熱108される。さらに、再結晶化したステンレス鋼202は急冷109される。この急加熱108は、一般的な加熱装置で急速加熱速度(常温から1000℃までの加熱時間が1分以内)が達成可能であるならばそれを利用してよい。溶融塩や液体アルカリ金属を熱媒体とした場合、常温から1000℃までの加熱時間は25秒以下とする。通常の加熱速度は30℃/秒以上とし、好ましくは、平均加熱速度は40℃/秒以上とする。30℃/秒未満の加熱速度のときは、再結晶化が進み加工ひずみの回復が促進され微粒化が阻止されるからである。
The stainless steel is then rapidly heated 108 to the recrystallization temperature. Further, the recrystallized
この後、急冷工程109において、ステンレス鋼201は水、油又は液体アルカリ金属で冷却される。
Thereafter, in the
このように構成された本実施の形態において、加熱速度は、通常のガス雰囲気中熱処理に比べて極めて早い。このため、オーステナイト系ステンレス鋼を急加熱で昇温中に、材料に悪影響を与える炭化物等の析出が抑制され、加工ひずみの回復が抑制されて冷間加工効果を大幅に残存させることができる。 In the present embodiment configured as described above, the heating rate is extremely fast as compared with a normal heat treatment in a gas atmosphere. For this reason, during the heating of austenitic stainless steel by rapid heating, precipitation of carbides or the like that adversely affect the material is suppressed, recovery of working strain is suppressed, and the cold working effect can be largely left.
本実施の形態によれば、冷間加工されたオーステナイト系ステンレス鋼を急加熱により再結晶化させることにより、結晶粒の微細化が促進され、粒界偏析や粒内微細析出物の発生が抑制され、オーステナイト系ステンレス鋼の組織が大幅に改善される。この結果、加工熱処理法を適用することにより簡便でしかも安価に、耐食性及び耐照射性に優れた耐食鋼を入手することができる。 According to the present embodiment, recrystallization of cold-worked austenitic stainless steel by rapid heating promotes refinement of crystal grains and suppresses generation of grain boundary segregation and intragranular fine precipitates. The structure of austenitic stainless steel is greatly improved. As a result, by applying the thermomechanical processing method, it is possible to obtain a corrosion-resistant steel excellent in corrosion resistance and irradiation resistance at a simple and low cost.
図3は、本発明の実施の形態の微細粒化熱処理装置を示す正面図である。図1に示す再結晶化急加熱108は溶融塩203中で行われ、急冷工程109は冷却用水208中で水焼き入れにより冷却される実施の形態を示す。
FIG. 3 is a front view showing the fine grain heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention. The recrystallization
図3に示すように、溶融塩用浴槽204の中に溶融塩203が供給される。この中に対象物である耐食鋼202が浸漬される。溶融塩203の代わりに、アルカリ金属を充填してもよい。この溶融塩用浴槽204の中の溶融塩203は、ヒータ205により加熱される。この溶融塩203の中に、クレーン206により耐食鋼202を浸漬させる。このクレーン206は、建物の天井を走行する天井クレーン台車207aに設置された駆動制御装置207により走行制御される。
As shown in FIG. 3, the
また、溶融塩用浴槽204の近辺に冷却水槽209が設置されている。この冷却水槽209の中に冷却用水208が充填されている。
A cooling
溶融塩用浴槽204内の溶融塩203により加熱された耐食鋼202は、クレーン206により冷却水槽209まで移動される。駆動制御装置207を制御することにより、加熱された耐食性鋼202は冷却水槽209内の冷却用水208中に浸漬される。
The corrosion
このように構成された本実施の形態において、溶融塩203の温度や侵漬時間を調整することにより熱処理条件を最適化する。一般に溶融塩203の温度が高くなると、結晶粒成長が進むために侵漬時間は短くなるが、耐食鋼202への入熱の影響を考慮する必要が生ずる。オーステナイト系ステンレス鋼の場合、70%冷間加工の状態で、加熱条件は950℃で1分以内が基準となる。この加熱温度は、再結晶を考慮して、実質的に870℃〜970℃とする。この加熱温度は、急速加熱及び急冷を前提にしている。加熱速度が1分より遅いと総入熱量が多くなり、材料の厚さ及び形状によってもその時間は変化するが、結晶粒成長が進むために結晶粒の組織の制御が難しくなるからである。
In the present embodiment configured as described above, the heat treatment conditions are optimized by adjusting the temperature of the
なお、この加工熱処理法は、オーステナイト系ステンレス鋼の他に、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト及びフェライト系の二相ステンレス鋼、オーステナイト及びマルテンサイト系の二相ステンレス鋼並びにニッケル基合金から選択された少なくとも1種に適用が可能である。いずれの材料を選択しても、オーステナイト組織を80%以上を含有するようにすると、加工熱処理法を適用することにより、オーステナイト系ステンレス鋼の組織が大幅に改善される。オーステナイト組織が80%未満のときは、加工熱処理法によるオーステナイト系ステンレス鋼の微粒化の効果は小さい。 In addition to austenitic stainless steel, this thermomechanical processing method is applicable to ferritic stainless steel, martensitic stainless steel, austenitic and ferritic duplex stainless steel, austenitic and martensitic duplex stainless steel and nickel base. It can be applied to at least one selected from alloys. Regardless of which material is selected, when the austenite structure is made to contain 80% or more, the structure of the austenitic stainless steel is greatly improved by applying the thermomechanical processing method. When the austenite structure is less than 80%, the effect of atomization of the austenitic stainless steel by the thermomechanical processing method is small.
図4は、本実施の形態の微細粒化ステンレス鋼の組織を示す写真で、(a)は比較例としての通常材を示す顕微鏡写真、(b)は微細化材を示す顕微鏡写真である。 4A and 4B are photographs showing the structure of the fine grained stainless steel of the present embodiment, where FIG. 4A is a micrograph showing a normal material as a comparative example, and FIG. 4B is a micrograph showing a refined material.
図4(a)に示すように、通常材211の結晶粒径が平均75μmである。一方、図4(b)に示すように、再結晶化急加熱108を溶融塩で行い、急冷工程109を水焼き入れして微細粒化したステンレス鋼212の平均粒径は1μmである。このように、加工熱処理法を適用することにより、ステンレス鋼の結晶粒が著しく微細化されていることが分る。上述により、ステンレス鋼212の粒径は、実質的に5μm以下のときは、通常材211の結晶粒径75μmより大幅に改善され、実用的に結晶が微細化された値といえる。
As shown in FIG. 4A, the average particle diameter of the
本実施の形態によれば、再結晶化急加熱を溶融塩で行い、急冷工程を水焼き入れすることにより、材料の結晶粒を微細化し、その結果として耐食性、耐照射性及び高温強度に優れた耐食鋼を得ることができる。 According to the present embodiment, recrystallization rapid heating is performed with a molten salt, and the quenching process is water-quenched to refine the crystal grains of the material, resulting in excellent corrosion resistance, irradiation resistance, and high temperature strength. Corrosion resistant steel can be obtained.
図5は、本実施の形態の添加元素の微細化効果を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the refinement effect of the additive element of the present embodiment.
再結晶化108が起こりにくい組成の場合に、結晶の核となる微量元素を添加して、加工熱処理法を適用して耐食性、耐照射性及び高温強度に優れた耐食鋼を得る実施の形態である。微量添加元素として、チタン、ジルコニウム、ニオブがある。
In the embodiment in which the
図5に示すように、母相が同成分の場合、通常材のステンレス鋼(SUS304)の場合は、粒径が75μmである。このステンレス鋼に加工熱処理法を適用したときは、3μmまで微細粒化することができる。さらに、通常材のステンレス鋼結晶の核となる微量元素としてチタン(Ti)を添加して加工熱処理法を適用したときは、1μmまでさらに微細粒化することができる。 As shown in FIG. 5, in the case where the parent phase is the same component, in the case of the usual stainless steel (SUS304), the particle size is 75 μm. When the thermomechanical processing method is applied to this stainless steel, it can be refined to 3 μm. Furthermore, when titanium (Ti) is added as a trace element that becomes the nucleus of the stainless steel crystal of the normal material and the thermomechanical processing method is applied, it can be further refined to 1 μm.
このように構成された本実施の形態において、これらの添加元素は、金属中の炭素、酸素又は窒素と結合してこれらの化合物が生成され、この効果はスカベンジ効果といわれている。添加元素が多量に存在すると、結晶の粒界近傍に析出することが多い。しかし、添加元素が適量の場合は、粒界近傍に偏析することが測定されている。この量は、固溶する酸素、炭素又は窒素の量によって相違する。 In this embodiment configured as described above, these additive elements are combined with carbon, oxygen, or nitrogen in the metal to generate these compounds, and this effect is called a scavenge effect. When a large amount of additive element is present, it often precipitates in the vicinity of the crystal grain boundary. However, when the additive element is in an appropriate amount, it has been measured that segregation occurs near the grain boundary. This amount depends on the amount of oxygen, carbon or nitrogen that is dissolved.
添加元素量の増加に伴って、粒内析出物が生成される。本加工熱処理法を適用して製造した場合は、一般にいわれるような粒界近傍に偏った析出ではなく、粒内全体に広がることが実験結果で確認されている。また本加工熱処理法を適用した場合は、析出物のサイズは比較的揃っており、そのサイズは元素添加量で制御可能でありしかも再現性もある。 As the amount of added element increases, intragranular precipitates are generated. In the case of manufacturing by applying this processing heat treatment method, it has been confirmed by experimental results that it does not precipitate in the vicinity of the grain boundary as generally called but spreads throughout the grain. In addition, when this processing heat treatment method is applied, the sizes of the precipitates are relatively uniform, and the size can be controlled by the amount of element added and is also reproducible.
これらの析出物は、照射による点欠陥の消滅点(シンク)となり、ボイドの分散化を促進しクロム(Cr)拡散の抑制に有効である。同時に結晶粒微細化により、粒界周囲の全距離が長くなり、シンクが増大する。このため、照射誘起偏析又は熱偏析によるクロム欠乏の単位長さあたりの減少をもたらす。 These precipitates become extinction points (sinks) of point defects due to irradiation, promote dispersion of voids, and are effective in suppressing chromium (Cr) diffusion. At the same time, grain refinement increases the total distance around the grain boundary and increases the sink. For this reason, the reduction | decrease per unit length of chromium deficiency by irradiation-induced segregation or thermal segregation is brought about.
本実施の形態によれば、添加元素を適量に添加した状態での加工熱処理法の適用することは、粒界クロム欠乏の抑制に有効であり、この粒界クロムの欠乏を抑制することにより、耐食性、耐照射性及び高温強度に優れた耐食鋼を得ることができる。さらに、粒内析出物を析出させることにより、転位の運動を抑制できる効果を有するために、クリープ強度の向上も図ることができる。 According to the present embodiment, the application of the thermomechanical processing method in a state where an appropriate amount of the additive element is added is effective in suppressing the grain boundary chromium deficiency, and by suppressing this grain boundary chromium deficiency, Corrosion resistant steel excellent in corrosion resistance, irradiation resistance and high temperature strength can be obtained. Furthermore, since the intragranular precipitate is precipitated, it has an effect of suppressing the movement of dislocations, so that the creep strength can be improved.
また、オーステナイト系ステンレス鋼の強度は、冷間下降の加工率で規定することができる。冷間加工が60%以上のときが、結晶粒微細化効果は最大で一定になる。このため、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、冷間加工の加工率は60%以上と規定することができる。 Further, the strength of austenitic stainless steel can be defined by the cold descent rate. When the cold working is 60% or more, the crystal grain refining effect is constant at the maximum. For this reason, in the case of austenitic stainless steel, the processing rate of cold working can be defined as 60% or more.
また、耐食鋼は、主に原子炉機器として使用され、3種の利用形態がある。一つは、強加工を必要とするために薄肉材で利用される場合がある。二つは、バルク材を多段圧延して厚肉材のまま利用する場合がある。三つは、薄肉材を未加工の厚肉材にクラッディングして利用する場合がある。耐食性を考慮した場合、接液部がクラッディングに限定されれば、クラッド材が十分有効な材料となる。 Corrosion resistant steel is mainly used as nuclear reactor equipment and has three types of utilization. One may be used with thin-walled material because it requires strong processing. Second, there is a case where a bulk material is multi-stage rolled and used as a thick material. In some cases, a thin material is clad into an unprocessed thick material. In consideration of corrosion resistance, the clad material is a sufficiently effective material if the wetted part is limited to the cladding.
図6は、本実施の形態の粒界偏析による照射損傷寿命延伸(粒界Cr濃度分析)を示すグラフであり、図7は、本実施の形態の粒界偏析による照射損傷寿命延伸(粒界Cr濃度分析)を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the irradiation damage life extension (grain boundary Cr concentration analysis) by grain boundary segregation in the present embodiment, and FIG. 7 shows the irradiation damage life extension (grain boundary by grain boundary segregation in this embodiment). It is a graph which shows (Cr density | concentration analysis).
本実施の形態において、冷間加工された後に再結晶化したステンレス鋼を急冷する急冷工程109において、水、油又はアルカリ金属により急冷する実施例を示す。
In the present embodiment, an example of quenching with water, oil, or alkali metal in a quenching
5℃/秒〜50℃/秒の冷却速度でステンレス鋼を冷却する。この冷却速度で冷却することにより、ステンレス鋼の結晶粒界におけるCr濃度を母相よりも2%以上高めることができる。Cr濃度を母相よりも高めることにより、Cr欠乏による鋭敏化の発生を抑制することができる。 The stainless steel is cooled at a cooling rate of 5 ° C./second to 50 ° C./second. By cooling at this cooling rate, the Cr concentration at the grain boundary of stainless steel can be increased by 2% or more than the parent phase. By increasing the Cr concentration more than the parent phase, it is possible to suppress the occurrence of sensitization due to Cr deficiency.
図6に、冷却速度を10℃/秒としたときのオーステナイト系ステンレス鋼の粒界Cr濃度を示す。通常材の焼き入れの際の冷却速度が約100℃/秒のときは、粒界Cr濃度には変化は見られない。一方、オーステナイト系ステンレス鋼の冷却速度を10℃/秒としたときは、粒界Cr濃度は大幅に増加している。通常材の場合に比較して、冷却速度を10℃/秒としたときは、Cr濃度が約5%上昇していることが分る。なお、上述のように、実用的には5℃/秒〜50℃/秒の冷却速度でステンレス鋼を冷却しても、冷却速度10℃/秒と比較したときには有意差はない。 FIG. 6 shows the grain boundary Cr concentration of the austenitic stainless steel when the cooling rate is 10 ° C./second. When the cooling rate during quenching of the normal material is about 100 ° C./second, no change is observed in the grain boundary Cr concentration. On the other hand, when the cooling rate of the austenitic stainless steel is 10 ° C./second, the grain boundary Cr concentration is greatly increased. It can be seen that the Cr concentration is increased by about 5% when the cooling rate is set to 10 ° C./second as compared with the case of the normal material. As described above, even if the stainless steel is cooled practically at a cooling rate of 5 ° C./second to 50 ° C./second, there is no significant difference when compared with the cooling rate of 10 ° C./second.
図7に、中性子照射模擬のイオン照射により結晶粒界のCrが欠乏して照射誘起応力腐食割れ(IASCC)感受性を示すまでの期間を示す。オーステナイト系ステンレス鋼の冷却速度を10℃/秒とした開発材は、通常材の場合に比較してCr濃度が約5%上昇し、この結果、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)感受性を示すまでの期間が2倍に延伸されたことを示す。 FIG. 7 shows a period until Cr at the grain boundary is deficient by irradiation with simulated ions of neutron irradiation to show sensitivity to irradiation induced stress corrosion cracking (IASCC). The developed material with an austenitic stainless steel cooling rate of 10 ° C./second has an approximately 5% increase in Cr concentration compared to the normal material, and as a result, until it shows sensitivity to irradiation-induced stress corrosion cracking (IASCC). It shows that the period of was stretched twice.
この結果は、ガス冷却によりこの効果を得ることができた。しかし、ステンレス鋼の大きさや種類により、液体金属、例えばナトリウム(Na)やリチウム(Li)等の液体金属を選択することにより、冷却速度を最適化することが容易である。 As a result, this effect could be obtained by gas cooling. However, it is easy to optimize the cooling rate by selecting a liquid metal such as sodium (Na) or lithium (Li) depending on the size and type of stainless steel.
また、小型のステンレス鋼であれば1度の熱処理で微細粒材料を得ることができる。しかし、大型のステンレス鋼では思うような加熱速度が得られないような場合がある。このようなときには、図1に示す微細粒化処理に係るプロセスの内、冷間加工107及び加熱処理108を2回以上繰り返して処理することにより、所定の微細粒材料を製造することが可能である。
Moreover, if it is small stainless steel, a fine-grain material can be obtained by one heat processing. However, there are cases where large stainless steel does not provide the heating rate that is expected. In such a case, a predetermined fine-grain material can be manufactured by repeatedly performing the
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、再結晶化急加熱を溶融塩の代わりにアルカリ金属に変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and the recrystallization rapid heating may be changed to an alkali metal instead of the molten salt, and does not depart from the gist of the present invention. Various modifications can be made within the range.
105…溶体化加熱、106…急冷工程、107…冷間加工、108…再結晶加熱、109…急冷工程、201…ローラ、202…耐熱鋼、203…溶融塩、204…浴槽、205…ヒータ、206…クレーン、207…駆動制御装置、208…冷却用水、209…冷却水槽、211…通常材組織、212…微細粒材組織。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記結晶粒微細化工程は、再結晶温度まで30℃/秒以上の加熱速度で急加熱して結晶粒径を5μm以下となるよう微細化するものであること、
を特徴とする耐食鋼の製造方法。 In the manufacturing method of corrosion-resistant steel including a grain refinement process processed by cold working, recrystallization heating treatment and cooling treatment,
The crystal grain refining step is to rapidly heat to a recrystallization temperature at a heating rate of 30 ° C./second or more to refine the crystal grain size to 5 μm or less,
A method for producing corrosion-resistant steel, characterized by:
を特徴とする耐食鋼。 Corrosion-resistant steel that is atomized by cold working, recrystallization heat treatment and cooling treatment is rapidly heated to a recrystallization temperature at a heating rate of 30 ° C./second or more to refine the crystal grain size to 5 μm or less. To be manufactured,
Corrosion resistant steel.
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