JP2010111911A - 耐照射損傷性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】C:0.0020mass%以下、N:0.0030mass%以下、S:0.0010mass%以下、O:0.0050mass%以下およびC,N,SおよびOの合計量:0.0080mass%以下、Ni:10〜30mass%、Cr:15〜50mass%を含有し、好ましくはさらに、Mo:10mass%以下、W:10mass%以下、P:0.1mass%以下、Al:3mass%以下、Ti:1mass%以下およびB:0.0050mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有するオーステナイト系高純度鉄合金。
【選択図】図3
Description
C:0.0020mass%以下、N:0.0030mass%以下、S:0.0010mass%以下、O:0.0050mass%以下およびC,N,SおよびOの合計量:0.0080mass%以下
C,N,SおよびOは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素である。これらの元素のうち、C,NおよびOは、電子線や中性子線等の放射線を照射されたときに弾き出し損傷を受け易くし、空孔の形成を助長する成分であり、後述する実施例に示したように0.01mass%以下(100massppm以下)に制限する必要がある。
また、C,N,SおよびOは、他の元素と炭化物や窒化物、硫化物、酸化物を形成し、粒界や粒内に析出して、加工性や耐食性、溶接性、耐水素脆性の低下を引き起こすため、低いほど好ましい。C:0.0020mass%以下、N:0.0030mass%以下、S:0.0010mass%以下、O:0.0050mass%以下およびC,N,SおよびOの合計量:0.0080mass%以下とする。好ましくは、C:0.0020mass%以下、N:0.0025mass%以下、S:0.0005mass%以下、O:0.0030mass%以下およびC,N,SおよびOの合計量:0.0060mass%以下、さらに好ましくは、C:0.0010mass%以下、N:0.0010mass%以下、S:0.0002mass%以下、O:0.0010mass%以下およびC,N,SおよびOの合計量:0.0030mass%以下である。
Niは、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金の靭性向上およびオーステナイト組織安定化のために添加する元素であり、斯かる効果を発現させるためには、10mass%以上添加することが好ましい。一方、Niは、高価な元素である他、30mass%を超える添加は、耐照射損傷性を低下させるため、上限は30mass%とする。好ましくは、15〜25mass%の範囲である。
Crは、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金の強度と耐食性を確保するために添加する必須元素であり、斯かる効果を発現させるためには、15mass%以上添加する必要がある。一方、Crの含有量が50mass%を超えると、上記効果が飽和すると共に、靭性も低下するようになる。よって、本発明では、Crは15〜50mass%の範囲とする。好ましくは、15〜25mass%の範囲である。
W:10mass%以下
Wは、鉄合金の強度や耐食性、耐酸化性を高めるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、10mass%を超えて添加した場合には、靭性の低下を招く。よって、Wは、10mass%以下添加するのが好ましい。より好ましくは、2〜5mass%の範囲である。
Moは、Wと同様、鉄合金の強度や耐食性、耐酸化性を高めるのに有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、10mass%を超えて添加した場合には、靭性の低下を招く。よって、Moは、10mass%以下添加するのが好ましい。より好ましくは、2〜5mass%の範囲である。
PおよびTiは、鋼中で(Fe,Ti)Pを形成して析出し、高温度域での強度を高めるほか、放射線照射で生じる点欠陥の消滅源として働き、照射脆化を抑制する効果を有する。これらの効果を得るためには、P:0.02mass%以上、Ti:0.1mass%以上添加するのが好ましい。しかし、Pは0.1mass%を超えて添加すると、Tiは1mass%を超えて添加すると、粒界の脆化を促進する。よって、PおよびTiはそれぞれ、P:0.1mass%以下、Ti:1mass%以下の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、P:0.07mass%以下、Ti:0.2mass%以下の範囲である。
Alは、脱酸剤として添加される。また、鋼の表面に酸化皮膜を形成して耐酸化性を向上させると共に、固溶して高温強度を高める元素である。この効果を得るには、0.05mass%以上添加するのが好ましい。しかし、3mass%を超えて添加した場合には、溶接性や靭性の低下を招く。よって、Alは、3mass%以下の範囲で添加するのが好ましい。好ましくは、0.5〜2mass%、より好ましくは0.5〜1mass%の範囲である。
Bは、粒界に偏析して粒界強度を高め、高温でのクリープ特性を改善する効果を有する元素であり、この効果を得るには、0.0005mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.0050mass%を超えて添加すると、その効果が飽和するとともに、却って、熱間加工性が悪くなる。よって、Bを添加する場合は、0.0050mass%以下が好ましい。より好ましくは0.0010〜0.0020mass%の範囲である。
次いで、この試験片に対して、加速電圧1000kVの超高圧電子顕微鏡を用いて、400℃の温度で10dpaの電子線照射を行う照射損傷試験を実施し、材料中に形成されたボイドの数密度、平均径およびスエリング量を測定した。なお、比較例として、イオン注入法を用いてC,NおよびOを上記試験片に対してそれぞれ100massppmとなる量注入した試験片も作製し、上記と同じ条件で電子線照射を行い、同様の調査を行なった。ここで、照射量10dpaは、高速増殖炉の燃料被覆管が受ける放射線の約4ヶ月分に相当する量である。
また、図2の写真は、上記両材料における電子線照射後のボイド発生状況を電子顕微鏡で観察したものであり、また、図3は、上記の両材料中に形成されたボイド径の分布を比較したものである。これらの図から、本発明の高純度鉄合金は、SUS304と比較して、ボイドの数密度が1桁ほど少なく、耐照射損傷性に優れていることがわかる。
Claims (2)
- C:0.0020mass%以下、
N:0.0030mass%以下、
S:0.0010mass%以下、
O:0.0050mass%以下および
C,N,SおよびOの合計量:0.0080mass%以下、
Ni:10〜30mass%、
Cr:15〜50mass%を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる耐照射損傷性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金。 - 上記成分組成に加えてさらに、Mo:10mass%以下、W:10mass%以下、P:0.1mass%以下、Al:3mass%以下、Ti:1mass%以下およびB:0.0050mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系高純度鉄合金。
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- 2008-11-06 JP JP2008284954A patent/JP5493061B2/ja active Active
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