JP2554048B2 - Ni基合金及びその製造方法 - Google Patents
Ni基合金及びその製造方法Info
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- JP2554048B2 JP2554048B2 JP61009492A JP949286A JP2554048B2 JP 2554048 B2 JP2554048 B2 JP 2554048B2 JP 61009492 A JP61009492 A JP 61009492A JP 949286 A JP949286 A JP 949286A JP 2554048 B2 JP2554048 B2 JP 2554048B2
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- stress corrosion
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軽水炉あるいは新型転換炉の炉内構造部材
や燃料要素等に用いられるピン、ボルト、スクリュー等
の締結部材又は板バネ、コイルバネ等のスプリング部材
並びに、タービン用ボルト、熱交換器用支持構造部材、
熱交換器伝熱管材等に好適な耐応力腐食割れ性に優れた
高強度のNi基合金及びその製造方法に関する。
や燃料要素等に用いられるピン、ボルト、スクリュー等
の締結部材又は板バネ、コイルバネ等のスプリング部材
並びに、タービン用ボルト、熱交換器用支持構造部材、
熱交換器伝熱管材等に好適な耐応力腐食割れ性に優れた
高強度のNi基合金及びその製造方法に関する。
従来、軽水炉等の前記用途材として、インコネルX−
750(商品名)と称するNi≧72%、Cr14〜17%、Fe6〜9
%を有し、Al、Ti,Nbを1〜2%含む析出強化型Ni基合
金が多用されている。
750(商品名)と称するNi≧72%、Cr14〜17%、Fe6〜9
%を有し、Al、Ti,Nbを1〜2%含む析出強化型Ni基合
金が多用されている。
ところがインコネルX−750は、熱処理条件によって
は前記用途の使用環境における応力腐食割れ感受性が高
く、上記の締結部材等において応力腐食割れを生じるこ
とがある。しかも一般に0.2%耐力や引張強さの大きな
高強度材になるほど、耐応力腐食割れ性が劣ると言われ
ており、前記のピン、ボルト又はスプリング等のように
高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優
れている事が要求される部材として好適なものはなかっ
た。
は前記用途の使用環境における応力腐食割れ感受性が高
く、上記の締結部材等において応力腐食割れを生じるこ
とがある。しかも一般に0.2%耐力や引張強さの大きな
高強度材になるほど、耐応力腐食割れ性が劣ると言われ
ており、前記のピン、ボルト又はスプリング等のように
高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優
れている事が要求される部材として好適なものはなかっ
た。
本発明は、上記従来合金の不具合に鑑みてなされたも
ので、高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ
性に優れたNi基合金とその製造方法の提供を目的とす
る。
ので、高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ
性に優れたNi基合金とその製造方法の提供を目的とす
る。
本発明者らは、鋭意研究の結果、従来のインコネルX
−750の締結部材では、その化学成分、熱処理条件若し
くは加工条件等に起因して金属組織が変化し、材料の応
力腐食割れ感受性が高くなるとの知見を得た上、このよ
うな問題点のない化学組成、金属組織のNi基合金とその
製造法とを開発するに至った。
−750の締結部材では、その化学成分、熱処理条件若し
くは加工条件等に起因して金属組織が変化し、材料の応
力腐食割れ感受性が高くなるとの知見を得た上、このよ
うな問題点のない化学組成、金属組織のNi基合金とその
製造法とを開発するに至った。
そのため、本発明は、まず (1) 重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn0.1〜
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含み、γ
基地にγ′相及びγ″相の少なくともいずれか1種を有
し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優先的に析出してい
ることを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れた高強度Ni基合金を第1発明とした。
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含み、γ
基地にγ′相及びγ″相の少なくともいずれか1種を有
し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優先的に析出してい
ることを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れた高強度Ni基合金を第1発明とした。
そしてこのNi基合金を得るための製造方法として、次
の(2)〜(4)の発明を第2発明乃至第4発明とし
た。
の(2)〜(4)の発明を第2発明乃至第4発明とし
た。
(2) 重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn0.1〜
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜850
℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すこ
とを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくと
もいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に
優先的に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水
中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造
方法。
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜850
℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すこ
とを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくと
もいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に
優先的に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水
中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造
方法。
(3) 重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn0.1〜
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、980〜1200℃に加熱保持して冷却した後に、断面縮
小率で10%以上の冷間加工を施し、更に550〜850℃に加
熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すことを特
徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくともいず
れか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優先的
に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水中での
耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造方法。
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、980〜1200℃に加熱保持して冷却した後に、断面縮
小率で10%以上の冷間加工を施し、更に550〜850℃に加
熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すことを特
徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくともいず
れか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優先的
に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水中での
耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造方法。
(4) 重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn0.1〜
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、850〜1250℃で圧下率20%以上の熱間加工を施した
後、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜850
℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すこ
とを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくと
もいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に
優先的に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水
中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造
方法。
1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al2%以
下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む合金
に、850〜1250℃で圧下率20%以上の熱間加工を施した
後、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜850
℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すこ
とを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくと
もいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に
優先的に析出している、上記(1)に記載の高温高圧水
中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合金の製造
方法。
c :cはCrと結合してM23C6なるCr炭化物を結晶粒界に形
成し、結晶粒の粒界結合力を増す働きをなす。ところ
が、cが0.08%を超えるとNbやTiと結合してNbCやTiCを
形成し、NbやTiがNiと結合して生成するγ′やγ″相を
減少させるため強度が低下する。従って、cを0.08%以
下とした。
成し、結晶粒の粒界結合力を増す働きをなす。ところ
が、cが0.08%を超えるとNbやTiと結合してNbCやTiCを
形成し、NbやTiがNiと結合して生成するγ′やγ″相を
減少させるため強度が低下する。従って、cを0.08%以
下とした。
Si:Siは合金中の不純物としての酸素を取除く作用を持
つが、反面0.15%を超えると粒界部におけるM23C6の半
連続状析出を阻害し、耐応力腐食割れ性を低下させる。
従って、Siを0.15%以下とした。
つが、反面0.15%を超えると粒界部におけるM23C6の半
連続状析出を阻害し、耐応力腐食割れ性を低下させる。
従って、Siを0.15%以下とした。
Mn:Mnは粒界部におけるM23C6の半連続状析出を促進する
元素であり、0.1%以上含有させる必要があるが、1%
を超えて含有することにより延性を損なう脆化相の析出
を助長する。従って、Mnを0.1〜1%とした。
元素であり、0.1%以上含有させる必要があるが、1%
を超えて含有することにより延性を損なう脆化相の析出
を助長する。従って、Mnを0.1〜1%とした。
Fe:Feは鋳造時、若しくは塑性加工時の組織の安定性を
高める元素であるが、15%を超えて含有すると、延性を
害する。従ってFeを15%以下とした。
高める元素であるが、15%を超えて含有すると、延性を
害する。従ってFeを15%以下とした。
Cr:Crは耐応力腐食割れ性を保持する上で最も重要な元
素であり、20%以上含有させる必要があるが30%を超え
て含有させると凝固偏析が著しく、鍛造しにくくなるば
かりか、均質なインゴットが出来にくい。従ってCrを20
〜30%とした。
素であり、20%以上含有させる必要があるが30%を超え
て含有させると凝固偏析が著しく、鍛造しにくくなるば
かりか、均質なインゴットが出来にくい。従ってCrを20
〜30%とした。
Ti:TiはNiと結合してNi3Tiなるγ′を析出し強度を高く
する。3.5%以上になると延性が低下し、η相が析出し
て耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Tiを3.5%以
下とした。
する。3.5%以上になると延性が低下し、η相が析出し
て耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Tiを3.5%以
下とした。
Al:AlはNiと結合してNi3Alなるγ′を析出し強度を高く
するが、2%を超えると耐応力腐食割れ性が低下する。
従って、Alを2%以下とした。
するが、2%を超えると耐応力腐食割れ性が低下する。
従って、Alを2%以下とした。
Nb:NbはNiと結合してNi3Nbなるγ″相あるいはδ相を析
出し、強度を高くするが、7%を超えると耐応力腐食割
れ性が低下する。従って、Nbを7%以下とした。
出し、強度を高くするが、7%を超えると耐応力腐食割
れ性が低下する。従って、Nbを7%以下とした。
また、熱処理条件としては、高強度を保持し、かつ高
い耐応力腐食割れ性を保持させるために980〜1200℃に
加熱保持して冷却する溶体化処理後、更に550〜850℃に
加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施す必要が
ある。
い耐応力腐食割れ性を保持させるために980〜1200℃に
加熱保持して冷却する溶体化処理後、更に550〜850℃に
加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施す必要が
ある。
尚、熱処理時間としては、溶体化処理が5分〜5時
間、時効処理が1〜150時間程度施すのが好ましい。さ
らに溶体化処理における冷却は、空冷以上の冷却速度で
行うのが好ましい。
間、時効処理が1〜150時間程度施すのが好ましい。さ
らに溶体化処理における冷却は、空冷以上の冷却速度で
行うのが好ましい。
また、一般に、鋳造材の場合、上記の溶体化処理と、
時効処理だけで良いが、更に、冷間加工及び熱間加工を
行う場合は次の条件下で行う。
時効処理だけで良いが、更に、冷間加工及び熱間加工を
行う場合は次の条件下で行う。
すなわち、冷間加工の場合、すぐれた耐応力腐食割れ
性を得るために、溶体化処理後に断面縮小率10%以上の
高い加工率にて均質に加工を行う。
性を得るために、溶体化処理後に断面縮小率10%以上の
高い加工率にて均質に加工を行う。
尚、上記の冷間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐
食割れ性に加えて、0.2%耐力が90Kg/mm2以上、引張強
さが100kg/mm2以上の高強度材となる。
食割れ性に加えて、0.2%耐力が90Kg/mm2以上、引張強
さが100kg/mm2以上の高強度材となる。
また、熱間加工の場合、熱間加工による割れを防止
し、また必要以上の粒成長を防止するために加工温度を
850〜1250℃で行い、すぐれた耐応力腐食割れ性を保持
するために20%以上の圧下率で均質に行う。
し、また必要以上の粒成長を防止するために加工温度を
850〜1250℃で行い、すぐれた耐応力腐食割れ性を保持
するために20%以上の圧下率で均質に行う。
尚、上記の熱間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐
食割れ性に加えて、室温の0.2%耐力が70Kg/mm2以上、
引張強さが90kg/mm2以上の高強度材となる。
食割れ性に加えて、室温の0.2%耐力が70Kg/mm2以上、
引張強さが90kg/mm2以上の高強度材となる。
なお、本発明の合金においては、熱間加工性の改善の
ために、通常用いられるHf、Y等の希土類元素、Mg、Ca
等を0.1%まで含有させても、得られる性能に何等の悪
影響をおよぼすことはない。従って、熱間加工性の改善
を必要とする場合には、希土類元素、Mg、Ca等を0.1%
まで添加してもよい。
ために、通常用いられるHf、Y等の希土類元素、Mg、Ca
等を0.1%まで含有させても、得られる性能に何等の悪
影響をおよぼすことはない。従って、熱間加工性の改善
を必要とする場合には、希土類元素、Mg、Ca等を0.1%
まで添加してもよい。
1) 応力腐食割れ試験 軽水炉環境下で締結部材や、ベロー等に本発明のNi基
合金が用いられた場合の耐応力腐食割れ性を評価するた
め、加圧水型軽水炉一次系水を模擬した表1に示す環境
下で、第1図に示すUベンド試験片を浸漬し、高応力を
負荷した各供試材の応力腐食割れ試験を4000h迄実施
し、割れの有無を調査した。
合金が用いられた場合の耐応力腐食割れ性を評価するた
め、加圧水型軽水炉一次系水を模擬した表1に示す環境
下で、第1図に示すUベンド試験片を浸漬し、高応力を
負荷した各供試材の応力腐食割れ試験を4000h迄実施
し、割れの有無を調査した。
2) 供試材 本試験に用いた供試材の化学成分を表2に、表2中の
No.1を供試材とした熱処理と加工条件の例を表4に示
す。
No.1を供試材とした熱処理と加工条件の例を表4に示
す。
尚、表2に示す供試材には不純物としてP,Sがそれぞ
れ最大0.01%程度,Cuが最大0.07%程度、またNが最大
0.01%程度含有していた。
れ最大0.01%程度,Cuが最大0.07%程度、またNが最大
0.01%程度含有していた。
3) 試験結果 結果は表3、表4並びに第2図乃至第8図に示すとお
りである。なお、図中の記号のうち白むきは割れなしの
ものであり、黒ぬりは割れ有りのものである。
りである。なお、図中の記号のうち白むきは割れなしの
ものであり、黒ぬりは割れ有りのものである。
尚、これらの供試材の金属組織を観察したところ、本
発明の合金は全て基地にγ′相またはさらにγ″相が分
散析出し、結晶粒界にはM23C6が半連続状に優先的に析
出していた。代表的な例を表3にあわせて示す。
発明の合金は全て基地にγ′相またはさらにγ″相が分
散析出し、結晶粒界にはM23C6が半連続状に優先的に析
出していた。代表的な例を表3にあわせて示す。
各成分元素、熱処理条件と割れの有無の関係は、第2
図乃至第7図に示すとおりであり、いずれも本発明の成
分範囲、熱処理条件の範囲であれば他に比べて耐応力腐
食割れ性に優れていることがわかる。
図乃至第7図に示すとおりであり、いずれも本発明の成
分範囲、熱処理条件の範囲であれば他に比べて耐応力腐
食割れ性に優れていることがわかる。
また、第6図には冷間加工率、溶体化温度と割れの有
無の関係を示すが、いずれも本発明の条件の範囲内であ
れば他に比べて耐応力腐食割れ性に優れていることがわ
かる。
無の関係を示すが、いずれも本発明の条件の範囲内であ
れば他に比べて耐応力腐食割れ性に優れていることがわ
かる。
さらに、第7図には機械的性質と冷間加工率との関係
を示すが、第6図に示すとおり、本発明の条件の範囲内
では、耐応力腐食割れ性に優れるにもかかわらず、0.2
%耐力および引張強さも優れていることがわかる。
を示すが、第6図に示すとおり、本発明の条件の範囲内
では、耐応力腐食割れ性に優れるにもかかわらず、0.2
%耐力および引張強さも優れていることがわかる。
〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば、機械的強度と耐応力
腐食割れ性をともに満足するNi基合金を得ることができ
るので、軽水炉等の炉内構造部材をはじめ、締結部材、
スプリング部材等として、きわめて安全に長寿命にて用
いることができる。
腐食割れ性をともに満足するNi基合金を得ることができ
るので、軽水炉等の炉内構造部材をはじめ、締結部材、
スプリング部材等として、きわめて安全に長寿命にて用
いることができる。
第1図(a),(b),(c)はいずれも耐応力腐食割
れ性の試験に供した試験片の説明図、第2図乃至第8図
は本発明の実施例についての実験結果を示す図であり、
図中の第2図は従来の低Cr-Ni基合金についての実験結
果を示す図である。
れ性の試験に供した試験片の説明図、第2図乃至第8図
は本発明の実施例についての実験結果を示す図であり、
図中の第2図は従来の低Cr-Ni基合金についての実験結
果を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn
0.1〜1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al
2%以下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含
み、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくともいずれか1
種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優先的に析出
していることを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食
割れ性に優れた高強度Ni基合金。 - 【請求項2】重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn
0.1〜1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al
2%以下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む
合金に、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜
850℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施
すことを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少な
くともいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続
状に優先的に析出している、特許請求の範囲第1項に記
載の高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度
Ni基合金の製造方法。 - 【請求項3】重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn
0.1〜1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al
2%以下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む
合金に、980〜1200℃に加熱保持して冷却した後に、断
面縮小率で10%以上の冷間加工を施し、更に550〜850℃
に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施すこと
を特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少なくとも
いずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続状に優
先的に析出している、特許請求の範囲第1項に記載の高
温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ni基合
金の製造方法。 - 【請求項4】重量比でC0.08%以下、Si0.15%以下、Mn
0.1〜1%、Fe15%以下、Cr20〜30%、Ti3.5%以下、Al
2%以下、Nb7%以下と残部Niおよび不可避不純物を含む
合金に、850〜1250℃で圧下率20%以上の熱間加工を施
した後、980〜1200℃に加熱保持して冷却し、更に550〜
850℃に加熱保持する時効処理を少なくとも1回以上施
すことを特徴とする、γ基地にγ′相及びγ″相の少な
くともいずれか1種を有し、結晶粒界にM23C6が半連続
状に優先的に析出している、特許請求の範囲第1項に記
載の高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度
Ni基合金の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61009492A JP2554048B2 (ja) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Ni基合金及びその製造方法 |
EP87730004A EP0235075B1 (en) | 1986-01-20 | 1987-01-19 | Ni-based alloy and method for preparing same |
DE8787730004T DE3778731D1 (de) | 1986-01-20 | 1987-01-19 | Legierung auf nickelbasis und verfahren zu ihrer herstellung. |
US07/004,410 US4798632A (en) | 1986-01-20 | 1987-01-20 | Ni-based alloy and method for preparing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61009492A JP2554048B2 (ja) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Ni基合金及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62167837A JPS62167837A (ja) | 1987-07-24 |
JP2554048B2 true JP2554048B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=11721729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61009492A Expired - Lifetime JP2554048B2 (ja) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Ni基合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2554048B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10550451B2 (en) | 2015-06-26 | 2020-02-04 | Nippon Steel Corporation | Ni-based alloy pipe or tube for nuclear power |
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JPS57203741A (en) * | 1981-04-17 | 1982-12-14 | Huntington Alloys | Anticorrosive high strength nickel base alloy |
JPS60131958A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 析出強化型Νi基合金の製造法 |
JPS60152647A (ja) * | 1984-01-23 | 1985-08-10 | Hitachi Ltd | ニツケル基合金 |
-
1986
- 1986-01-20 JP JP61009492A patent/JP2554048B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62167837A (ja) | 1987-07-24 |
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