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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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57101634A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-24 | Hitachi Ltd | Ni base alloy with superior stress corrosion resisting property and manufacture thereof |
| 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
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62167837A (ja) | 1987-07-24 |
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