JP2574497B2 - 耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたＦｅ―Ｎｉ基オーステナイト合金および合金成分設定方法 - Google Patents
耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたＦｅ―Ｎｉ基オーステナイト合金および合金成分設定方法Info
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐高速中性子照射特性（例えば、照射によ
る脆化、照射による材料の膨れ等）や、耐ナトリウム腐
食特性に優れたFe−Ni基オーステナイト合金およびこの
合金を製造する場合の合金元素の成分設定方法、さらに
詳しくは合金の耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性
の評価を行うための指数として平均結合次数▲▼と
平均ｄ電子軌道準位▲▼を採用した合金成分設定方
法に関する。 本発明のFe−Ni基オーステナイト合金は、原子炉、特
に高速増殖炉の炉心環境で長期間使用される炉心構成要
素（例えば燃料被覆管やラッパ管からなる燃料集合体、
制御棒、反射体等）や機器構造物（例えば、機器容器部
材、冷却系配管部材）などに好ましく利用できる。
る脆化、照射による材料の膨れ等）や、耐ナトリウム腐
食特性に優れたFe−Ni基オーステナイト合金およびこの
合金を製造する場合の合金元素の成分設定方法、さらに
詳しくは合金の耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性
の評価を行うための指数として平均結合次数▲▼と
平均ｄ電子軌道準位▲▼を採用した合金成分設定方
法に関する。 本発明のFe−Ni基オーステナイト合金は、原子炉、特
に高速増殖炉の炉心環境で長期間使用される炉心構成要
素（例えば燃料被覆管やラッパ管からなる燃料集合体、
制御棒、反射体等）や機器構造物（例えば、機器容器部
材、冷却系配管部材）などに好ましく利用できる。
従来より炉心構成部材としては、SUS304やSUS316など
のオーステナイトステンレス鋼が用いられてきたが、耐
スエリング性や照射クリープ特性など高速中性子に対す
る耐久性に限界があり、燃料の長寿命化を達成するには
適していないことが明らかになっている。 またこれまでのFe−Cr−Ni系合金の照射試験結果で
は、ボイドスエリングに対してNiの組成依存性が認めら
れ、例えば15Cr合金では、45％Niでスエリング量が最低
となることが報告されている。しかしながら、この系の
実用合金（例えばNimonic PE16やInconel 706など）は
いずれも中性子照射による金属間化合物の粒界異常析出
に伴う延性や靭性の低下、即ち照射脆化が起こり実用上
問題となっている。また、Nimonic PE16合金などでは、
400℃前後の中低温側での中性子照射により、耐スエリ
ング抵抗性が316系ステンレス鋼より劣る場合があるこ
とも報告されている。従来高速増殖炉炉心材料の開発に
は、一般に広く使用実績のある公金をベースにした試作
合金の中性子照射下での評価を繰り返すことによって、
微量成分の改良、最適化を行う方法が採られてきた。
のオーステナイトステンレス鋼が用いられてきたが、耐
スエリング性や照射クリープ特性など高速中性子に対す
る耐久性に限界があり、燃料の長寿命化を達成するには
適していないことが明らかになっている。 またこれまでのFe−Cr−Ni系合金の照射試験結果で
は、ボイドスエリングに対してNiの組成依存性が認めら
れ、例えば15Cr合金では、45％Niでスエリング量が最低
となることが報告されている。しかしながら、この系の
実用合金（例えばNimonic PE16やInconel 706など）は
いずれも中性子照射による金属間化合物の粒界異常析出
に伴う延性や靭性の低下、即ち照射脆化が起こり実用上
問題となっている。また、Nimonic PE16合金などでは、
400℃前後の中低温側での中性子照射により、耐スエリ
ング抵抗性が316系ステンレス鋼より劣る場合があるこ
とも報告されている。従来高速増殖炉炉心材料の開発に
は、一般に広く使用実績のある公金をベースにした試作
合金の中性子照射下での評価を繰り返すことによって、
微量成分の改良、最適化を行う方法が採られてきた。
しかしながら、従来の試行錯誤的手法によれば、耐中
性子照射特性および耐ナトリウム腐食特性に対して優れ
た成分の合金の開発には多大の費用と時間を要し極めて
非能率であり、特に使用実績のない新しい多元系の合金
について従来の手法で開発を実施するのは極めて困難で
ある。さらにこの試行錯誤的手法による場合は、その評
価も不正確であるため、開発の効率や材料の信頼性の向
上を図る点で大きな問題となっている。 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、予め相安定性指標図を求め、これに基づいて
中性子照射下での相安定性を予測し、限定された範囲内
での合金についてのみ実験することにより、耐照射特性
および耐ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基合金が開
発でき、研究開発投資を軽減できる耐照射特性および耐
ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基合金の合金成分設
定方法及びこの方法によって得られた高性能材料を提供
することを目的としている。
性子照射特性および耐ナトリウム腐食特性に対して優れ
た成分の合金の開発には多大の費用と時間を要し極めて
非能率であり、特に使用実績のない新しい多元系の合金
について従来の手法で開発を実施するのは極めて困難で
ある。さらにこの試行錯誤的手法による場合は、その評
価も不正確であるため、開発の効率や材料の信頼性の向
上を図る点で大きな問題となっている。 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、予め相安定性指標図を求め、これに基づいて
中性子照射下での相安定性を予測し、限定された範囲内
での合金についてのみ実験することにより、耐照射特性
および耐ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基合金が開
発でき、研究開発投資を軽減できる耐照射特性および耐
ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基合金の合金成分設
定方法及びこの方法によって得られた高性能材料を提供
することを目的としている。
本発明者等は上記問題点を解決すべく種々の研究を行
い、母金属と合金元素との間の結合力の大きさを表す結
合次数（以下Boと表す）と合金元素のｄ軌道電子準位
（以下Mdと表す）を用いることにより、Fe−Ni基合金の
耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性を評価し得ると
の知見を得た。 本発明による耐照射特性に優れたFe−Ni基オーステナ
イト合金の合金成分設定方法は上記知見に基づいてなさ
れたものであって、Ni母金属と合金元素ｉとの間の結合
次数（Bo）ｉ、合金元素ｉのｄ軌道電子準位（Md）ｉ及
び当ｉ元素の原子分率ｘより次式 ▲▼＝Σxi（Bo）ｉ ▲▼＝Σxi（Md）ｉ を定義し、これに従って合金の平均結合次数Boおよび平
均ｄ軌道電子準位Mdを求める。そしてこの平均結合次数
Bo及び該平均ｄ軌道電子準位Mdが各合金元素を含むFe−
Ni基オーステナイト合金について ▲▼−▲▼≧0.038 0.845≦▲▼≦0.892 となるように各合金元素の種類及び添加量を定めること
を特徴とするものである。 ここで上記平均パラメータの差即ち（▲▼−▲
▼）が0.038未満の場合は、上述の耐スエリング性が
得られない。また▲▼が0.892より大きい場合は、
使用中に延性および靭性の面で有害となる金属間化合物
が析出し、合金の脆化を引き起こす。一方、▲▼が
0.845より小さい場合はナトリウム腐食量が増大し、し
かも照射後の材料の残留放射能が高くなるといった問題
が生ずる。 なお、上記合金元素ｉの結合次数（Bo）ｉとｄ軌道電
子準位（Md）ｉは分子軌道法（Discrete−Variational
（DV）−Ｘαクラスター法）によって求めることができ
る。このDV−Ｘαクラスター法は、数個〜数十個からな
る原子の集合体（クラスター）模型を用いて行う分子軌
道計算法である。 第１図は、本発明者が上記計算に用いた面心立方格
子、MNi18クラスター模型を示す。但し、図中●は合金
元素Ｍ、○はNiである。 第１図において、格子定数から原子間距離を設定し、
クラスター（分子）の電子構造をSlaterの提案したＸα
ポテンシャルを用いて、セルフコンシステントに解く。
但し、通常の方法とは異なり永年方程式を解くとき、空
間にランダムに選んだサンプル点でハミルトニアンと重
なり積分の行列要素を計算し、電子のエネルギー個有値
と固有関数を求める。このクラスター法は、バンド計算
法とは異なり、局所電子状態を調べるのに適している。
第１図のクラスター模型を用いて合金元素のまわりの電
子状態を調べることにより、合金効果を表すパラメー
タ、即ち純Niの母金属と合金元素Ｍとの間の結合次数Bo
を求めることができる。この結合次数BoはNi母金属と合
金元素Ｍのそれぞれの原子軌道の重なり積分を、第１図
のクラスター内の合金元素Ｍのまわりのすべての母金属
Ni原子に対して計算して求める。ここで多元系の場合
は、上述の式から合金元素Ｍのうちそれぞれの合金元素
ｉの結合次数（Bo）ｉに対して、その元素ｉの原子分率
xiを掛けたものを全元素について足し合わせることによ
って、平均結合次数▲▼を求める。なお、母金属の
中の合金元素Ｍのｄ軌道電子準位についても同様の方法
で求めることができる。 上記のようにして求めた状態パラメータを用いて限定
した範囲内で検討した結果、耐照射特性および耐ナトリ
ウム腐食特性に優れた本発明のFe−Ni基オーステナイト
合金を開発するに至った。即ち、本発明によるFe−Ni基
合金の第１の実施態様は、重量％でC:0.2％以下、Si:0.
5％以下、Mn:1.0％以下、Cr:13〜18％、Ni:30〜50％、M
o＋Ｗ＝2.0〜6.0％、Mo/（Mo＋Ｗ）＝0.4〜0.6、残部が
Fe及び不可避不純物からなるものである。さらに第２の
実施態様は、前記第１の実施態様のFe−Ni基オーステナ
イト合金において、重量％でNb:0.10〜0.30％、N:0.20
％以下を必要に応じて加えたものである。さらに第３の
実施態様は、前記第１の実施態様のFe−Ni基オーステナ
イト合金において、Crの一部を、重量％で1.0〜7.0％の
Reで置換したものである。 以下、本発明のFe−Ni基オーステナイト合金の成分お
よびその限定理由について述べる。 Ｃは、オーステナイト安定化元素であり、Crと結合
し、炭化物を形成してクリープ破断強度を改善する。し
かし0.2％を超えると炭化物が粗大化しやすくなって、
かえって強度低下をもたらす。また、加工性、溶接性を
損なう。従って、Ｃ量は0.2％以下とする。 Siは、脱酸剤として添加されるが、0.5％を超えると
照射中に有害な金属間化合物が析出しやすくなり、脆化
をもたらす。従って、Siは0.5％以下とする。 Mnは、熱間加工性を改善し、組織の安定化に有効であ
るが、1.0％を超えると硬化相を形成し、靭性、加工性
を損なうので、1.0％以下とする。 Crは、耐ナトリウム腐食性、脱炭抵抗性を向上させる
ために不可欠な成分であり、そのためには13％以上が必
要である。しかし、18％を超えると、組織を不安定に
し、有害な金属間化合物が、析出しやすくなる。従っ
て、Cr量は13％〜18％の範囲とする。 Niは、オーステナイト安定化元素であるとともに、耐
スエリング性を向上させる上で重要な元素であり、その
ためには最低30％必要である。しかし50％を超えると、
照射による残留放射能が著しく高くなり、廃棄物の保管
及び再処理上問題となる。また、耐ナトリウム腐食特性
も低下するので、上限を50％とする。従って、Ni量は30
％〜50％とする。 MoとＷは、合金中に固溶し高温強度を向上させる重要
な元素であり、総量で2.0％以上添加する必要がある。M
oとＷ量を多くすれば、固溶強化作用によりクリープ破
断強度が向上するが、（Mo＋Ｗ）量が6.0％を超えると
合金の中性子吸収断面積が大きくなり、増殖性の障害と
なるので、（Mo＋Ｗ）量は2.0〜6.0％とする。特に高い
強度を得るには、Mo/（Mo＋Ｗ）が0.4〜0.6の比率にな
る組合せが良い。 Nbは、Ｎと窒化物を形成し、母合金中に微細に析出す
ることによって、クリープ破断強度を向上させる働きが
あり、そのためには最低0.10％必要である。また、合金
に冷間加工を施した場合は、窒化物の存在により転位の
運動が抑制され、高い転位密度が長時間使用後も保たれ
る。中性子照射によって生じる原子空孔の消滅場所は転
位が主であり、窒化物の存在によって転位密度が高く保
たれていれば、原子空孔の消滅が効果的に行われること
になるので、原子空孔の集合によるボイド形成の確率が
小さくなり、スエリング量の低減にもつながる。但し、
過剰なNbは組織の不安定化を招くので、上限を0.30％と
する。従って、Nb量は0.10〜0.30％とする。 Ｎは、前述のようにNb窒化物を形成する元素である
が、過剰に添加すると未固溶窒化物量が多くなるので、
上限を0.20％とする。 Reは、Cr同様耐食性を向上させる作用を有しており、
しかもCrよりも少量の添加で効果を発揮し、そのために
は最低1.0％必要である。しかし、添加量が7.0％を超え
ると組織を不安定にするので、上限を7.0％とする。従
って、Reの添加量は1.0〜7.0％とする。
い、母金属と合金元素との間の結合力の大きさを表す結
合次数（以下Boと表す）と合金元素のｄ軌道電子準位
（以下Mdと表す）を用いることにより、Fe−Ni基合金の
耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性を評価し得ると
の知見を得た。 本発明による耐照射特性に優れたFe−Ni基オーステナ
イト合金の合金成分設定方法は上記知見に基づいてなさ
れたものであって、Ni母金属と合金元素ｉとの間の結合
次数（Bo）ｉ、合金元素ｉのｄ軌道電子準位（Md）ｉ及
び当ｉ元素の原子分率ｘより次式 ▲▼＝Σxi（Bo）ｉ ▲▼＝Σxi（Md）ｉ を定義し、これに従って合金の平均結合次数Boおよび平
均ｄ軌道電子準位Mdを求める。そしてこの平均結合次数
Bo及び該平均ｄ軌道電子準位Mdが各合金元素を含むFe−
Ni基オーステナイト合金について ▲▼−▲▼≧0.038 0.845≦▲▼≦0.892 となるように各合金元素の種類及び添加量を定めること
を特徴とするものである。 ここで上記平均パラメータの差即ち（▲▼−▲
▼）が0.038未満の場合は、上述の耐スエリング性が
得られない。また▲▼が0.892より大きい場合は、
使用中に延性および靭性の面で有害となる金属間化合物
が析出し、合金の脆化を引き起こす。一方、▲▼が
0.845より小さい場合はナトリウム腐食量が増大し、し
かも照射後の材料の残留放射能が高くなるといった問題
が生ずる。 なお、上記合金元素ｉの結合次数（Bo）ｉとｄ軌道電
子準位（Md）ｉは分子軌道法（Discrete−Variational
（DV）−Ｘαクラスター法）によって求めることができ
る。このDV−Ｘαクラスター法は、数個〜数十個からな
る原子の集合体（クラスター）模型を用いて行う分子軌
道計算法である。 第１図は、本発明者が上記計算に用いた面心立方格
子、MNi18クラスター模型を示す。但し、図中●は合金
元素Ｍ、○はNiである。 第１図において、格子定数から原子間距離を設定し、
クラスター（分子）の電子構造をSlaterの提案したＸα
ポテンシャルを用いて、セルフコンシステントに解く。
但し、通常の方法とは異なり永年方程式を解くとき、空
間にランダムに選んだサンプル点でハミルトニアンと重
なり積分の行列要素を計算し、電子のエネルギー個有値
と固有関数を求める。このクラスター法は、バンド計算
法とは異なり、局所電子状態を調べるのに適している。
第１図のクラスター模型を用いて合金元素のまわりの電
子状態を調べることにより、合金効果を表すパラメー
タ、即ち純Niの母金属と合金元素Ｍとの間の結合次数Bo
を求めることができる。この結合次数BoはNi母金属と合
金元素Ｍのそれぞれの原子軌道の重なり積分を、第１図
のクラスター内の合金元素Ｍのまわりのすべての母金属
Ni原子に対して計算して求める。ここで多元系の場合
は、上述の式から合金元素Ｍのうちそれぞれの合金元素
ｉの結合次数（Bo）ｉに対して、その元素ｉの原子分率
xiを掛けたものを全元素について足し合わせることによ
って、平均結合次数▲▼を求める。なお、母金属の
中の合金元素Ｍのｄ軌道電子準位についても同様の方法
で求めることができる。 上記のようにして求めた状態パラメータを用いて限定
した範囲内で検討した結果、耐照射特性および耐ナトリ
ウム腐食特性に優れた本発明のFe−Ni基オーステナイト
合金を開発するに至った。即ち、本発明によるFe−Ni基
合金の第１の実施態様は、重量％でC:0.2％以下、Si:0.
5％以下、Mn:1.0％以下、Cr:13〜18％、Ni:30〜50％、M
o＋Ｗ＝2.0〜6.0％、Mo/（Mo＋Ｗ）＝0.4〜0.6、残部が
Fe及び不可避不純物からなるものである。さらに第２の
実施態様は、前記第１の実施態様のFe−Ni基オーステナ
イト合金において、重量％でNb:0.10〜0.30％、N:0.20
％以下を必要に応じて加えたものである。さらに第３の
実施態様は、前記第１の実施態様のFe−Ni基オーステナ
イト合金において、Crの一部を、重量％で1.0〜7.0％の
Reで置換したものである。 以下、本発明のFe−Ni基オーステナイト合金の成分お
よびその限定理由について述べる。 Ｃは、オーステナイト安定化元素であり、Crと結合
し、炭化物を形成してクリープ破断強度を改善する。し
かし0.2％を超えると炭化物が粗大化しやすくなって、
かえって強度低下をもたらす。また、加工性、溶接性を
損なう。従って、Ｃ量は0.2％以下とする。 Siは、脱酸剤として添加されるが、0.5％を超えると
照射中に有害な金属間化合物が析出しやすくなり、脆化
をもたらす。従って、Siは0.5％以下とする。 Mnは、熱間加工性を改善し、組織の安定化に有効であ
るが、1.0％を超えると硬化相を形成し、靭性、加工性
を損なうので、1.0％以下とする。 Crは、耐ナトリウム腐食性、脱炭抵抗性を向上させる
ために不可欠な成分であり、そのためには13％以上が必
要である。しかし、18％を超えると、組織を不安定に
し、有害な金属間化合物が、析出しやすくなる。従っ
て、Cr量は13％〜18％の範囲とする。 Niは、オーステナイト安定化元素であるとともに、耐
スエリング性を向上させる上で重要な元素であり、その
ためには最低30％必要である。しかし50％を超えると、
照射による残留放射能が著しく高くなり、廃棄物の保管
及び再処理上問題となる。また、耐ナトリウム腐食特性
も低下するので、上限を50％とする。従って、Ni量は30
％〜50％とする。 MoとＷは、合金中に固溶し高温強度を向上させる重要
な元素であり、総量で2.0％以上添加する必要がある。M
oとＷ量を多くすれば、固溶強化作用によりクリープ破
断強度が向上するが、（Mo＋Ｗ）量が6.0％を超えると
合金の中性子吸収断面積が大きくなり、増殖性の障害と
なるので、（Mo＋Ｗ）量は2.0〜6.0％とする。特に高い
強度を得るには、Mo/（Mo＋Ｗ）が0.4〜0.6の比率にな
る組合せが良い。 Nbは、Ｎと窒化物を形成し、母合金中に微細に析出す
ることによって、クリープ破断強度を向上させる働きが
あり、そのためには最低0.10％必要である。また、合金
に冷間加工を施した場合は、窒化物の存在により転位の
運動が抑制され、高い転位密度が長時間使用後も保たれ
る。中性子照射によって生じる原子空孔の消滅場所は転
位が主であり、窒化物の存在によって転位密度が高く保
たれていれば、原子空孔の消滅が効果的に行われること
になるので、原子空孔の集合によるボイド形成の確率が
小さくなり、スエリング量の低減にもつながる。但し、
過剰なNbは組織の不安定化を招くので、上限を0.30％と
する。従って、Nb量は0.10〜0.30％とする。 Ｎは、前述のようにNb窒化物を形成する元素である
が、過剰に添加すると未固溶窒化物量が多くなるので、
上限を0.20％とする。 Reは、Cr同様耐食性を向上させる作用を有しており、
しかもCrよりも少量の添加で効果を発揮し、そのために
は最低1.0％必要である。しかし、添加量が7.0％を超え
ると組織を不安定にするので、上限を7.0％とする。従
って、Reの添加量は1.0〜7.0％とする。
以下に本発明について実施例を挙げて説明する。 実施例１ 本実施例は、オーステナイト合金における平均結合次
数▲▼および平均ｄ電子軌道準位▲▼の最適範
囲を見出すために行った。 まず第１図のクラスター模型を用い、（Fe−15Cr−30
Ni）を母合金とし、各種の合金元素を加えたとき、合金
の▲▼，▲▼が指標図のどの位置に変化するか
を第２図に示す。例えば、（Fe−15Cr−30Ni）ベース合
金にMoを加えると、▲▼，▲▼は、図示のベー
ス合金の位置から添加量が増すほど右上方に変化し、一
方Cuを加えると左下方に変化する。このように各合金元
素がもつ固有の合金ベクトルを組合せることによって目
標とする成分範囲を見出すことができる。 従来材の照射データを基にNiイオン照射による体積増
加量を相安定性指標図上に表すと、照射量160dpa,650℃
では第２図に示すように▲▼−▲▼＝0.038で
示される線を境に、この線より左上ではスエリング量が
５％以上となり、右下では５％未満となる。また照射下
での組織安定性の面では、機械的特性上有害となるσ相
の析出は、650℃では▲▼＝0.892を境にこれより左
で析出が起こる。このようにして、相安定性指標図を利
用することによって優れた特性の合金を合理的に求める
ことができる。 実施例２ 第１表に供試材の化学成分を示す。 第１表で、合金No.1〜４は本発明合金Ｉ（本発明合金
の第１の実施態様に該当）、合金No.5,6は本発明合金II
（本発明合金の第２の実施態様に該当）、合金No.7,8は
本発明合金III（本発明合金の第３の実施態様に該
当）、合金No.9〜12は比較合金（従来合金）に相当す
る。No.9は、SUS316ステンレス鋼、No.10はNimonic PE1
6合金、No.11はInconel 706合金、No.12はHastelloy X
合金である。それぞれ真空溶解により20kg鋳塊を溶製
し、圧延により2mm厚の板材を製造した。その後1040〜1
050℃,1時間の溶体化処理を施し、No.10及びNo.11合金
については更に650℃、24時間の時効処理を施して供試
材とした。 第２表にNiイオン照射試験後の体積増加量を比較して
示す。照射温度650℃、照射量160dpaまで照射した時
の、体積増加率は本発明鋼では0.4％以下であるのに対
して、鋼種No.9〜12の比較鋼では、体積増加率が１％を
超えており耐スエリング性が劣っている。 第３表に、高速増殖炉の使用条件における流動ナトリ
ウム環境下で実施した中性子照射前後での650℃引張特
性の変化を比較して示す。鋼種No.9,10,11,12で伸びの
低下が見られており、燃料被覆管には適さない。一方、
本発明鋼では照射前後で引張特性に大きな劣化は見られ
ず、照射による材料の性能低下は起こっていないと判断
される。
数▲▼および平均ｄ電子軌道準位▲▼の最適範
囲を見出すために行った。 まず第１図のクラスター模型を用い、（Fe−15Cr−30
Ni）を母合金とし、各種の合金元素を加えたとき、合金
の▲▼，▲▼が指標図のどの位置に変化するか
を第２図に示す。例えば、（Fe−15Cr−30Ni）ベース合
金にMoを加えると、▲▼，▲▼は、図示のベー
ス合金の位置から添加量が増すほど右上方に変化し、一
方Cuを加えると左下方に変化する。このように各合金元
素がもつ固有の合金ベクトルを組合せることによって目
標とする成分範囲を見出すことができる。 従来材の照射データを基にNiイオン照射による体積増
加量を相安定性指標図上に表すと、照射量160dpa,650℃
では第２図に示すように▲▼−▲▼＝0.038で
示される線を境に、この線より左上ではスエリング量が
５％以上となり、右下では５％未満となる。また照射下
での組織安定性の面では、機械的特性上有害となるσ相
の析出は、650℃では▲▼＝0.892を境にこれより左
で析出が起こる。このようにして、相安定性指標図を利
用することによって優れた特性の合金を合理的に求める
ことができる。 実施例２ 第１表に供試材の化学成分を示す。 第１表で、合金No.1〜４は本発明合金Ｉ（本発明合金
の第１の実施態様に該当）、合金No.5,6は本発明合金II
（本発明合金の第２の実施態様に該当）、合金No.7,8は
本発明合金III（本発明合金の第３の実施態様に該
当）、合金No.9〜12は比較合金（従来合金）に相当す
る。No.9は、SUS316ステンレス鋼、No.10はNimonic PE1
6合金、No.11はInconel 706合金、No.12はHastelloy X
合金である。それぞれ真空溶解により20kg鋳塊を溶製
し、圧延により2mm厚の板材を製造した。その後1040〜1
050℃,1時間の溶体化処理を施し、No.10及びNo.11合金
については更に650℃、24時間の時効処理を施して供試
材とした。 第２表にNiイオン照射試験後の体積増加量を比較して
示す。照射温度650℃、照射量160dpaまで照射した時
の、体積増加率は本発明鋼では0.4％以下であるのに対
して、鋼種No.9〜12の比較鋼では、体積増加率が１％を
超えており耐スエリング性が劣っている。 第３表に、高速増殖炉の使用条件における流動ナトリ
ウム環境下で実施した中性子照射前後での650℃引張特
性の変化を比較して示す。鋼種No.9,10,11,12で伸びの
低下が見られており、燃料被覆管には適さない。一方、
本発明鋼では照射前後で引張特性に大きな劣化は見られ
ず、照射による材料の性能低下は起こっていないと判断
される。
以上に説明したように、本発明によれば耐中性子照射
特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基オー
ステナイト合金が得られることから、高速増殖炉炉心部
材、特に燃料被覆管のような650℃程度の高温で、しか
も高い圧力下で使用される構造部材の長寿命化が達成で
きる。 また、本発明の合金成分設定方法によれば、合理的に
性能の優れたFe−Ni基オーステナイト合金の合金設計が
可能となる。
特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたFe−Ni基オー
ステナイト合金が得られることから、高速増殖炉炉心部
材、特に燃料被覆管のような650℃程度の高温で、しか
も高い圧力下で使用される構造部材の長寿命化が達成で
きる。 また、本発明の合金成分設定方法によれば、合理的に
性能の優れたFe−Ni基オーステナイト合金の合金設計が
可能となる。
第１図はfcc構造のMNi18クラスター模型の斜視図、第２
図はオーステナイト合金のスエリング特性に関する相安
定指標図である。
図はオーステナイト合金のスエリング特性に関する相安
定指標図である。
フロントページの続き (72)発明者 野村 茂雄 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動力炉・核燃料開発事業団大洗工学セン ター内 (72)発明者 奥田 隆成 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動力炉・核燃料開発事業団大洗工学セン ター内 (56)参考文献 日本金属学会会報27［３］（1988）森 永正彦、湯川夏生、足立裕彦Ｐ．165− 172
Claims (4)
- 【請求項１】重量％でC:0.2％以下、Si:0.5％以下、Mn:
1.0％以下、Cr:13〜18％、Ni:30〜50％、Mo＋Ｗ＝2.0〜
6.0％、Mo/（Mo＋Ｗ）＝0.4〜0.6、残部がFe及び不可避
不純物からなることを特徴とする耐照射特性および耐ナ
トリウム腐食特性に優れたFe−Ni基オーステナイト合
金。 - 【請求項２】重量％でNb:0.10〜0.30％、N:0.20％以下
を必要に応じてさらに加えたことを特徴とする請求項１
記載のFe−Ni基オーステナイト合金。 - 【請求項３】Crの一部を、重量％で1.0〜7.0％のReで置
換したことを特徴とする請求項１記載のFe−Ni基オース
テナイト合金。 - 【請求項４】Ni母金属と合金元素ｉとの間の結合次数
（Bo）ｉ、合金元素ｉのｄ軌道電子準位（Md）ｉ及び当
ｉ元素の原子分率xiより次式 ▲▼＝Σxi（Bo）ｉ ▲▼＝Σxi（Md）ｉ を定義し、これに従って合金の平均結合次数▲▼及
び平均ｄ軌道電子準位▲▼を求めるとともに、該平
均結合次数▲▼及び該平均ｄ軌道電子準位▲▼
が各合金元素を含むFe−Ni基オーステナイト合金につい
て ▲▼−▲▼≧0.038 0.845≦▲▼≦0.892 となるように各合金元素の種類及び添加量を定めること
を特徴とする耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に
優れたFe−Ni基オーステナイト合金の合金成分設定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2025622A JP2574497B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | 耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたＦｅ―Ｎｉ基オーステナイト合金および合金成分設定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2025622A JP2574497B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | 耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたＦｅ―Ｎｉ基オーステナイト合金および合金成分設定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03229840A JPH03229840A (ja) | 1991-10-11 |
| JP2574497B2 true JP2574497B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=12170977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025622A Expired - Fee Related JP2574497B2 (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | 耐照射特性および耐ナトリウム腐食特性に優れたＦｅ―Ｎｉ基オーステナイト合金および合金成分設定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574497B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012074026A1 (ja) | 2010-11-30 | 2012-06-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 析出強化型Ｎｉ基耐熱合金およびその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753177A (en) * | 1994-03-10 | 1998-05-19 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | High-Ni austenitic stainless steel having excellent high-temperature strength |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5540105A (en) * | 1978-09-08 | 1980-03-21 | Toyota Motor Corp | Roller conveyor |
-
1990
- 1990-02-05 JP JP2025622A patent/JP2574497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本金属学会会報２７［３］（１９８８）森永正彦、湯川夏生、足立裕彦Ｐ．１６５−１７２ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012074026A1 (ja) | 2010-11-30 | 2012-06-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 析出強化型Ｎｉ基耐熱合金およびその製造方法 |
| US9238857B2 (en) | 2010-11-30 | 2016-01-19 | Kobe Steel, Ltd. | Precipitation-strengthened Ni-based heat-resistant alloy and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03229840A (ja) | 1991-10-11 |
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