JP2589373B2

JP2589373B2 - 高温水中における耐溶出性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP2589373B2
Application number: JP1120897A
Authority: JP
Inventors: 治夫泊里; 誠寺田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JPH02301543A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は高温水中における耐溶出性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、原子力発電
プラントの冷却水系配管等に使用される高温水中にCo、
Ni、Fe等の放射性核種元素の耐溶出性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼に関するものである。

［従来技術］一般に、原子力発電プラントにおいて、冷却水系配管
等に使用される材料には優れた耐蝕性が要求され、この
ような箇所には、ステンレス鋼が多く用いられている。

特に、発電効率を向上させるために設けられる湿分分
離加熱器には、耐蝕性ばかりでなく、耐応力腐蝕割れ性
およびフィン加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼
を使用するのが効果的である。

しかし、最近になって、原子力発電プラントの長年の
稼動に伴って、冷却水系配管に放射性核種が蓄積して、
この配管から発せられる放射線量率が高まり、定期点検
時の作業において従業員の被曝線量が増大することが大
きな問題となっている。

このような放射線核種の蓄積機構については、一般
に、冷却水ループを構成する金属材料の腐蝕による微量
の腐蝕生成物が、原子炉炉心において燃料棒表面に付着
して、中性子照射を受けて放射化され、この放射性核種
を含有した腐蝕生成物が、上記燃料棒表面から離脱し、
冷却水ループ中を移行して一次冷却水系配管に付着、蓄
積すると言われている。

この放射性核種には、⁶⁰Co、⁵⁸Co、⁵⁹Fe、⁵⁴Mn、⁵¹Cr
等があり、そして、現在稼動している原子力発電プラン
トにおける⁶⁰Coの主な溶出源は、冷却水系配管の主要金
属材料であるステンレス鋼であることが報告されてい
る。

従って、点検作業における放射線被曝の問題を根本的
に解決するためには、原子力発電プラントに使用されて
いるステンレス鋼から、冷却水中に放射性核種元素の溶
出を極力抑制する必要があり、そのため、ステンレス鋼
を高温高圧の水に接触させて、ステンレス鋼表面に皮膜
を形成させて、放射性核種元素の溶出を抑制する高温水
処理方法が提案されている（特開昭59−089775号公報参
照）。

しかしながら、この高温水処理方法では、放射性核種
元素の溶出抑制効果が充分でなく、かつ、処理に費用が
かかるという問題がある。

［発明が解決しようとする課題］本発明は上記に説明したように、従来の原子力発電プ
ラントの冷却水系配管等に使用されているステンレス鋼
の種々の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行ない、
検討を重ねた結果、放射性核種元素が溶出するのを抑制
するために、フェライト系ステンレス鋼に微量の元素を
含有させることにより、このフェライト系ステンレス鋼
から高温水中に放射性核種元素の溶出を抑制することが
できる高温水中における耐溶出性に優れたフェライト系
ステンレス鋼を開発したのである。

［課題を解決するための手段］本発明に掛かる高温水中における耐溶出性に優れたフ
ェライト系ステンレス鋼の特徴とするところは、Ｃ＜0.01wt％、Si≦0.75wt％、 Mn≦0.80wt％、12wt％≦Cr＜16wt％、 0.01wt％≦Al＜0.15wt％、 Cu≦0.3wt％、Mo≦0.3wt％、但しCu＋Mo≧0.2wt％、 0.3wt％≦Ti≦0.5wt％、Ｏ≦0.01wt％、Ｎ＜0.01wt％を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなることにあ
る。

本発明に係る高温水中における耐溶出性に優れたフェ
ライト系ステンレス鋼について、以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る高温水中における耐溶出性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼の含有成分および成分割合
について説明する。

Ｃはフェライト系ステンレス鋼の高温水中における応
力腐蝕割れ感受性を助長する元素であり、含有量が0.01
wt％を越えて含有させると応力腐蝕割れが生じる恐れが
ある。よって、Ｃ含有量は＜0.01wt％とする。

Siは脱酸剤として不可欠の元素であり、含有量が0.75
wt％を越えて含有させるとシグマ相やカイ相等の金属間
化合物の形成を加速して加工性、溶接性を劣化させる。
よって、Si含有量は≦0.75wt％とする。

MnはSiと同様に脱酸剤として不可欠の元素であるが、
Mnはオーステナイト形成元素であり、含有量が0.80wt％
を越えて含有させるとフェライト組織が不安定となる。
よって、Mn含有量は≦0.80とする。

Crはステンレス鋼としての耐蝕性を維持するために必
要な元素であり、含有量が12wt％未満ではこの効果は少
なく、また、16wt％を越えて含有させると溶接部の切欠
衝撃靱性が急激に劣化し、かつ、475℃脆性を受け易く
なり、この温度領域における実用化は困難となる。よっ
て、Cr含有量は12wt％≦Cr＜16wt％とする。

Alは溶接熱影響部の硬度上昇を抑制するために必要な
元素であり、含有量が0.01wt％未満ではこのような効果
は期待できず、また、0.15wt％を越えて含有させると鋼
の清浄度が著しく低下し、加工性が劣化する。よって、
Al含有量は0.01≦Al≦0.15wt％とする。

Mo、Cu、Tiは第１図に示すように、Tiを0.3wt％以上
含有されている状態において、Cu＋Mo含有量を0.2wt％
以上にすることにより、高温水中における耐溶出性が良
好となる。しかし、Cu含有量が0.3wt％を越えると溶接
性が悪くなり、また、Moは0.3wt％を越えてを含有させ
ることにより高温水中における耐溶出性は飽和に達して
しまい、これ以上含有させることは無駄であり、コスト
高となる。

また、Tiの含有量が0.5wt％を越えて含有させると製
造時に表面疵を発生させる恐れがある。よって、Cu≦0.
3wt％、Mo≦0.3wt％、Cu＋Mo≧0.2wt％および0.3wt％≦
Ti≦0.5wt％とする。

Tiが≧0.3wt％含有された状態において、CuまたはMo
をそれぞれ≦0.3wt％、合計で≧0.2wt％鋼に含有させる
ことによって、腐蝕初期においてステンレス鋼表面に緻
密で安定した酸化皮膜が形成され、この皮膜のバリヤー
効果によりその後の母材中の金属の酸化が抑制されるの
で、溶出量が低下するものと考えられる。

Ｏは含有量が＞0.01wt％になると、Tiと結合すること
によりTiの耐溶出性改善効果が減じ、また、酸化物介在
物が増大し、加工性、表面性状に悪影響をおよぼす。よ
って、Ｏ含有量は≦0.01wt％とする。

Ｎは含有量が0.01wt％を越えて含有させるとTiと結合
してTiの効果を低下させることになり、また、Ｃと共に
高温水中における耐応力腐蝕割れ性を著しく高くする作
用がある。よって、Ｎ含有量は＜0.01wt％とする。

［実施例］次に、本発明に係る高温水中における耐溶出性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼の実施例を説明する。

実施例第１表に示す含有成分および成分割合のフェライト系
ステンレス鋼を、溶解後、鋳造、熱間圧延、冷間圧延を
行なって、板厚3mm、板幅100mmの板材を作製した。

これを850℃の温度に加熱して5min間保持後、水冷す
ることにより溶体化処理を行なった。

この板材から機械加工により板厚1.5mm、板幅30mm、
長さ50mmの試験片を採取し、試験片の全表面に400番湿
式エメリー研摩を行なった。

溶出試験は静止型チタンライニングのオートクレーブ
（容量約200ml）を使用した。その中で、20ppbの溶存酸
素を含むイオン交換水100mlに対して同一の鋼中成分の
試験片10枚を全面浸漬し、240℃の温度において14日間
溶出試験を行なった。金属溶出量は電子精密天秤を使用
して、試験片の重量をもとに、次式に従って算出した。

Ws＝W₁−W₂＋α（W₂−W₃） Ws:溶出試験による金属溶出量 W₁:溶出試験前の試験片重量 W₂:溶出試験後の試験片重量 W₃:溶出試験により生成したスケールを除去した後の試
験片重量 α：定数、酸化皮膜組成をM₂O₃と仮定してα＝0.3とし
た。

なお、スケール除去は、塩基性過マンガン酸カリ／ク
エン酸アンモン法によった。

第１図に金属溶出量におよぼす鋼に含有されるTi、C
u、Mo含有量の影響を示してあり、この第１図において
鋼中のTi含有量が0.3wt％未満の試験片に対応する溶出
量は×印で示し、また、鋼中のTi含有量が0.3wt％を越
える試験片については、鋼中のMo含有量が0.3wt％以下
の試験片の溶出量は●印で示し、鋼中のMo含有量が0.3w
t％を越える試験片の溶出量はMo含有量を一律0.3wt％と
して○印で示してある。

鋼中のTi含有量が0.3wt％未満の場合は、鋼中Cu＋Mo
含有量が増加しても、金属溶出量の顕著な低下は認めら
れない。しかし、鋼中のTi含有量が≧0.3wt％の場合に
は、Cu＋Mo含有量が0.2wt％を越える領域において、Cu
＋Mo含有量の増加と共に、金属溶出量の明らかな低下が
認められる。

さらに、鋼中のMo含有量＞0.3wt％の試験片（○印）
については、Mo含有量を一律0.3wt％としてCu＋Mo含有
量を計算することにより、Mo含有量≦0.3wt％の試験片
（●印）の溶出挙動と良く一致している。即ち、鋼中の
Ti含有量が0.3wt％以上含有された状態において、鋼中C
u＋Mo含有量を0.2wt％以上とすることにより、高温水中
の耐溶出性が良好となる。

しかし、鋼中のMo含有量については、0.3wt％を越え
ても0.3wt％を含有させた試験片と同等の耐溶出性しか
認められず、0.3wt％より多く含有させることは溶出量
を抑制する面からは効果が少なく、逆に製造コストが高
くなる原因の１つである。

なお、第１図は20ppbの溶存酸素を含有する240℃の高
温水中における1000hr浸漬試験により評価した金属溶出
抑制効果を示すものであり、横軸は鋼中のCu＋Mo含有量
を示し、縦軸は金属溶出量（g/m²）を示す。

このように、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼
は高温水中への金属成分の溶出を著しく抑制することが
できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る高温水中における
耐溶出性に優れたフェライト系ステンレス鋼は上記の構
成であるから、高温水中において金属溶出を充分に抑制
することが可能で、原子力発電プラントの湿分分離加熱
器管および冷却水系配管、特に、表面積の大きい伝熱管
等に適用でき、材料から溶出する金属イオンに起因する
放射線被曝の問題を根本的に解決できるという優れた効
果を有しているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はCu＋Mo含有量と金属溶出量との関係を示す図で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ＜0.01wt％、Si≦0.75wt％、 Mn≦0.80wt％、12wt％≦Cr＜16wt％、 0.01wt％≦Al＜0.15wt％、 Cu≦0.3wt％、Mo≦0.3wt％、但しCu＋Mo≧0.2wt％、 0.3wt％≦Ti≦0.5wt％、Ｏ≦0.01wt％、Ｎ＜0.01wt％を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特
徴とする高温水中における耐溶出性に優れたフェライト
系ステンレス鋼。