JP2767169B2 - Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy with excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance - Google Patents

Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy with excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance

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JP2767169B2
JP2767169B2 JP7850292A JP7850292A JP2767169B2 JP 2767169 B2 JP2767169 B2 JP 2767169B2 JP 7850292 A JP7850292 A JP 7850292A JP 7850292 A JP7850292 A JP 7850292A JP 2767169 B2 JP2767169 B2 JP 2767169B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は耐粒界腐食性および耐応
力腐食割れ性に優れたFe−Cr−Ni−Si系形状記憶合金に
係り、核燃料再処理プラント等の硝酸中における耐粒界
腐食性および軽水炉等の高温高圧純水中における耐応力
腐食割れ性および耐粒界侵食性に優れたFe−Cr−Ni−Si
系形状記憶合金を得ようとするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy having excellent grain boundary corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, and relates to a grain boundary resistance in nitric acid of a nuclear fuel reprocessing plant or the like. Fe-Cr-Ni-Si excellent in corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance and intergranular erosion resistance in high temperature and high pressure pure water such as light water reactor
It is intended to obtain a system shape memory alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】形状記憶合金は、マルテンサイト変態点
近傍の所定温度において、合金に塑性変形を加え、次い
で、該合金をその母相に逆変態する温度以上の所定温度
に加熱することにより、塑性変形前の形状に回復する特
性を示す合金であって、この形状記憶合金に所定温度に
おいて塑性変形を加えることにより、前記合金の結晶構
造は、その母相からマルテンサイトに変態する。
2. Description of the Related Art Shape memory alloys undergo plastic deformation at a predetermined temperature near a martensitic transformation point, and are then heated to a predetermined temperature equal to or higher than a temperature at which the alloy is inversely transformed into its parent phase. An alloy exhibiting the property of recovering its shape before plastic deformation. By subjecting this shape memory alloy to plastic deformation at a predetermined temperature, the crystal structure of the alloy changes from its parent phase to martensite.

【0003】上記したように塑性変形が加えられた合金
を、その後該母相に逆変態する温度以上の所定温度に加
熱すると、マルテンサイトは元の母相に逆変態し、即
ち、該合金は形状記憶特性を示すもので、これにより塑
性変形した前記合金は、塑性変形を加える前の元の形状
に回復する。このような形状記憶特性を有する合金とし
て、これまで非鉄系形状記憶合金が多数知られている
(例えば、舟久保照康編「形状記憶合金」1984年産
業図書)。
[0003] When the alloy subjected to plastic deformation as described above is heated to a predetermined temperature equal to or higher than the temperature at which the matrix is inversely transformed into the parent phase, martensite is inversely transformed into the original parent phase. The alloy exhibits shape memory characteristics, whereby the plastically deformed alloy returns to its original shape before plastic deformation. Many non-ferrous shape memory alloys have been known as alloys having such shape memory characteristics (for example, “Shape Memory Alloys”, edited by Teruyasu Funakubo, 1984 Sangyo Tosho).

【0004】然してこれら従来の非鉄系形状記憶合金の
中で、Ni−Ti系およびCu系の形状記憶合金は、既に実用
化されており、管継手、衣料、医療機器およびアクチュ
エータ等が、これらの非鉄系形状記憶合金によって製造
されているし、その他この形状記憶合金を種々の用途に
応用した技術の開発が、近年盛んに行なわれている。
[0004] Among these conventional non-ferrous shape memory alloys, Ni-Ti and Cu-based shape memory alloys have already been put into practical use, and pipe joints, clothing, medical equipment, actuators and the like have been used. It is manufactured using a non-ferrous shape memory alloy, and other technologies for applying the shape memory alloy to various uses have been actively developed in recent years.

【0005】しかしながら、構造用部材への適用の観点
からNi−Ti系の形状記憶合金は、例えば、高温純水中で
の使用により、水素化合物の生成が著しく、そのような
環境では使用が不可である。また、Cu−Zn−Al系の形状
記憶合金では耐食性が不足している。しかも、これら非
鉄系形状記憶合金は、高価であるために、経済性の面で
制約を受ける。かかる事情から、非鉄系形状記憶合金よ
りも安価な鉄基形状記憶合金が開発されつつあり、経済
性の面で制約のある非鉄系形状記憶合金に代わって、鉄
基形状記憶合金の適用範囲の拡大が期待されている。
[0005] However, from the viewpoint of application to structural members, Ni-Ti based shape memory alloys generate remarkable hydrogen compounds when used in high-temperature pure water, for example, and cannot be used in such an environment. It is. Further, a Cu—Zn—Al based shape memory alloy has insufficient corrosion resistance. In addition, these non-ferrous shape memory alloys are expensive and are therefore limited in terms of economy. Under these circumstances, iron-based shape memory alloys that are less expensive than non-ferrous shape memory alloys are being developed, and instead of non-ferrous shape memory alloys that are economically limited, the application range of iron-based shape memory alloys Expansion is expected.

【0006】塑性変形を加えることによって、鉄基形状
記憶合金がその母相から変態するマルテンサイトを、そ
の結晶構造の見地からfct(面心正方晶)、bct(体心立方
晶)およびhcp(稠密六方晶)に大別することができ、塑
性変形を加えることによって、その母相から稠密六方晶
のεマルテンサイトに変態する鉄基形状記憶合金で、か
つ耐食性に優れる合金として特開平2-77554(以下「第1
従来技術」という)が提案されている。即ちこの第1従
来技術によるものは、Cr:5.0〜20.0wt%、Si:2.0
〜8.0wt%、下記からなる群から選んだ少なくとも1つ
の元素、Mn:0.1〜14.8wt%、Ni:0.1〜20.0wt
%、Co:0.1〜30.0wt%、Cu:0.1〜0.3wt%、N:
0.001〜0.400wt%を含有させる系のものであっ
て、優れた形状記憶特性および耐食性を有している。
[0006] By applying plastic deformation, the iron-based shape memory alloy transforms martensite from its parent phase into fct (face-centered tetragonal), bct (body-centered cubic) and hcp ( It is an iron-based shape memory alloy that undergoes plastic deformation to transform from its parent phase to dense hexagonal ε-martensite and has excellent corrosion resistance. 77554 (hereinafter referred to as “first
Conventional technology) has been proposed. That is, according to the first prior art, Cr: 5.0 to 20.0 wt%, Si: 2.0
88.0 wt%, at least one element selected from the group consisting of: Mn: 0.1 to 14.8 wt%, Ni: 0.1 to 20.0 wt%
%, Co: 0.1 to 3.0 wt%, Cu: 0.1 to 0.3 wt%, N:
It is a system containing 0.001 to 0.400% by weight, and has excellent shape memory characteristics and corrosion resistance.

【0007】また、特開平2-301514には、Cr含有量を高
めて耐食性を向上させた高Mn系の形状記憶合金として、
Cr:10〜17wt%、Si:3.0〜6.0wt%、Mn:6.0〜
25.0wt%、Ni:7.0wt%以下、Co:2.0〜10.0wt%
で、さらにTi、Zr、V、Nb、Mo、Cu等を含有する合金系
が提案されている(以下「第2従来技術」という)。
[0007] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-301514 discloses a high Mn-based shape memory alloy having a high Cr content and improved corrosion resistance.
Cr: 10-17 wt%, Si: 3.0-6.0 wt%, Mn: 6.0-6.0
25.0 wt%, Ni: 7.0 wt% or less, Co: 2.0 to 10.0 wt%
In addition, an alloy system further containing Ti, Zr, V, Nb, Mo, Cu and the like has been proposed (hereinafter, referred to as "second conventional technology").

【0008】一方、耐応力腐食割れ性に優れる鉄基合金
として、例えば、B.E.WILDE, CORROSION-NACE(1986), V
ol.42, No.11, p.678 がある。即ち、この報告には、C
r:17.0〜19.0wt%、Si:0.35〜4.79wt%、N
i:8.83〜9.07wt%、Mn:1.30〜1.53wt%、C
u:0.009〜0.20wt%、N:0.011〜0.040wt
%、Mo:0.019〜0.21wt%を含有し、高温純水中に
おいて優れた耐応力腐食割れ性を示す合金が記載されて
いる(以下、「第3従来技術」という)。
On the other hand, as an iron-based alloy having excellent stress corrosion cracking resistance, for example, BEWILDE, CORROSION-NACE (1986), V
ol.42, No.11, p.678. That is, this report includes C
r: 17.0 to 19.0 wt%, Si: 0.35 to 4.79 wt%, N
i: 8.83 to 9.07 wt%, Mn: 1.30 to 1.53 wt%, C
u: 0.009 to 0.20 wt%, N: 0.011 to 0.040 wt%
%, Mo: 0.019 to 0.21 wt%, and exhibit an excellent stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water (hereinafter referred to as "third prior art").

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】核燃料再処理プラント
等の硝酸中および軽水炉等の高温純水中(一次冷却水
中)等において形状記憶合金を使用する場合、その合金
の特性として形状記憶特性、耐粒界腐食性、および耐応
力腐食割れ性に優れることが必要であるが、前述した従
来技術によるものではこのような要請を満足するものが
見当らない。
When a shape memory alloy is used in nitric acid such as a nuclear fuel reprocessing plant and in high-temperature pure water (primary cooling water) such as a light water reactor, the shape memory characteristics and the resistance to the shape memory are as characteristics of the alloy. It is necessary to be excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, but none of the above-mentioned prior arts satisfy such requirements.

【0010】前記第1従来技術に開示された鉄基形状記
憶合金は、形状記憶特性および耐食性を向上させる目的
で、CrおよびSiの両元素を添加した鉄基合金であり、さ
らに、Mn、Ni、CoおよびNのうちの少なくとも1つの元
素を、該合金に添加するものであるが、次の問題を有し
ている。即ち、耐食性に優れる形状記憶合金であるが、
その耐食性は2年間の大気暴露試験で評価したものであ
り、前記した硝酸中での耐粒界腐食性および高温純水中
における耐応力腐食割れ性は必ずしも充分となし得な
い。その実施例に見られるように基本合金系はFe−13Cr
−6Si系とFe−18Cr−2Si系に大別されるが、前者の合
金系はCr添加量が15.1wt%以下であり、後者の合金系
についてはSi添加量が2.8wt%以下である。このため、
Cr、Si添加の効果として期待される硝酸中での耐粒界腐
食性および高温純水中における耐応力腐食割れ性の向上
の効果が不十分である。
[0010] The iron-based shape memory alloy disclosed in the first prior art is an iron-based alloy to which both Cr and Si are added for the purpose of improving shape memory characteristics and corrosion resistance. , Co and N are added to the alloy, but have the following problems. In other words, although it is a shape memory alloy with excellent corrosion resistance,
The corrosion resistance was evaluated by a two-year atmospheric exposure test, and the above-mentioned intergranular corrosion resistance in nitric acid and the stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water cannot always be sufficient. As can be seen in the examples, the basic alloy system is Fe-13Cr
-6Si type and Fe-18Cr-2Si type are roughly classified. The former alloy type has a Cr content of 15.1 wt% or less, and the latter alloy type has a Si content of 2.8 wt% or less. is there. For this reason,
The effects of improving the intergranular corrosion resistance in nitric acid and the stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water, which are expected as effects of the addition of Cr and Si, are insufficient.

【0011】また第1従来技術ではCおよびN含有量を
0.1wt%以下に限定しているが、本発明者等の研究によ
ると、CとNの合計含有量が0.01wt%を越えた合金系
では、形状記憶特性を高めるために不可欠な加工熱処理
(たとえば、常温で変形を加えた後に500〜700℃
に加熱する加工熱処理)を施すと、Cr炭化物あるいはCr
窒化物の結晶粒界への析出に伴う粒界からのCrの欠乏に
よるかまたは前記析出物が存在しない場合であっても粒
界へのCあるいはNの偏析により、硝酸中での耐粒界腐
食性および高温純水中での耐応力腐食割れ性の劣化を生
じる。ところが、同従来技術が定める合金成分系におい
てCとNの合計含有量を0.01wt%以下とするために
は、現行の製造技術では高価な原料を用いるしか手段が
なく、非常にコスト高となる。
In the first prior art, the C and N contents are reduced.
Although the content is limited to 0.1 wt% or less, according to the study of the present inventors, in the case of an alloy system in which the total content of C and N exceeds 0.01 wt%, processing which is indispensable for enhancing shape memory characteristics is required. Heat treatment (for example, 500-700 ° C. after deformation at room temperature)
Heat treatment), the Cr carbide or Cr
Due to the lack of Cr from the grain boundaries accompanying the precipitation of nitrides at the grain boundaries, or the segregation of C or N at the grain boundaries even when the precipitates are not present, the grain boundaries in nitric acid Deterioration of corrosiveness and stress corrosion cracking resistance in high temperature pure water. However, in order to make the total content of C and N 0.01% by weight or less in the alloy component system defined by the prior art, there is no other means but to use expensive raw materials in the current production technology, which is extremely costly. Become.

【0012】さらに前記第1従来技術ではCoを任意元素
として添加しているが、実施例に記載されるようにCo含
有量は1.0wt%以上である。したがって、原子力分野の
高温純水中(一次冷却水中)での使用には、放射化の観
点から不適当であり、適用範囲が限定される。
Further, in the first prior art, Co is added as an optional element, but as described in Examples, the Co content is 1.0 wt% or more. Therefore, it is unsuitable for use in high-temperature pure water (primary cooling water) in the field of nuclear power from the viewpoint of activation, and its application range is limited.

【0013】第2従来技術に開示された鉄基形状記憶合
金は、耐食性を向上させる目的でCr含有量を高めてさら
にTi、Zr、V、Nbを添加し、形状記憶特性を高める目的
で高Mn系としたものであるが、この第2従来技術は次の
問題を有している。即ち、まず、Crの含有量を10〜1
7wt%としているものの、実施例ではCr含有量は16wt
%未満である。このため、Cr添加の効果として期待され
る硝酸中での耐粒界腐食性および高温純水中における耐
応力腐食割れ性の向上の効果が不十分である。
The iron-based shape memory alloy disclosed in the second prior art has a high Cr content for the purpose of improving corrosion resistance, and further contains Ti, Zr, V and Nb to enhance the shape memory characteristics. Although it is of the Mn type, the second prior art has the following problems. That is, first, the content of Cr is 10-1.
Although the content is 7 wt%, in the example, the Cr content is 16 wt%.
%. For this reason, the effect of improving the intergranular corrosion resistance in nitric acid and the stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water, which are expected as effects of the addition of Cr, are insufficient.

【0014】またMnの含有量を6.0wt%以上としている
ため、非金属介在物の増加によって高温純水中における
耐応力腐食割れ性が劣化すると同時に、硝酸中での耐粒
界腐食性も劣化する。さらにCo含有量を2.0wt%以上と
しているため、原子力分野の高温純水中(一次冷却水
中)での使用には、放射化の観点から不適当であり、適
用範囲が限定される。
Further, since the content of Mn is 6.0 wt% or more, stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water is deteriorated due to an increase in nonmetallic inclusions, and intergranular corrosion resistance in nitric acid is also improved. to degrade. Furthermore, since the Co content is 2.0 wt% or more, it is not suitable for use in high-temperature pure water (primary cooling water) in the field of nuclear power from the viewpoint of activation, and its application range is limited.

【0015】更に、第3従来技術に開示された合金は耐
応力腐食割れ性に優れた合金であるが、Si含有量が2.9
wt%以下である合金とSi含有量が3.8wt%以上である合
金に大別される。前者はSi含有量が2.9wt%以下である
ため、前述したような環境下における耐粒界腐食性、耐
応力腐食割れ性が不十分である。また後者はオーステナ
イト形成元素合計含有量のフェライト形成元素合計含有
量に対する割合が適切でないため、形状記憶特性が不十
分である。
Further, the alloy disclosed in the third prior art is an alloy excellent in stress corrosion cracking resistance, but has an Si content of 2.9.
The alloys are roughly classified into alloys with wt% or less and alloys with Si content of 3.8 wt% or more. Since the former has a Si content of 2.9 wt% or less, the intergranular corrosion resistance and the stress corrosion cracking resistance under the above-mentioned environment are insufficient. In the latter, the ratio of the total content of austenite-forming elements to the total content of ferrite-forming elements is not appropriate, so that the shape memory properties are insufficient.

【0016】従って、核燃料再処理プラント等の硝酸中
および軽水炉等の高温純水中(一次冷却水中)などにお
いて使用可能な形状記憶特性、耐粒界腐食性および耐応
力腐食割れ性に優れた鉄基形状記憶合金の開発が強く望
まれているが、かかる鉄基形状記憶合金はまだ得られて
いない。
Accordingly, iron having excellent shape memory characteristics, intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, which can be used in nitric acid such as a nuclear fuel reprocessing plant or in high-temperature pure water (primary cooling water) such as a light water reactor. Although there is a strong demand for the development of a base shape memory alloy, such an iron base shape memory alloy has not been obtained yet.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
従来技術における技術的課題を解消することについて検
討を重ね、形状記憶特性、耐粒界腐食性および耐応力腐
食割れ性の何れにおいても優れたFe−Cr−Ni−Si系形状
記憶合金を提供することに成功したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been studied to solve the above-mentioned technical problems in the prior art, and it has been found that any of shape memory characteristics, intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be achieved. It has succeeded in providing an excellent Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy.

【0018】hcp 型鉄基形状記憶合金に、所定温度にお
いて塑性変形を加えると、前記合金の相は、その母相、
即ち、オーステナイトからεマルテンサイトに変態す
る。その母相がこのようにεマルテンサイトに変態した
前記合金を、その後、オーステナイト変態点(以下「Af
点」という)以上で且つAf点近傍の温度に加熱すると、
εマルテンサイトは、その母相、即ち、オーステナイト
に逆変態し、その結果、塑性変形を加えられた前記合金
は、塑性変形を加える前の元の形状に回復する。
When plastic deformation is applied to an hcp-type iron-based shape memory alloy at a predetermined temperature, the phase of the alloy becomes its parent phase,
That is, austenite is transformed into ε martensite. The alloy whose matrix was transformed to ε martensite in this manner was then transformed into an austenite transformation point (hereinafter “Af
Point)) and heating to a temperature near the Af point,
The ε-martensite is transformed back into its parent phase, ie austenite, so that the plastically deformed alloy recovers its original shape before plastic deformation.

【0019】上述したhcp 型鉄基形状記憶合金に優れた
形状記憶特性を発揮させるためには、下記条件を夫々満
たす必要がある。
In order for the hcp-type iron-based shape memory alloy to exhibit excellent shape memory characteristics, the following conditions must be satisfied.

【0020】(1) 前記合金に所定温度において塑性変形
を加える前の、前記合金の母相は、主としてオーステナ
イトからなることが必要である。上述した所定温度と
は、前記合金にその温度において塑性変形を加えると、
母相からεマルテンサイトに変態することができる温度
を言う。
(1) Before subjecting the alloy to plastic deformation at a predetermined temperature, the parent phase of the alloy needs to be mainly composed of austenite. The above-mentioned predetermined temperature, when plastic deformation is applied to the alloy at that temperature,
The temperature at which the parent phase can be transformed into ε martensite.

【0021】(2) オーステナイトの積層欠陥エネルギー
は、低くなければならない。更に、前記合金に塑性変形
を加えることによって、その母相からεマルテンサイト
のみに変態することを必要とし、α′マルテンサイトに
変態してはならない。
(2) The stacking fault energy of austenite must be low. Further, by subjecting the alloy to plastic deformation, it is necessary to transform from its parent phase to only ε martensite and not to α ′ martensite.

【0022】(3) オーステナイトの降伏強度は、高くな
ければならない。更に、前記合金に塑性変形を加えたと
きに、前記合金の結晶構造中にすべり変形が生じてはな
らない。
(3) The yield strength of austenite must be high. Furthermore, when plastic deformation is applied to the alloy, no slip deformation must occur in the crystal structure of the alloy.

【0023】本発明は上記したような各条件を満足し、
しかも上述したような従来技術の課題を解決することに
成功したものであって、以下の如くである。
The present invention satisfies each of the above conditions,
In addition, the present invention has succeeded in solving the problems of the prior art as described above, and is as follows.

【0024】(1) wt%で、Cr:16.0〜21.0%、Si:
3.0〜7.0%、Ni:11.0〜21.0%を含有し、しか
も、Ti:0.01〜1.0%、Zr:0.01〜2.0%、Hf:0.
01〜2.0%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜2.0
%、Ta:0.01〜2.0%の何れか1種または2種以上を
含有すると共にNiwt%≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+
Hf+V+Nb+Ta))−3}wt%であり、かつ0.02wt%≦
{Ti+V+0.5(Zr+Nb) +0.25(Hf +Ta) }wt%≦2.0
wt%であって、残部がFeおよび不可避不純物からなるこ
とを特徴とする耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性に
優れたFe−Cr−Ni−Si系形状記憶合金。
(1) In wt%, Cr: 16.0 to 21.0%, Si:
3.0 to 7.0%, Ni: 11.0 to 21.0%, Ti: 0.01 to 1.0%, Zr: 0.01 to 2.0%, Hf: 0 .
01-2.0%, V: 0.01-1.0%, Nb: 0.01-2.0
%, Ta: 0.01 to 2.0%, and Niwt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr +
Hf + V + Nb + Ta))-3} wt% and 0.02wt% ≦
{Ti + V + 0.5 (Zr + Nb) +0.25 (Hf + Ta)} wt% ≦ 2.0
An Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, which is wt%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.

【0025】(2) wt%で、Cr:16.0〜21.0%、Si:
3.0〜7.0%、Ni:11.0〜21.0%を含有し、しか
も、 Mn:0.〜5.0%、Cu:0.1〜1.0%、N:0.001〜
0.1%、Mo:0.1〜3.0%、W:0.1〜3.0% の何れか1種または2種以上を含有し、更に、 Ti:0.01〜1.0%、Zr:0.01〜2.0%、Hf:0.01
〜2.0%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜2.0%、
Ta:0.01〜2.0% の何れか1種または2種以上を含有すると共に、 (Ni+0.5Mn +0.06Cu+0.002(C+N))wt% ≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+Hf+V+Nb+Ta) +Mo+W)−3}wt% であり、かつ 0.02wt%≦{Ti+V+0.5(Zr+Nb) +0.25(Hf +Ta) }wt%≦2.0 wt% であって、残部がFeおよび不可避不純物からなることを
特徴とする耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性に優れ
たFe−Cr−Ni−Si系形状記憶合金。
(2) Cr: 16.0 to 21.0% in wt%, Si:
3.0 to 7.0% Ni: contained 11.0 to 21.0%, yet, Mn:. 0 1 ~5.0% , Cu: 0.1~1.0%, N: 0 .001-
0.1%, Mo: 0.1 to 3.0%, W: 0.1 to 3.0%, and Ti: 0.01 to 1.0. %, Zr: 0.01 to 2.0%, Hf: 0.01
22.0%, V: 0.01 to 1.0%, Nb: 0.01 to 2.0%,
Ta: 0.01 to 2.0% and any one or more of them, and (Ni + 0.5Mn + 0.06Cu + 0.002 (C + N)) wt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta) + Mo + W) -3} wt%, and 0.02wt% ≦ {Ti + V + 0.5 (Zr + Nb) +0.25 (Hf + Ta)} wt% ≦ 2.0wt%, with the balance being Fe and inevitable impurities. Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy with excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.

【0026】[0026]

【作用】上記したような本発明の鉄基形状記憶合金につ
いて、先ずその化学成分組成を、前記範囲内に限定した
理由を述べると以下の如くである。
The reasons why the chemical composition of the iron-based shape memory alloy of the present invention is limited to the above range are as follows.

【0027】(1)Cr:Crには、オーステナイトの積層
欠陥エネルギーを低下させ、且つオーステナイトの降伏
強度を高める作用があり、形状記憶特性を向上させる。
更にCrには合金の耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性
を向上させる作用がある。このCrの含有量が16.0wt%
未満では、これらの作用に所望の結果が得られないた
め、下限を16.0wt%とした。一方、Crの含有量が21.
0wt%を超えることは経済的に不利であるから、Cr含有
量は16.0〜21.0wt%の範囲内に限定すべきである。
(1) Cr: Cr has the effect of lowering the stacking fault energy of austenite and increasing the yield strength of austenite, improving the shape memory characteristics.
Further, Cr has an effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance of the alloy. This Cr content is 16.0wt%
If it is less than 1, desired results cannot be obtained for these effects, so the lower limit was set to 16.0 wt%. On the other hand, the content of Cr is 21.
Since exceeding 0 wt% is economically disadvantageous, the Cr content should be limited to the range of 16.0 to 21.0 wt%.

【0028】(2)Si:Siには、オーステナイトの積層
欠陥エネルギーを低下させ、且つオーステナイトの降伏
強度を高める作用があるため形状記憶特性を向上させ
る。更にSiには耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性を高め
る作用もある。しかしながら、Si含有量が3.0wt%未満
では、上述した作用に所望の結果が得られない。一方、
Si含有量が7.0wt%を超えると、合金の延性が著しく低
下し、そして、合金の熱間加工性およよひ冷間加工性が
著しく悪化する。したがって、Si含有量は、3.0〜7.0
wt%の範囲内に限定する。
(2) Si: Si has the effect of lowering the stacking fault energy of austenite and increasing the yield strength of austenite, and thus improves the shape memory characteristics. Further, Si also has the effect of increasing the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. However, if the Si content is less than 3.0% by weight, desired effects cannot be obtained in the above-described operation. on the other hand,
If the Si content exceeds 7.0 wt%, the ductility of the alloy is significantly reduced, and the hot workability and cold workability of the alloy are significantly deteriorated. Therefore, the Si content is 3.0 to 7.0.
Limited to the range of wt%.

【0029】(3)Ni:Niは、オーステナイトを形成す
る強力な元素であり、このNiには、合金に塑性変形を加
える前の、合金の母相を、主としてオーステナイトにす
る作用がある。このようなNi含有量が11.0wt%未満で
は、上述した作用による所望の効果が得られないため、
下限を11.0wt%とした。一方、Ni含有量が21.0wt%
を超えると、εマルテンサイトの変態点(以下「Ms点」
という)が低温域に著しく移行し、それによって、合金
の塑性変形を加える温度が著しく低くなり、また、形状
記憶特性を劣化させるため、上限を21.0wt%とした。
したがって、Ni含有量は、11.0〜21.0wt%の範囲内
に限定することが必要である。
(3) Ni: Ni is a powerful element that forms austenite, and this Ni has the function of mainly converting the parent phase of the alloy to austenite before plastic deformation is applied to the alloy. If the Ni content is less than 11.0% by weight, the desired effects due to the above-described effects cannot be obtained.
The lower limit was 11.0 wt%. On the other hand, Ni content is 21.0wt%
Exceeds the transformation point of ε-martensite (hereinafter “Ms point”).
) Significantly shifted to a low temperature range, whereby the temperature at which plastic deformation of the alloy was applied was significantly lowered, and the shape memory property was deteriorated. Therefore, the upper limit was set to 21.0 wt%.
Therefore, it is necessary to limit the Ni content within the range of 11.0 to 21.0 wt%.

【0030】本発明においては上記したCr、Si、Niに加
えて下記する元素の少なくとも1種以上を添加すること
ができる。
In the present invention, at least one of the following elements can be added in addition to Cr, Si and Ni described above.

【0031】(4)Mn:Mnは、オーステナイトを形成す
る強力な元素であり、このMnには、合金に塑性変形を加
える前の母相を、主としてオーステナイトにする作用が
ある。しかし、このMn含有量が0.1wt%未満では、この
ような作用を適切に得られず、一方、Mn含有量が5.0wt
%を超えると、耐粒界腐食性を劣化させ、またσ相の生
成を著しく容易にして形状記憶特性を劣化させるので、
上限を5.0wt%とした。即ち、Mn含有量は、0.1〜5.0
wt%の範囲内に限定することが必要である。
(4) Mn: Mn is a powerful element that forms austenite, and this Mn has an action of mainly turning a parent phase before plastic deformation is applied to the alloy into austenite. However, if the Mn content is less than 0.1 wt%, such an effect cannot be obtained properly, while the Mn content is 5.0 wt%.
%, The intergranular corrosion resistance is deteriorated, and the formation of the σ phase is remarkably facilitated to deteriorate the shape memory characteristics.
The upper limit was 5.0 wt%. That is, the Mn content is 0.1 to 5.0.
It is necessary to limit it to the range of wt%.

【0032】(5)Cu:Cuは、オーステナイト形成元素
であり、そして、Cuには、塑性変形を加える前の、合金
の母相を、主としてオーステナイトにする作用がある。
また、Cuの微量添加には、合金の耐孔食性を向上させる
作用がある。しかしながら、このCu含有量が0.1wt%未
満では、これらの作用による所望の効果が得られない。
一方、Cu含有量が1.0wt%を超えると、εマルテンサイ
トの形成が阻害され、形状記憶特性を劣化させる。その
理由は、Cuには、オーステナイトの積層欠陥エネルギー
を高める作用があるからであり、したがって、Cu含有量
は、0.1〜1.0wt%の範囲内に限定すべきである。
(5) Cu: Cu is an austenite-forming element, and Cu has an effect of mainly converting the parent phase of the alloy to austenite before plastic deformation is applied.
The addition of a small amount of Cu has an effect of improving the pitting corrosion resistance of the alloy. However, if the Cu content is less than 0.1% by weight, desired effects due to these effects cannot be obtained.
On the other hand, if the Cu content exceeds 1.0% by weight, the formation of ε martensite is hindered, and the shape memory characteristics deteriorate. The reason is that Cu has an effect of increasing the stacking fault energy of austenite, and therefore, the Cu content should be limited to the range of 0.1 to 1.0 wt%.

【0033】(6)N:Nは、オーステナイト形成元素
であり、このNには合金に塑性変形を加える前の、合金
の母相を、主としてオーステナイトにする作用がある。
さらに、Nの微量添加は、合金の耐孔食性を向上させ、
オーステナイトの降伏強度を高める作用がある。N含有
量が0.001wt%未満では、これらの作用を適切に得る
ことはできず、一方、N含有量が0.100wt%を越える
と、CrおよびSiの窒化物が形成しやすくなり、合金の形
状記憶特性が劣化する。同時に、硝酸中での耐粒界腐食
性および高温純水中での耐応力腐食割れ性が劣化し、後
述のTi、Zr、Hf、V、Nb、Taを本発明の範囲内で添加し
ても、十分な改善が得られなくなる。したがって、N含
有量は、0.001〜0.100wt%の範囲に限定した。
(6) N: N is an austenite-forming element, and this N has the function of mainly converting the parent phase of the alloy to austenite before plastic deformation is applied to the alloy.
Furthermore, the addition of a small amount of N improves the pitting resistance of the alloy,
It has the effect of increasing the yield strength of austenite. If the N content is less than 0.001 wt%, these effects cannot be obtained properly. On the other hand, if the N content exceeds 0.100 wt%, nitrides of Cr and Si tend to be formed, and Deteriorates the shape memory characteristics. At the same time, the intergranular corrosion resistance in nitric acid and the stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water deteriorate, and Ti, Zr, Hf, V, Nb, and Ta described below are added within the scope of the present invention. However, sufficient improvement cannot be obtained. Therefore, the N content was limited to the range of 0.001 to 0.100 wt%.

【0034】(7)Mo:Moは、耐粒界腐食性および耐応
力腐食割れ性を向上させるのに有効な元素であり、0.1
wt%未満ではこれらの効果が不十分であるため、下限を
0.1wt%とした。しかし、3.0wt%を超える添加は形状
記憶特性を劣化させる。したがって、上限を3.0wt%と
する。
(7) Mo: Mo is an element effective for improving intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.
If the amount is less than wt%, these effects are insufficient.
0.1 wt%. However, the addition exceeding 3.0 wt% deteriorates shape memory characteristics. Therefore, the upper limit is set to 3.0 wt%.

【0035】(8)W:Wは、耐粒界腐食性および耐応
力腐食割れ性を向上させるのに有効な元素であって、0.
1wt%未満ではその効果が不十分であり、一方3.0wt%
を超える添加は形状記憶特性を劣化させるので、0.1〜
3.0wt%とした。
(8) W: W is an element effective for improving intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.
If it is less than 1 wt%, the effect is insufficient, while 3.0 wt%
Addition of more than 0.1 degrades shape memory properties,
3.0 wt%.

【0036】(9)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta:これらの
元素はいずれも強力なCおよびN安定化元素であり、結
晶粒界へのCr炭化物あるいはCr窒化物の析出を抑えるこ
とによって、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣
化を抑制する効果を有する。さらに本発明者らは、Cお
よびNの合計含有量が0.01wt%を越えると、該合計含
有量が充分に低く(たとえば0.02wt%)Cr炭化物ある
いはCr窒化物の析出を生じない場合であっても、形状記
憶特性を高めるために不可欠な加工熱処理(たとえば、
常温で変形を加えた後に500〜700℃に加熱する加
工熱処理)によって硝酸中での耐粒界腐食性および高温
純水中における耐応力腐食割れ性の劣化を生じ、かつこ
れらの特性劣化に対してもCおよびN安定化元素の添加
が有効であることを見出した。これらの元素の添加によ
る充分な改善効果を得るためには、何れも0.01wt%以
上添加する必要があり、かつ0.02wt%≦{Ti+V+0.5
(Zr+Nb) +0.25(Hf +Ta) }wt%≦2.0 wt%を満足し
なければならない。ただしこれらの元素はいずれもフェ
ライト形成元素であるため、多量に添加すると形状記憶
特性が劣化するとともに熱間加工性および溶接性も劣化
するので、TiおよびVは上限を1.0wt%、その他の元素
は上限を2.0wt%とする。
(9) Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta: These elements are all strong C and N stabilizing elements and suppress the precipitation of Cr carbide or Cr nitride at crystal grain boundaries. This has the effect of suppressing deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. Furthermore, the present inventors consider that when the total content of C and N exceeds 0.01 wt%, the total content is sufficiently low (for example, 0.02 wt%) to prevent precipitation of Cr carbide or Cr nitride. However, the processing heat treatment (for example,
Deformation at room temperature, followed by heating to 500 to 700 ° C) results in deterioration of intergranular corrosion resistance in nitric acid and stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water. It has been found that the addition of C and N stabilizing elements is effective. In order to obtain a sufficient improvement effect by the addition of these elements, it is necessary to add 0.01% by weight or more of all elements, and 0.02% by weight ≦ Ti + V + 0.5
(Zr + Nb) +0.25 (Hf + Ta)} wt% ≦ 2.0wt%. However, since all of these elements are ferrite forming elements, if added in large amounts, the shape memory characteristics deteriorate and the hot workability and weldability also deteriorate. Therefore, the upper limit of Ti and V is 1.0 wt%. The upper limit of the element is 2.0 wt%.

【0037】(10) 不純物元素であるP、Sは、多量に
含有すると熱間加工性および靭性を劣化させるのでいず
れも0.1wt%以下とする必要がある。不純物元素である
Cについては、0.1wt%以上含有すると前述のTi、Zr、
Hf、V、Nb、Taを本発明の範囲内で添加しても、硝酸中
での耐粒界腐食性および高温純水中での耐応力腐食割れ
性の十分な改善が得られなくなるので、0.1wt%以下と
する必要がある。Nについては、不純物元素として含有
する場合には、上記のCと同様な理由で、0.1wt%以下
に限定する必要がある。不純物元素であるCoは、原子力
分野において代表される高温純水(一次冷却水)中など
の環境での放射化の問題を考慮し、0.1wt%以下とする
ことが望ましい。
(10) P and S which are impurity elements, if contained in large amounts, degrade hot workability and toughness. Therefore, it is necessary that both of them be 0.1 wt% or less. As for C, which is an impurity element, the content of Ti, Zr,
Even if Hf, V, Nb, and Ta are added within the range of the present invention, sufficient improvement in intergranular corrosion resistance in nitric acid and stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water cannot be obtained. It must be 0.1 wt% or less. When N is contained as an impurity element, it must be limited to 0.1 wt% or less for the same reason as that of C described above. Considering the problem of activation in an environment such as high-temperature pure water (primary cooling water) typified in the field of nuclear power, Co, which is an impurity element, is desirably 0.1 wt% or less.

【0038】(11) オーステナイト形成元素の合計含有
量の、フェライト形成元素の合計含有量に対する割合:
本発明においては、上述したように、合金に所定の温度
において塑性変形を加える前の、合金の母相は、主とし
てオーステナイトからなることが、絶対に必要である。
したがって、この発明においては、その化学成分組成に
対する上述した限定に加えて、下式を満足させる必要が
ある。 Ni wt %≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+Hf+V+Nb+Ta))−3}wt% (Ni+0.5Mn+0.06Cu+0.002(C+N))wt % ≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+Hf+V+Nb+Ta) +Mo+W)−3}wt% 即ち、上述した式を満足させることによって、合金に所
定温度において塑性変形を加える前の、合金の母相を、
主としてオーステナイトにすることができる。
(11) The ratio of the total content of austenite-forming elements to the total content of ferrite-forming elements:
In the present invention, as described above, it is absolutely necessary that the parent phase of the alloy be mainly composed of austenite before plastic deformation is applied to the alloy at a predetermined temperature.
Therefore, in the present invention, it is necessary to satisfy the following expression in addition to the above-mentioned limitation on the chemical component composition. Ni wt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta))-3} wt% (Ni + 0.5Mn + 0.06Cu + 0.002 (C + N)) wt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta) + Mo + W) -3} wt% That is, by satisfying the above equation, the parent phase of the alloy before subjecting the alloy to plastic deformation at a predetermined temperature is
It can be mainly austenite.

【0039】[0039]

【実施例】本発明によるものの具体的な実施例について
説明する。本発明者等は次の表1に示すような本発明に
よる合金鋼(No.1〜20) および本発明の範囲外の化学成
分組成をもった比較合金鋼(No.21〜31) を各々真空下の
溶解炉内において溶解し、インゴットに鋳造した。この
ようにして得られたインゴットを1100〜1200℃
の範囲内の温度に加熱し、次いで、12mmの厚さにまで
熱間圧延して供試体とした。各供試体について、形状記
憶特性、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性を以下に
述べる試験によって調べた。これらの試験の結果は表2
に示すとおりである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described. The present inventors prepared an alloy steel according to the present invention (No. 1 to 20) as shown in Table 1 below and a comparative alloy steel (No. 21 to 31) having a chemical composition outside the scope of the present invention. It was melted in a melting furnace under vacuum and cast into ingots. The ingot obtained in this way is 1100 to 1200 ° C.
, And then hot-rolled to a thickness of 12 mm to obtain a specimen. The shape memory characteristics, intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance of each specimen were examined by the tests described below. Table 2 shows the results of these tests.
As shown in FIG.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】前記表2における各特性については以下の
如くである。
Each characteristic in Table 2 is as follows.

【0043】(1) 形状記憶特性 本発明供試合金No.1〜20、および比較合金No.21 〜30の
各々から、直径6mmおよび標点間距離30mmの丸棒状の
試験片を切り出し、このように切り出した試験片の各々
に、−196℃において、4%の引張り歪みを付加し、
次いで、各試験片を、Af点以上で且つAf点近傍の所定温
度(300℃以上)に加熱し、前記引張り歪みを付加し
そして加熱した後の各試験片の標点間距離を測定し、標
点間の測定結果に基づいて、形状回復率を下記する計算
式で算出して、各供試合金の形状記憶特性を評価した
(Ms点は、厳密に言えば各供試合金ごとに若干異なる
が、塑性変形を加えるのに最適な温度は−196℃とし
て各試験ごとに統一した)。
(1) Shape Memory Characteristics A round bar-shaped test piece having a diameter of 6 mm and a distance between gauges of 30 mm was cut out from each of the present invention Nos. 1-20 and comparative alloys Nos. 21-30. Each of the test pieces cut as described above was subjected to a tensile strain of 4% at -196 ° C,
Next, each test piece was heated to a predetermined temperature (300 ° C. or more) at or above the Af point and near the Af point, the tensile strain was applied, and the distance between the gauge points of each test piece after heating was measured. Based on the measurement results between the benchmarks, the shape recovery rate was calculated by the following formula, and the shape memory characteristics of each match were evaluated (Ms point was slightly different for each match. Although different, the optimal temperature for applying plastic deformation was -196 ° C, which was standardized for each test).

【0044】上述した形状記憶特性試験の結果は前記表
2の「形状記憶特性」の欄および本発明合金No.1〜8と
比較合金 No.21〜24について図1に示した。ここで用い
た形状記憶特性の評価基準は、次のとおりである。 ◎:形状回復率が、70%以上 ○:形状回復率が、30〜70%未満 ×:形状回復率が、30%未満 ただし、L0 :試験片の最初の標点間距離 L1 :引張り歪みを付加した後の試験片の標点間距離 L2 :加熱後の試験片の標点間距離
The results of the above shape memory property test are shown in the column of "shape memory property" in Table 2 and in FIG. 1 for alloys Nos. 1 to 8 of the present invention and comparative alloys Nos. 21 to 24. The evaluation criteria of the shape memory characteristics used here are as follows. ◎: Shape recovery rate is 70% or more :: Shape recovery rate is 30 to less than 70% ×: Shape recovery rate is less than 30% Here, L 0 : distance between the first gauges of the test piece L 1 : distance between the gauges of the test piece after tensile strain is applied L 2 : distance between the gauges of the test piece after heating

【0045】図1において、横軸はSi含有量(wt%)、
縦軸はCr含有量(wt%)を示すが、この図1で点線で囲
んだ範囲は、Cr含有量およびSi含有量がこの発明の範囲
内にあることを示し、また、「◎」印は形状回復率が7
0%以上認められたこと、「○」印は形状回復率が30
%以上70%未満認められたことを示すもので、「×」
印は形状回復率が30%未満であることを示す。図1か
ら明らかなように、11.0〜21.0wt%の範囲内のNi含
有量、16.0〜21.0wt%の範囲内のCr含有量および3.
0〜7.0wt%の範囲内のSi含有量を有する供試合金は、
優れた形状記憶特性を示している。
In FIG. 1, the horizontal axis is the Si content (wt%),
The vertical axis indicates the Cr content (wt%). The range surrounded by the dotted line in FIG. 1 indicates that the Cr content and the Si content are within the range of the present invention, Has a shape recovery rate of 7
0% or more was recognized, and the mark “O” indicates that the shape recovery rate was 30.
% Or more and less than 70%, "X"
The mark indicates that the shape recovery rate is less than 30%. As is apparent from FIG. 1, the Ni content in the range of 11.0 to 21.0 wt%, the Cr content in the range of 6.0 to 21.0 wt%, and 3.0.
A match with a Si content in the range of 0-7.0 wt%
It shows excellent shape memory properties.

【0046】本発明の範囲外である1.8wt%のSiを含有
する比較合金「23」は、極めて低い形状記憶特性しか
有していない。また2.6wt%のSiを含有する比較合金
「24」は「○」印となるの形状記憶特性を示すもの
の、本発明合金の評価に比べて劣り、かつ後述する耐粒
界腐食性または耐応力腐食割れ性が劣る。なお、図1に
おいて本発明の範囲外である比較合金「21」および
「22」についても充分な形状記憶特性が得られている
が、後述する耐粒界腐食性または耐応力腐食割れ性が劣
る。
The comparative alloy "23" containing 1.8 wt% Si, which is outside the scope of the present invention, has very low shape memory properties. The comparative alloy “24” containing 2.6 wt% of Si shows the shape memory characteristics marked with “○”, but is inferior to the evaluation of the alloy of the present invention, and has the intergranular corrosion resistance or the Poor stress corrosion cracking. Although the comparative alloys "21" and "22" which are out of the range of the present invention in FIG. 1 also have sufficient shape memory characteristics, they have poor intergranular corrosion resistance or stress corrosion cracking resistance described later. .

【0047】(2) 耐粒界腐食性 本発明合金No.1〜20および比較合金 No.21〜30の各々に
ついて、厚さ4mm、幅20mm、長さ100mmの板状試験
片を切り出し、常温における4%の引張り歪と600℃
での加熱を3回繰り返した。その後、同板状試験片から
厚さ2mm、幅15mm、長さ20mmの腐食試験用板状試験
片を切り出し、表面を#600まで湿式研磨して、沸騰
した40%硝酸中に浸漬した。5日間浸漬した後に試験
片断面を光学顕微鏡にて観察し、粒界の最大侵食深さを
調べることによって耐粒界腐食性を評価した。耐粒界腐
食性試験の結果は前記表2の「耐粒界腐食性」の欄およ
び本発明合金No.1〜8と比較合金 No.21〜24について図
2に示した。
(2) Intergranular Corrosion Resistance For each of the alloy Nos. 1 to 20 of the present invention and the comparative alloys Nos. 21 to 30, plate specimens having a thickness of 4 mm, a width of 20 mm, and a length of 100 mm were cut out, 4% tensile strain at 600 ° C
Was repeated three times. Thereafter, a plate test piece for corrosion test having a thickness of 2 mm, a width of 15 mm and a length of 20 mm was cut out from the plate test piece, the surface was wet-polished to # 600, and immersed in boiling 40% nitric acid. After immersion for 5 days, the cross section of the test piece was observed with an optical microscope, and the maximum erosion depth of the grain boundary was examined to evaluate the intergranular corrosion resistance. The results of the intergranular corrosion resistance test are shown in the column of “Intergranular corrosion resistance” in Table 2 above and FIG. 2 for the alloys Nos. 1 to 8 of the present invention and comparative alloys Nos. 21 to 24.

【0048】耐粒界腐食性の評価基準は、次のとおりで
ある。 ◎:最大侵食深さが、10μm未満 ○:最大侵食深さが、10μm以上、30μm未満 ×:最大侵食深さが、30μm以上
The evaluation criteria for intergranular corrosion resistance are as follows. :: Maximum pit depth is less than 10 μm ○: Maximum pit depth is 10 μm or more and less than 30 μm ×: Maximum pit depth is 30 μm or more

【0049】表1,表2および図2から明らかなよう
に、11.0〜21.0wt%の範囲内のNi含有量、16.0〜
21.0wt%の範囲内のCr含有量および3.0〜7.0wt%の
範囲内のSi含有量を有する合金は、優れた耐粒界腐食性
を示している。
As is clear from Tables 1 and 2 and FIG. 2, the Ni content in the range of 11.0 to 21.0 wt%, 16.0 to
Alloys with a Cr content in the range of 21.0 wt% and a Si content in the range of 3.0-7.0 wt% show excellent intergranular corrosion resistance.

【0050】本発明の範囲外である16.0wt%未満のCr
を含有する比較合金「21」および「22」、1.8wt%
のSiを含有する比較合金「23」、Ti等のCおよびN安
定化元素の添加量が不足あるいは添加がなされていない
比較合金「25」、「26」および「27」、および5.
0wt%を越えてMnを添加した比較合金「28」はいずれ
も耐粒界腐食性が劣る。Si含有量が2.6wt%である比較
合金「24」の評価は「○」印であるが、後述する耐応
力腐食割れ性が劣る。また、MoおよびWをそれぞれ3.0
wt%以上添加した比較合金「29」および「30」は、
優れた耐粒界腐食性を示すが、形状記憶特性が充分では
ない。
Less than 16.0 wt% Cr outside the scope of the present invention
Alloys "21" and "22" containing 1.8% by weight
Comparative alloys containing Si "23", comparative alloys "25", "26" and "27" with insufficient or unadded amounts of C and N stabilizing elements such as Ti, and 5.
All of the comparative alloys "28" to which Mn was added in excess of 0 wt% had poor intergranular corrosion resistance. The evaluation of the comparative alloy “24” having a Si content of 2.6 wt% is indicated by “○”, but the stress corrosion cracking resistance described later is inferior. Mo and W are each 3.0
Comparative alloys “29” and “30” added at wt% or more are:
Although it shows excellent intergranular corrosion resistance, its shape memory properties are not sufficient.

【0051】(3) 耐応力腐食割れ性 本発明合金No.1〜20および比較合金 No.21〜30の各々に
ついて、厚さ4mm、幅20mm、長さ100mmの板状試験
片を切り出し、常温における4%の引張り歪と600℃
での加熱を3回繰り返した。その後、同板状試験片から
図3に示す試験片を切り出し、このように切り出した試
験片の各々を、図4に示すようなホルダー3にセットし
た後、試験片1にストレインゲージ2を貼付し、締めつ
けボルト4を押し込んで所定の応力(降伏応力)に相当
するひずみを与える。然して、次の表3に示す応力腐食
割れ性試験条件下に浸漬し、3000時間経過後の試験
片表面の亀裂発生の有無を確認して、各合金の耐応力腐
食割れ性を評価した。
(3) Resistance to Stress Corrosion Cracking For each of the alloys Nos. 1 to 20 of the present invention and comparative alloys Nos. 21 to 30, a plate-like test piece having a thickness of 4 mm, a width of 20 mm and a length of 100 mm was cut out and subjected to room temperature. 4% tensile strain at 600 ° C
Was repeated three times. Thereafter, the test piece shown in FIG. 3 was cut out from the plate-like test piece, and each of the test pieces cut out in this manner was set in a holder 3 as shown in FIG. 4, and then a strain gauge 2 was attached to the test piece 1. Then, the fastening bolt 4 is pushed in to apply a strain corresponding to a predetermined stress (yield stress). Then, the specimen was immersed under the stress corrosion cracking test conditions shown in the following Table 3, and after 3000 hours, the presence or absence of cracks on the test piece surface was confirmed, and the stress corrosion cracking resistance of each alloy was evaluated.

【0052】[0052]

【表3】 [Table 3]

【0053】上述した応力腐食割れ試験結果は、同じく
表2の「耐応力腐食割れ性」の欄および本発明合金No.1
〜8と比較合金 No.21〜24について図3に示したが、上
記応力腐食割れ試験における亀裂発生の評価基準は、次
のとおりである。 ○:亀裂発生が認められない(割れなし)。 ×:亀裂発生が認められる(割れ発生)。
The results of the stress corrosion cracking test described above are also shown in the column of “stress corrosion cracking resistance” in Table 2 and the alloy No. 1 of the present invention.
FIG. 3 shows Nos. 8 to 8 and Comparative Alloy Nos. 21 to 24. The evaluation criteria for crack generation in the stress corrosion cracking test are as follows. :: No crack generation was observed (no crack). X: Crack generation is observed (crack generation).

【0054】図5には本発明の実施例によるFe−Cr−Ni
−Si系形状記憶合金におけるCr、Si含有量の耐粒界腐食
性に及ぼす影響が示されているが、この図5において、
横軸はSi含有量(wt%)を示し、縦軸はCr含有量(wt
%)を示すが、この図5において、点線で囲んだ範囲
は、Cr含有量およびSi含有量が本発明の範囲内にあるこ
とを示す。また、図5において、「○」印は、割れが認
められなかったことを示し、「×」印は、割れが認めら
れたことを示す。
FIG. 5 shows a Fe—Cr—Ni according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the effect of Cr and Si contents on intergranular corrosion resistance in the Si-based shape memory alloy.
The horizontal axis shows the Si content (wt%), and the vertical axis shows the Cr content (wt%).
5), the range surrounded by the dotted line in FIG. 5 indicates that the Cr content and the Si content are within the range of the present invention. Further, in FIG. 5, a mark “○” indicates that no crack was recognized, and a mark “x” indicates that a crack was recognized.

【0055】表1,表2および図5から明らかなよう
に、11.0〜21.0wt%の範囲内のNi含有量、16.0〜
21.0wt%の範囲内のCr含有量および3.0〜7.0wt%の
範囲内のSi含有量を有する合金は、何れも優れた耐応力
腐食割れ性を示している。これに対し、本発明の範囲外
である16.0wt%未満のCrを含有する比較合金「21」
および「22」、1.8wt%のSiを含有する比較合金「2
3」、2.6wt%のSiを含有する比較合金「24」、Ti等
のCおよびN安定化元素の添加量が不足あるいは添加が
なされていない比較合金「25」、「26」および「2
7」、および5.0wt%を越えてMnを添加した比較合金
「28」はいずれも耐応力腐食割れ性が劣る。また、Mo
およびWをそれぞれ3.0wt%以上添加した比較合金「2
9」および「30」は、優れた耐応力腐食割れ性を示す
が、形状記憶特性が充分ではない。
As apparent from Tables 1 and 2 and FIG. 5, the Ni content in the range of 11.0 to 21.0 wt%, 16.0 to
All alloys with a Cr content in the range of 21.0 wt% and a Si content in the range of 3.0-7.0 wt% show excellent stress corrosion cracking resistance. On the other hand, the comparative alloy “21” containing less than 16.0 wt% of Cr, which is outside the scope of the present invention.
And “22”, a comparative alloy “2” containing 1.8 wt% Si
3 ", comparative alloy" 24 "containing 2.6 wt% Si, comparative alloys" 25 "," 26 "and" 2 "in which the amounts of C and N stabilizing elements such as Ti are insufficient or not added.
7 "and the comparative alloy" 28 "to which Mn was added in excess of 5.0 wt% both had poor stress corrosion cracking resistance. Also, Mo
Alloy “2” containing 3.0 wt% or more of W and W, respectively.
"9" and "30" show excellent stress corrosion cracking resistance, but have insufficient shape memory properties.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、この発明のFe−Cr
−Ni−Si系形状記憶合金は、形状記憶特性、硝酸中での
耐粒界腐食性および高温純水中での耐応力腐食割れ性の
何れにおいても優れており、従って核燃料再処理プラン
ト等の硝酸中および軽水炉等の高温純水(一次冷却水)
中等における構造用材料として使用するのに適し、また
原子力分野以外においても管継手や種々の締付装置など
における材料、アクチュエータ、生体用材料などの広い
分野での使用に適しており、しかもその製造費を低減す
ることができるなどの効果を有していて、工業的にその
効果の大きい発明である。
As described above, the Fe-Cr of the present invention can be used.
-Ni-Si based shape memory alloys are excellent in shape memory properties, intergranular corrosion resistance in nitric acid, and stress corrosion cracking resistance in high-temperature pure water. High temperature pure water in nitric acid and light water reactors (primary cooling water)
It is suitable for use as a structural material in the middle and other fields, and is also suitable for use in a wide range of fields other than nuclear power, such as materials for pipe joints and various fastening devices, actuators, and biomaterials. This is an invention that has effects such as cost reduction and is industrially significant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係るFe−Cr−Ni−Si系形状記
憶合金におけるCr、Si含有量が形状記憶特性に及ぼす影
響を示した図表である。
FIG. 1 is a table showing the effect of Cr and Si contents on shape memory characteristics in an Fe—Cr—Ni—Si shape memory alloy according to an example of the present invention.

【図2】同じく本発明の実施例に係るFe−Cr−Ni−Si系
形状記憶合金におけるCr、Si含有量が耐粒界腐食性に及
ぼす影響を示した図表である。
FIG. 2 is a chart showing the effect of the Cr and Si contents on the intergranular corrosion resistance in the Fe—Cr—Ni—Si based shape memory alloy according to the example of the present invention.

【図3】本発明の実施例において用いた応力腐食割れ試
験片の形状説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a shape of a stress corrosion cracking test piece used in an example of the present invention.

【図4】本発明の実施例において用いた応力腐食割れ試
験片の応力負荷方法の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method of applying a stress to a stress corrosion cracking test piece used in an example of the present invention.

【図5】本発明の実施例に係るFe−Cr−Ni−Si系形状記
憶合金におけるCr、Si含有量が耐応力腐食割れ性に及ぼ
す影響を示した図表である。
FIG. 5 is a table showing the influence of Cr and Si contents on stress corrosion cracking resistance in the Fe—Cr—Ni—Si shape memory alloy according to the example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試験片 2 ストレインゲージ 3 ホルダー 4 締付ボルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test piece 2 Strain gauge 3 Holder 4 Tightening bolt

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 尚武 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番 1号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 稲積 透 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 森谷 豊 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 鈴木 治雄 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 正村 克身 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 山田 武海 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naotake Ito 1-1-1, Wadazakicho, Hyogo-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture Inside Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Toru Inazumi Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 1-2, Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Moriya 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan (72) Inventor Haruo Suzuki 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Katsumi Masamura 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Takemi Yamada 1-1-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 38/00-38/60

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 wt%で、Cr:16.0〜21.0%、Si:3.
0〜7.0%、Ni:11.0〜21.0%を含有し、しかも、 Ti:0.01〜1.0%、Zr:0.01〜2.0%、Hf:0.01
〜2.0%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜2.0%、
Ta:0.01〜2.0%の何れか1種または2種以上を含有
すると共に Niwt%≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+Hf+V+Nb+T
a))−3}wt%であり、かつ 0.02wt%≦{Ti+V+0.5(Zr+Nb) +0.25(Hf +Ta) }wt%≦2.0 wt% であって、残部がFeおよび不可避不純物からなることを
特徴とする耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性に優れ
たFe−Cr−Ni−Si系形状記憶合金。
1. Cr: 16.0 to 21.0%, and Si: 3. wt%.
0 to 7.0%, Ni: 11.0 to 21.0%, Ti: 0.01 to 1.0%, Zr: 0.01 to 2.0%, Hf: 0.01
22.0%, V: 0.01 to 1.0%, Nb: 0.01 to 2.0%,
Ta: One or more of 0.01 to 2.0% is contained, and Niwt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr + Hf + V + Nb + T)
a))-3% by weight and 0.02% by weight ≦ Ti + V + 0.5 (Zr + Nb) +0.25 (Hf + Ta))% by weight ≦ 2.0% by weight, with the balance being Fe and inevitable impurities. Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy with excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.
【請求項2】 wt%で、Cr:16.0〜21.0%、Si:3.
0〜7.0%、Ni:11.0〜21.0%を含有し、しかも、 Mn:0.〜5.0%、Cu:0.1〜1.0%、N:0.001〜
0.1%、Mo:0.1〜3.0%、W:0.1〜3.0%の何れか
1種または2種以上を含有し、更に、 Ti:0.01〜1.0%、Zr:0.01〜2.0%、Hf:0.01
〜2.0%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜2.0%、
Ta:0.01〜2.0%の何れか1種または2種以上を含有
すると共に、 (Ni+0.5Mn +0.06Cu+0.002(C+N))wt% ≧{0.67(Cr +1.2(Si+Ti+Zr+Hf+V+Nb+Ta) +Mo+W)−3}wt% であり、かつ 0.02wt%≦{Ti+V+0.5(Zr+Nb) +0.25(Hf +Ta) }wt%≦2.0 wt% であって、残部がFeおよび不可避不純物からなることを
特徴とする耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性に優れ
たFe−Cr−Ni−Si系形状記憶合金。
2. Cr: 16.0 to 21.0%, Si: 3. wt%
0 to 7.0% Ni: contained 11.0 to 21.0%, yet, Mn:. 0 1 ~5.0% , Cu: 0.1~1.0%, N: 0.001 ~
0.1%, Mo: 0.1 to 3.0%, W: 0.1 to 3.0%, and one or more of Ti: 0.01 to 1.0. %, Zr: 0.01 to 2.0%, Hf: 0.01
22.0%, V: 0.01 to 1.0%, Nb: 0.01 to 2.0%,
Ta: contains any one or more of 0.01 to 2.0%, and (Ni + 0.5Mn + 0.06Cu + 0.002 (C + N)) wt% ≧ {0.67 (Cr + 1.2 (Si + Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta) + Mo + W) -3} wt%, and 0.02wt% ≦ {Ti + V + 0.5 (Zr + Nb) +0.25 (Hf + Ta)} wt% ≦ 2.0wt%, with the balance being Fe and inevitable impurities. Fe-Cr-Ni-Si based shape memory alloy with excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.
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