JP3467740B2 - 酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法 - Google Patents
酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉、特に高速
増殖炉の炉心環境で長時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）などの優れた耐中性子照射特性を必要
とする部材用の酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方
法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から高速増殖炉の炉心構成部材とし
ては、ＳＵＳ３１６、あるいはＳＵＳ３１６の耐照射特
性を改善したオーステナイト系鋼の改良鋼（以下「ＰＮ
Ｃ３１６」という）や、その高Ｎｉ化を図った鋼（例え
ば、ＰＮＣ１５２０のような１５Ｃｒ−２０Ｎｉ鋼）が
用いられている。例えば、高速増殖炉の原型炉『もんじ
ゅ』にはＰＮＣ３１６、実験炉『常陽』にはＰＮＣ１５
２０が用いられている。 【０００３】しかし、オーステナイト系鋼は、高温強度
は優れているが、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、実用炉に必
要な燃料の長寿命化を達成するには改良の必要があるこ
とが明らかになっている。このオーステナイト系鋼の耐
中性子照射特性の改善のためには、添加元素の検討や冷
間加工度の向上が必要とされている。添加元素について
は、耐照射特性に良いとされるＮｉやＰの添加が検討さ
れているが、強度や溶接性の低下が問題となっている。
冷間加工度については、現在仕上げ段階で２０％冷間加
工を施しているが、これ以上上げることはクリープ強度
低下を招くとされている。 【０００４】一方、フェライト鋼は耐スエリング性に優
れているが、高温強度が劣っており、高速増殖炉の炉心
材料には適していない。そこで、フェライト鋼の高温強
度を改善するために、フェライト鋼中に微細な酸化物粒
子を分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼が、優れ
た耐中性子性と高温強度を有する炉心材料として期待さ
れ、研究開発がなされている。現状では、ＭＡ９５７
（１４Ｃｒ−０．３Ｍｏ−１Ｔｉ−０．２５Ｙ2 Ｏ3 ）
やＰＮＣ−ＯＤＳ（１３Ｃｒ−３Ｗ−０．５Ｔｉ−０．
３５Ｙ2 Ｏ3 ）が開発されている。 【０００５】この酸化物分散強化型フェライト鋼は、例
えば、高速増殖炉における被覆管の場合、次のようにし
て製造される。まず、合金粉末と酸化物粉末を、アトラ
イターと呼ばれる水冷式のタンクを有するボールミルに
入れ、強制的に混合する。これを機械的合金化処理（メ
カニカル・アロイング）と呼んでいる。通常、この機械
的合金化処理工程は、酸化を防ぐ目的で不活性ガス（一
般的にはアルゴンガス）雰囲気中で実施される。この
際、アルゴン（Ａｒ）が３０〜５０ｐｐｍ混入すること
がわかっている。次いで、この合金化された粉末をカプ
セルに充填して、脱気・密封処理を行い、その後、熱間
押出しにより棒材を製造する。この得られた棒材を機械
加工により素管に加工し、圧延、抽延、熱処理を経て被
覆管に加工する。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】今まで、酸化物分散強
化型フェライト鋼は、ＢＣＣ（体心立方格子）の結晶構
造を有しているため、優れた耐スエリング特性を有して
いると信じられていた。事実、再結晶していない酸化物
分散強化型フェライト鋼では、照射中にボイド（空隙）
が発生した例はない。したがって、機械的合金化処理の
際に、アルゴンが３０〜５０ｐｐｍ混入することがわか
っていても問題視されることはなかった。 【０００７】ところが、近年、再結晶させない酸化物分
散強化型フェライト鋼では、組織が竹のように加工方向
に伸びた組織となり、加工性の低下、内圧クリープ強度
の著しい低下や周方向延性の低下が問題となった。その
ため、本発明者等はこの加工性や機械的特性を改善する
ために、再結晶組織を有する酸化物分散強化型フェライ
ト鋼を開発した（特開平８−２２５８９１）。 【０００８】しかしながら、再結晶組織を有する酸化物
分散強化型フェライト鋼では、照射により生成される空
孔を吸収する転位がほとんど存在せず、さらに機械的合
金化処理の際に混入するアルゴン原子が、照射によりボ
イドの基となるアルゴンバブル（照射により鋼中にでき
る１〜２ｎｍのアルゴンの泡）を形成する。 【０００９】従来、再結晶化させない酸化物分散強化型
フェライト鋼では、多量の転位が鋼中に存在するため、
アルゴン原子や照射によって導入された空孔をこの転位
が固着して、ボイドに成長することを抑えていた。これ
に対し、再結晶組織を有する酸化物分散強化型フェライ
ト鋼では、上述のように転位が著しく少ないため、アル
ゴン原子や空孔を吸収する転位がなく、アルゴンバブル
が起点となってボイドが発生する（スエリングする）こ
とが、本発明者等の研究の結果判明してきた。 【００１０】本発明は、以上のような問題点を解決し、
耐スエリング性と高温内圧クリープ強度に優れた酸化物
分散強化型フェライト鋼の製造方法を提供することを目
的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明者等が試作および
評価を基に鋭意研究した結果、問題となっている再結晶
組織を有する酸化物分散強化型フェライト鋼の耐スエリ
ング特性は、機械的合金化処理中に混入するアルゴン原
子によって悪化することをつきとめた。 【００１２】これまで一般には、アルゴンよりも軽い不
活性原子の方が鋼中における移動度がアルゴンよりも大
きいため、これらの軽い不活性原子が混入した方が耐ス
エリング特性は悪いと考えられていたが、本発明者等
は、アルゴンよりも原子量の小さい不活性原子の混入の
方が、耐スエリング特性が良くなる可能性があることを
見い出し、以下の発明をするに至った。 【００１３】すなわち、本発明の酸化物分散強化型フェ
ライト鋼の製造方法は、機械的合金化処理工程と、固化
処理工程と、再結晶熱処理工程とをこの順に備えた、酸
化イットリウムをＦｅ−Ｃｒを主体とする金属母相内に
分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法に
おいて、上記機械的合金化処理を、アルゴンより軽い不
活性ガスのみを雰囲気ガスとして行うことを特徴とする
ものである。 【００１４】なお、減圧（不活性）ガス圧中で機械的合
金化処理を行う場合も、本発明に含まれる。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】次に、本発明によって耐スエリン
グ性が改善する根拠を説明する。本発明の酸化物分散強
化型フェライト鋼の製造方法は、機械的合金化法を前提
としている。機械的合金化法とは、水冷式のタンクの中
に鋼球と混合する粉末（金属粉末と酸化物粉末）を入
れ、かき混ぜることにより強制的に混合するものであ
る。この時、粉末は鋼球により、酸化物粒子を巻き込み
ながら他の粉末とともにつぶされ、均一化されていく。
この時の粉末の温度は数百℃にもなると言われている。
さらに、この時粉末には多量の歪みが加えられる。 【００１７】このような環境下での粉末の表面は非常に
活性となっており、通常、酸化を防ぐために不活性雰囲
気中で機械的合金化処理が行われる。ガスの種類として
は安価なアルゴンが一般的である。高速増殖炉における
被覆管用の酸化物分散強化型フェライト鋼の場合、機械
的合金化処理により、このアルゴン原子が３０〜５０ｐ
ｐｍ不純物として混入することがわかっている。 【００１８】高速増殖炉の炉心材料には、優れた耐スエ
リング性と高温強度が要求される。スエリングとは、高
速中性子が金属に照射されると金属内に空孔が生成さ
れ、これが集まって金属中にボイドを形成する現象であ
る。現在高速増殖炉の実験炉や原型炉に使用しているオ
ーステナイト系鋼（ＰＮＣ３１６等）では、高速中性子
により核変換してできたヘリウム（Ｈｅ）のバブルが成
長して、ボイドができると考えられている。 【００１９】他方、酸化物分散強化型フェライト鋼の耐
スエリング性は、そのＢＢＣの結晶構造のため今まで優
れていると考えられてきた。これは、フェライト鋼の優
れた耐スエリング性が、実験により実証されていること
によるものである。 【００２０】しかし、内圧クリープ強度向上のために再
結晶組織を導入した酸化物分散強化型フェライト鋼は、
照射により導入された空孔の吸収源となる転位がほとん
どないこと、およびアルゴン原子を３０〜５０ｐｐｍ含
んでいることから、スエリングする可能性がある。これ
は、バブル内の不活性原子が、バブルをつぶそうとする
力に対抗してバブルを維持しようと作用するため、この
アルゴン原子がアルゴンバブルを形成し、このバブルを
起点として空孔が吸収されボイドに成長するからであ
る。 【００２１】これに対し、アルゴンより軽い不活性ガス
としてヘリウムを用いて、機械的合金化処理を実施して
作製した酸化物分散強化型フェライト鋼では、ヘリウム
原子の混入量は、２．８〜３．３ｐｐｍである。これ
は、ヘリウムがアルゴンに比べて軽くかつ拡散係数が大
きいため、機械的合金化処理後の熱間押出し工程中に、
ヘリウムが鋼中から放出されるからである。 【００２２】このように、酸化物分散強化型フェライト
鋼中の不活性雰囲気ガス（この場合ヘリウム）の混入量
が減少したために、スエリング発生の核となるバブル内
に存在するガス原子が減少した結果として、バブルがつ
ぶれて消滅し、スエリングの発生が抑制される。したが
って、機械的合金化処理時の不活性雰囲気ガスとして、
これまでのアルゴンよりも軽い不活性ガス原子を採用し
た方が耐スエリング性に関して、著しく有利である。 【００２３】 【００２４】 【００２５】本発明に係る酸化物分散強化型フェライト
鋼の製造に際しては、機械的合金化処理を、アルゴンよ
り軽い不活性ガスのみを雰囲気ガスとして行う限りにお
いて、特定の方法に限定されないが、例えば、それぞれ
の原料粉末を用意してから、いわゆる機械的合金化処理
によって酸化物の形成、あるいは合金化を図っても良
く、次いで、成形、焼結の固化処理工程を経た後、再結
晶熱処理されて製造される。このような各製造工程は各
種の従来技術に従えば良い。例えば、固化処理は、熱間
静水圧加圧処理（ＨＩＰ）や熱間押出等の熱間加工など
により行うことができる。 【００２６】本発明においては、特に、次の酸化物分散
強化型フェライト鋼に適用した場合に顕著な効果を奏す
る。すなわち、重量％で、Ｃｒ：７〜１８％＜１／２Ｗ
＋Ｍｏ：０．１〜３％、Ｔｉ：０．１０〜１．０％、残
部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｃｒを主体
とするフェライト系金属母相内に酸化イットリウムを分
散させてなり、酸化イットリウムと過剰酸素量（Ｅｘｃ
ｅｓｓＯ）が、重量％で、 ０．１０％＜Ｙ2 Ｏ3 ≦０．３０％ ０．０３％≦ＥｘｃｅｓｓＯ≦０．１５％ ＥｘｃｅｓｓＯ≦０．２５−０．５×Ｙ2 Ｏ3 （％） の範囲にあり、かつ、再結晶化組織を有する酸化物分散
強化型フェライト鋼である。 【００２７】ここで、過剰酸素量とは、全酸素量（Ｔｏ
ｔａｌＯ）からの酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）として
イットリウムと結合している酸素（Ｏ ｉｎ Ｙ
2 Ｏ3 ）を計算上除いた酸素量（［ＥｘｃｅｓｓＯ］＝
［ＴｏｔａｌＯ］−［Ｏ ｉｎ Ｙ 2 Ｏ3 ］）をいう。
なお、再結晶化組織は、１３００℃以下の再結晶熱処理
によって得るのが好ましい。 【００２８】 【実施例】次に、本発明を具体的に説明する。 （実施例１）合金粉末と酸化物粉末（Ｙ2 Ｏ3 ）を、Ａ
ｒ雰囲気中およびＨｅ雰囲気中で機械的合金化処理し、
押出用カプセルに充填した後、４００℃にて脱気・密封
し、１１５０℃で熱間押出した。機械的合金化処理は、
三井三池社製５ＤＸ型アトライターを使用し、２５０ｒ
ｐｍ、４８ｈ、鋼球／粉末重量比＝１５／１の条件で実
施した。押出された板材は、６０％の冷間加工を行った
後、１１００℃で熱処理して、再結晶させた。発明鋼
（Ｈｅ材）および比較鋼（Ａｒ材）の成分を、表１に示
す。同表における単位は、重量％であり、Ｅｘ．Ｏは、
ＥｘｃｅｓｓＯを意味する。 【００２９】 【表１】【００３０】表２に、４００℃、４２５℃、４５０℃の
各温度において、１２ｄｐａの電子線照射試験したとき
のボイドスエリングの測定結果を示す。 【００３１】 【表２】 表２より、雰囲気ガスとしてＡｒガスを用いた場合は、
スエリングしているのに対し、Ｈｅガスを用いた場合
は、全くスエリングしていないことがわかる。 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた耐スエリング性と優れた高温内圧クリープ強度を
共に有する酸化物分散強化型フェライト鋼を製造できる
ことから、高速増殖炉用部材、特に燃料被覆管のような
７００℃程度の高温で、しかも高い応力下で使用される
構造部材の長寿命化を達成できる。
増殖炉の炉心環境で長時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）などの優れた耐中性子照射特性を必要
とする部材用の酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方
法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から高速増殖炉の炉心構成部材とし
ては、ＳＵＳ３１６、あるいはＳＵＳ３１６の耐照射特
性を改善したオーステナイト系鋼の改良鋼（以下「ＰＮ
Ｃ３１６」という）や、その高Ｎｉ化を図った鋼（例え
ば、ＰＮＣ１５２０のような１５Ｃｒ−２０Ｎｉ鋼）が
用いられている。例えば、高速増殖炉の原型炉『もんじ
ゅ』にはＰＮＣ３１６、実験炉『常陽』にはＰＮＣ１５
２０が用いられている。 【０００３】しかし、オーステナイト系鋼は、高温強度
は優れているが、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、実用炉に必
要な燃料の長寿命化を達成するには改良の必要があるこ
とが明らかになっている。このオーステナイト系鋼の耐
中性子照射特性の改善のためには、添加元素の検討や冷
間加工度の向上が必要とされている。添加元素について
は、耐照射特性に良いとされるＮｉやＰの添加が検討さ
れているが、強度や溶接性の低下が問題となっている。
冷間加工度については、現在仕上げ段階で２０％冷間加
工を施しているが、これ以上上げることはクリープ強度
低下を招くとされている。 【０００４】一方、フェライト鋼は耐スエリング性に優
れているが、高温強度が劣っており、高速増殖炉の炉心
材料には適していない。そこで、フェライト鋼の高温強
度を改善するために、フェライト鋼中に微細な酸化物粒
子を分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼が、優れ
た耐中性子性と高温強度を有する炉心材料として期待さ
れ、研究開発がなされている。現状では、ＭＡ９５７
（１４Ｃｒ−０．３Ｍｏ−１Ｔｉ−０．２５Ｙ2 Ｏ3 ）
やＰＮＣ−ＯＤＳ（１３Ｃｒ−３Ｗ−０．５Ｔｉ−０．
３５Ｙ2 Ｏ3 ）が開発されている。 【０００５】この酸化物分散強化型フェライト鋼は、例
えば、高速増殖炉における被覆管の場合、次のようにし
て製造される。まず、合金粉末と酸化物粉末を、アトラ
イターと呼ばれる水冷式のタンクを有するボールミルに
入れ、強制的に混合する。これを機械的合金化処理（メ
カニカル・アロイング）と呼んでいる。通常、この機械
的合金化処理工程は、酸化を防ぐ目的で不活性ガス（一
般的にはアルゴンガス）雰囲気中で実施される。この
際、アルゴン（Ａｒ）が３０〜５０ｐｐｍ混入すること
がわかっている。次いで、この合金化された粉末をカプ
セルに充填して、脱気・密封処理を行い、その後、熱間
押出しにより棒材を製造する。この得られた棒材を機械
加工により素管に加工し、圧延、抽延、熱処理を経て被
覆管に加工する。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】今まで、酸化物分散強
化型フェライト鋼は、ＢＣＣ（体心立方格子）の結晶構
造を有しているため、優れた耐スエリング特性を有して
いると信じられていた。事実、再結晶していない酸化物
分散強化型フェライト鋼では、照射中にボイド（空隙）
が発生した例はない。したがって、機械的合金化処理の
際に、アルゴンが３０〜５０ｐｐｍ混入することがわか
っていても問題視されることはなかった。 【０００７】ところが、近年、再結晶させない酸化物分
散強化型フェライト鋼では、組織が竹のように加工方向
に伸びた組織となり、加工性の低下、内圧クリープ強度
の著しい低下や周方向延性の低下が問題となった。その
ため、本発明者等はこの加工性や機械的特性を改善する
ために、再結晶組織を有する酸化物分散強化型フェライ
ト鋼を開発した（特開平８−２２５８９１）。 【０００８】しかしながら、再結晶組織を有する酸化物
分散強化型フェライト鋼では、照射により生成される空
孔を吸収する転位がほとんど存在せず、さらに機械的合
金化処理の際に混入するアルゴン原子が、照射によりボ
イドの基となるアルゴンバブル（照射により鋼中にでき
る１〜２ｎｍのアルゴンの泡）を形成する。 【０００９】従来、再結晶化させない酸化物分散強化型
フェライト鋼では、多量の転位が鋼中に存在するため、
アルゴン原子や照射によって導入された空孔をこの転位
が固着して、ボイドに成長することを抑えていた。これ
に対し、再結晶組織を有する酸化物分散強化型フェライ
ト鋼では、上述のように転位が著しく少ないため、アル
ゴン原子や空孔を吸収する転位がなく、アルゴンバブル
が起点となってボイドが発生する（スエリングする）こ
とが、本発明者等の研究の結果判明してきた。 【００１０】本発明は、以上のような問題点を解決し、
耐スエリング性と高温内圧クリープ強度に優れた酸化物
分散強化型フェライト鋼の製造方法を提供することを目
的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明者等が試作および
評価を基に鋭意研究した結果、問題となっている再結晶
組織を有する酸化物分散強化型フェライト鋼の耐スエリ
ング特性は、機械的合金化処理中に混入するアルゴン原
子によって悪化することをつきとめた。 【００１２】これまで一般には、アルゴンよりも軽い不
活性原子の方が鋼中における移動度がアルゴンよりも大
きいため、これらの軽い不活性原子が混入した方が耐ス
エリング特性は悪いと考えられていたが、本発明者等
は、アルゴンよりも原子量の小さい不活性原子の混入の
方が、耐スエリング特性が良くなる可能性があることを
見い出し、以下の発明をするに至った。 【００１３】すなわち、本発明の酸化物分散強化型フェ
ライト鋼の製造方法は、機械的合金化処理工程と、固化
処理工程と、再結晶熱処理工程とをこの順に備えた、酸
化イットリウムをＦｅ−Ｃｒを主体とする金属母相内に
分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法に
おいて、上記機械的合金化処理を、アルゴンより軽い不
活性ガスのみを雰囲気ガスとして行うことを特徴とする
ものである。 【００１４】なお、減圧（不活性）ガス圧中で機械的合
金化処理を行う場合も、本発明に含まれる。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】次に、本発明によって耐スエリン
グ性が改善する根拠を説明する。本発明の酸化物分散強
化型フェライト鋼の製造方法は、機械的合金化法を前提
としている。機械的合金化法とは、水冷式のタンクの中
に鋼球と混合する粉末（金属粉末と酸化物粉末）を入
れ、かき混ぜることにより強制的に混合するものであ
る。この時、粉末は鋼球により、酸化物粒子を巻き込み
ながら他の粉末とともにつぶされ、均一化されていく。
この時の粉末の温度は数百℃にもなると言われている。
さらに、この時粉末には多量の歪みが加えられる。 【００１７】このような環境下での粉末の表面は非常に
活性となっており、通常、酸化を防ぐために不活性雰囲
気中で機械的合金化処理が行われる。ガスの種類として
は安価なアルゴンが一般的である。高速増殖炉における
被覆管用の酸化物分散強化型フェライト鋼の場合、機械
的合金化処理により、このアルゴン原子が３０〜５０ｐ
ｐｍ不純物として混入することがわかっている。 【００１８】高速増殖炉の炉心材料には、優れた耐スエ
リング性と高温強度が要求される。スエリングとは、高
速中性子が金属に照射されると金属内に空孔が生成さ
れ、これが集まって金属中にボイドを形成する現象であ
る。現在高速増殖炉の実験炉や原型炉に使用しているオ
ーステナイト系鋼（ＰＮＣ３１６等）では、高速中性子
により核変換してできたヘリウム（Ｈｅ）のバブルが成
長して、ボイドができると考えられている。 【００１９】他方、酸化物分散強化型フェライト鋼の耐
スエリング性は、そのＢＢＣの結晶構造のため今まで優
れていると考えられてきた。これは、フェライト鋼の優
れた耐スエリング性が、実験により実証されていること
によるものである。 【００２０】しかし、内圧クリープ強度向上のために再
結晶組織を導入した酸化物分散強化型フェライト鋼は、
照射により導入された空孔の吸収源となる転位がほとん
どないこと、およびアルゴン原子を３０〜５０ｐｐｍ含
んでいることから、スエリングする可能性がある。これ
は、バブル内の不活性原子が、バブルをつぶそうとする
力に対抗してバブルを維持しようと作用するため、この
アルゴン原子がアルゴンバブルを形成し、このバブルを
起点として空孔が吸収されボイドに成長するからであ
る。 【００２１】これに対し、アルゴンより軽い不活性ガス
としてヘリウムを用いて、機械的合金化処理を実施して
作製した酸化物分散強化型フェライト鋼では、ヘリウム
原子の混入量は、２．８〜３．３ｐｐｍである。これ
は、ヘリウムがアルゴンに比べて軽くかつ拡散係数が大
きいため、機械的合金化処理後の熱間押出し工程中に、
ヘリウムが鋼中から放出されるからである。 【００２２】このように、酸化物分散強化型フェライト
鋼中の不活性雰囲気ガス（この場合ヘリウム）の混入量
が減少したために、スエリング発生の核となるバブル内
に存在するガス原子が減少した結果として、バブルがつ
ぶれて消滅し、スエリングの発生が抑制される。したが
って、機械的合金化処理時の不活性雰囲気ガスとして、
これまでのアルゴンよりも軽い不活性ガス原子を採用し
た方が耐スエリング性に関して、著しく有利である。 【００２３】 【００２４】 【００２５】本発明に係る酸化物分散強化型フェライト
鋼の製造に際しては、機械的合金化処理を、アルゴンよ
り軽い不活性ガスのみを雰囲気ガスとして行う限りにお
いて、特定の方法に限定されないが、例えば、それぞれ
の原料粉末を用意してから、いわゆる機械的合金化処理
によって酸化物の形成、あるいは合金化を図っても良
く、次いで、成形、焼結の固化処理工程を経た後、再結
晶熱処理されて製造される。このような各製造工程は各
種の従来技術に従えば良い。例えば、固化処理は、熱間
静水圧加圧処理（ＨＩＰ）や熱間押出等の熱間加工など
により行うことができる。 【００２６】本発明においては、特に、次の酸化物分散
強化型フェライト鋼に適用した場合に顕著な効果を奏す
る。すなわち、重量％で、Ｃｒ：７〜１８％＜１／２Ｗ
＋Ｍｏ：０．１〜３％、Ｔｉ：０．１０〜１．０％、残
部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｃｒを主体
とするフェライト系金属母相内に酸化イットリウムを分
散させてなり、酸化イットリウムと過剰酸素量（Ｅｘｃ
ｅｓｓＯ）が、重量％で、 ０．１０％＜Ｙ2 Ｏ3 ≦０．３０％ ０．０３％≦ＥｘｃｅｓｓＯ≦０．１５％ ＥｘｃｅｓｓＯ≦０．２５−０．５×Ｙ2 Ｏ3 （％） の範囲にあり、かつ、再結晶化組織を有する酸化物分散
強化型フェライト鋼である。 【００２７】ここで、過剰酸素量とは、全酸素量（Ｔｏ
ｔａｌＯ）からの酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）として
イットリウムと結合している酸素（Ｏ ｉｎ Ｙ
2 Ｏ3 ）を計算上除いた酸素量（［ＥｘｃｅｓｓＯ］＝
［ＴｏｔａｌＯ］−［Ｏ ｉｎ Ｙ 2 Ｏ3 ］）をいう。
なお、再結晶化組織は、１３００℃以下の再結晶熱処理
によって得るのが好ましい。 【００２８】 【実施例】次に、本発明を具体的に説明する。 （実施例１）合金粉末と酸化物粉末（Ｙ2 Ｏ3 ）を、Ａ
ｒ雰囲気中およびＨｅ雰囲気中で機械的合金化処理し、
押出用カプセルに充填した後、４００℃にて脱気・密封
し、１１５０℃で熱間押出した。機械的合金化処理は、
三井三池社製５ＤＸ型アトライターを使用し、２５０ｒ
ｐｍ、４８ｈ、鋼球／粉末重量比＝１５／１の条件で実
施した。押出された板材は、６０％の冷間加工を行った
後、１１００℃で熱処理して、再結晶させた。発明鋼
（Ｈｅ材）および比較鋼（Ａｒ材）の成分を、表１に示
す。同表における単位は、重量％であり、Ｅｘ．Ｏは、
ＥｘｃｅｓｓＯを意味する。 【００２９】 【表１】【００３０】表２に、４００℃、４２５℃、４５０℃の
各温度において、１２ｄｐａの電子線照射試験したとき
のボイドスエリングの測定結果を示す。 【００３１】 【表２】 表２より、雰囲気ガスとしてＡｒガスを用いた場合は、
スエリングしているのに対し、Ｈｅガスを用いた場合
は、全くスエリングしていないことがわかる。 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた耐スエリング性と優れた高温内圧クリープ強度を
共に有する酸化物分散強化型フェライト鋼を製造できる
ことから、高速増殖炉用部材、特に燃料被覆管のような
７００℃程度の高温で、しかも高い応力下で使用される
構造部材の長寿命化を達成できる。
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ２１Ｃ 5/00 ＧＤＦ Ｇ２１Ｃ 3/30 Ｖ
7/10 ＧＤＦ 7/10 ＧＤＦＣ
(72)発明者 大貫 惣明
北海道札幌市北区北13条西８丁目 北海
道大学工学部内
(72)発明者 奥田 隆成
兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号
株式会社神戸製鋼所 材料研究所内
(72)発明者 吉武 庸光
茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 核燃
料サイクル開発機構 大洗工学センター
内
(72)発明者 赤坂 尚昭
茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 核燃
料サイクル開発機構 大洗工学センター
内
(72)発明者 鵜飼 重治
茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 核燃
料サイクル開発機構 大洗工学センター
内
(72)発明者 西田 俊夫
茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 核燃
料サイクル開発機構 大洗工学センター
内
(56)参考文献 特開 平５−195002（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−225891（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 機械的合金化処理工程と、固化処理工程
と、再結晶熱処理工程とをこの順に備えた、酸化イット
リウムをＦｅ−Ｃｒを主体とする金属母相内に分散させ
た酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法において、 上記機械的合金化処理を、アルゴンより軽い不活性ガス
のみを雰囲気ガスとして行うことを特徴とする酸化物分
散強化型フェライト鋼の製造方法。
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