JP3750280B2

JP3750280B2 - χ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3750280B2
Application number: JP14604697A
Authority: JP
Inventors: 吉之斎藤
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2017-05-21
Also published as: JPH10317108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強い放射線を受ける原子力機器等用の硬質ステンレス鋼に係り、特に、原子炉の配管系のバルブなどに用いても安全で、かつ、製造コストが安価な硬質ステンレス鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐かじり材料として幅広く使われているものは、Ｃｏ基合金、例えば、ステライトが挙げられる。Ｃｏ基合金は、機械装置部品、特に室温あるいは高温での耐摩耗性が高度に要求される部材に幅広く用いられている。
【０００３】
しかし、Ｃｏ基合金を強い放射線を受ける環境において使用するには、次に挙げるような問題点がある。
【０００４】
▲１▼ Ｃｏが放射化元素であるため、Ｃｏ基合金を原子力機器材料に用いた場合、Ｃｏが中性子照射を受けてＣｏ−６０という放射性同位元素となり、原子力機器への使用には適していない。
【０００５】
▲２▼ Ｃｏ基合金を原子炉（軽水炉）の一次冷却水系のバルブに用いた場合、一次冷却水は高温・高圧で循環されているため、３００℃近傍の耐かじり特性が特に要求されるが、Ｃｏ基合金は３００℃近傍において耐摩耗性が著しく劣化する。
【０００６】
▲３▼ ＣｏがレアメタルであるためＣｏ基合金は高価なものとなり、製造コストが高くなる。
【０００７】
そこで、近年、ＮｏｒｅｍＢ１（商品名）を始めとするＣｏフリー（非Ｃｏ基合金）の耐かじり材の開発が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年開発されているＣｏフリーの耐かじり材において、Ｃｏ基合金であるステライトと同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有し、かつ、３００℃近傍における耐かじり特性の劣化が殆どないものは、未だ開発されていない。
【０００９】
そこで本発明は、上記課題を解決し、非Ｃｏ基合金でありながら、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共に、300℃近傍における耐かじり特性に優れたχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、化学組成が、
Ｍｏ ( 又はＷ ) ： 9 〜 28 ｗｔ％、
Ｃｒ： 15 〜 28 ｗｔ％、
Ｍｎ＋Ｎｉ： 6 〜 20 ｗｔ％、
Ｓｉ： 2.5 ｗｔ％以下、
Ｃ： 0.05 〜 2 ｗｔ％、
Ｎ： 0.3 ｗｔ％以下、
残部：Ｆｅ、
である Fe-Cr-Mo( 又は W)-Mn-Ni-C 系合金の溶融液を作製した後、その溶融液を金型に流し込み、徐冷し、
Cr 、 Mo( 又は W) 、及び Fe からなる金属間化合物で構成されるχ相と、γ相とからなる母材中に、強化相である上記χ相を50％以上の割合（ ( χ相の占める面積／母材の全面積 ) × 100 ）で析出させるものである。
【００１１】
請求項２の発明は、上記 Fe-Cr-Mo( 又は W)-Mn-Ni-C 系合金を 1,600 ℃の温度で溶解した後、その溶融液を 1,450 ℃の温度まで冷却し、その後、上記金型に流し込み、徐冷する請求項１記載のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法である。
【００１３】
以上の製造方法によれば、Cr 、 Mo( 又は W) 、及び Fe からなる金属間化合物で構成されるχ相とγ相とからなる母材中に、強化相であるχ相を50％以上の割合で析出させることができるため、非Ｃｏ基合金でありながら、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共に、300℃近傍における耐かじり特性に優れたχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法は、Cr 、 Mo( 又は W) 、及び Fe からなる金属間化合物で構成されるχ相とγ相とからなる母材中に、強化相であるχ相を50％以上の割合（ ( χ相の占める面積／母材の全面積 ) × 100 ）で析出させたものである。
【００１６】
χ相は、Ｃｒ、Ｍｏ（またはＷ）、およびＦｅからなる金属間化合物であり、χ相とγ相とからなる母材（母相）中および母材の結晶粒界に沿って析出するものである。
【００１７】
本発明のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼における具体的な化学組成は、例えば、
Ｍｏ ( 又はＷ )：9〜28ｗｔ％、
Ｃｒ：15〜28ｗｔ％、
Ｍｎ＋Ｎｉ：6〜20ｗｔ％、
Ｓｉ：2.5ｗｔ％以下、
Ｃ：0.05〜2ｗｔ％、
Ｎ：0.3ｗｔ％以下、
残部：Ｆｅ、
が挙げられる。
【００１８】
すなわち、本発明のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法によれば、母材中に強化相であるχ相が50％以上の割合（ ( χ相の占める面積／母材の全面積 ) × 100 ）で析出させることができるため、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共に、300℃近傍において優れた耐かじり特性を有する。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に対して１３０ｇのＭｏを添加してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却した後に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込む。
【００２０】
次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体を取り出して、組成がＦｅ−１８Ｃｒ−１２Ｍｏ−８Ｍｎ−３．５Ｎｉ−０．４５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ステンレス鋼を得る。
【００２１】
（実施例２）
先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に対して１５０ｇのＷを添加してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却した後に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込む。
【００２２】
次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体を取り出して、組成がＦｅ−１９Ｃｒ−１３Ｗ−８Ｍｎ−３Ｎｉ−０．４５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ステンレス鋼を得る。
【００２３】
（実施例３）
先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に対して１２０ｇのＭｏおよび２ｇのＣを添加してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却した後に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込む。
【００２４】
次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体を取り出して、組成がＦｅ−１８Ｃｒ−１１Ｍｏ−８Ｍｎ−３．５Ｎｉ−０．６５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ステンレス鋼を得る。
【００２５】
（実施例４）
先ず、６５０ｇのＦｅ、２１０ｇのＣｒ、１３０ｇのＭｏ、４０ｇのＮｉ、１ｇのＣを混合してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却すると共に、９０ｇのＭｎを添加した後、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込む。
【００２６】
次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体を取り出して、組成がＦｅ−１９Ｃｒ−１２Ｍｏ−８Ｍｎ−３Ｎｉ−０．０９Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ステンレス鋼を得る。
【００２７】
実施例１〜４の硬質ステンレス鋼における組織の光学顕微鏡写真を図１〜図４に示す。
【００２８】
図１〜図４に示すように、実施例１〜４の各硬質ステンレス鋼におけるχ相は、χ相とγ相とからなる母材（母相）中および母材の結晶粒界に沿って析出していることを確認することができる。また、実施例１〜４の各硬質ステンレス鋼におけるχ相の割合（（χ相の占める面積／母材の全面積）×１００）は、それぞれ、５３．２％、５１．０％、６０．２％、５２．１％である。
【００２９】
次に、実施例１〜４の硬質ステンレス鋼における耐かじり特性の評価結果を表１に示す。尚、比較材として市販のステライトにおける耐かじり特性も併せて示す。
【００３０】
かじり試験は、以下のような方法で行った。
【００３１】
各硬質ステンレス鋼から直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍのピンおよび１片が１０ｍｍ、厚さ８ｍｍの角ディスクをそれぞれ形成する。各ピンを、３００℃の温度、３０ｋｇｆ／ｍｍ²（約２９４ＭＰａ）の圧力で各角ディスクに押しつけ、その状態で角ディスクを１回転させる。
【００３２】
耐かじり特性の評価は、かじり試験前後の角ディスクのピン接触部の中心線平均表面粗さ（以下、Ｒａと表記する）を測定し、そのＲａの変化量をΔＲａとする。ΔＲａは、（試験後のＲａ）−（試験前のＲａ）によって表される。ここで、ΔＲａは小さい程、耐かじり特性が良好であることを示している。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１に示すように、実施例１〜４の硬質ステンレス鋼におけるΔＲａは０．０３〜０．２４μｍであり、いずれにおいても、比較材であるステライトのΔＲａ（０．２９μｍ）よりも小さく、耐かじり特性に優れていた。
【００３５】
本発明におけるχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼は、原子炉の配管系のバルブだけではなく、３００℃近傍の高温において耐かじり特性が要求される部材・部品にも適用することができることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Cr 、 Mo( 又は W) 、及び Fe からなる金属間化合物で構成されるχ相と、γ相とからなる母材中に、強化相であるχ相を50％以上の割合（ ( χ相の占める面積／母材の全面積 ) × 100 ）で析出させることができるため、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共に、300℃近傍において優れた耐かじり特性を有する硬質ステンレス鋼が得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼における組織の光学顕微鏡写真である。
【図２】実施例２のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼における組織の光学顕微鏡写真である。
【図３】実施例３のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼における組織の光学顕微鏡写真である。
【図４】実施例４のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼における組織の光学顕微鏡写真である。

Claims

化学組成が、
Ｍｏ ( 又はＷ ) ： 9 〜 28 ｗｔ％、
Ｃｒ： 15 〜 28 ｗｔ％、
Ｍｎ＋Ｎｉ： 6 〜 20 ｗｔ％、
Ｓｉ： 2.5 ｗｔ％以下、
Ｃ： 0.05 〜 2 ｗｔ％、
Ｎ： 0.3 ｗｔ％以下、
残部：Ｆｅ、
である Fe-Cr-Mo( 又は W)-Mn-Ni-C 系合金の溶融液を作製した後、その溶融液を金型に流し込み、徐冷し、
Cr 、 Mo( 又は W) 、及び Fe からなる金属間化合物で構成されるχ相と、γ相とからなる母材中に、強化相である上記χ相を50％以上の割合（ ( χ相の占める面積／母材の全面積 ) × 100 ）で析出させることを特徴とするχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法。
上記 Fe-Cr-Mo( 又は W)-Mn-Ni-C 系合金を 1,600 ℃の温度で溶解した後、その溶融液を 1,450 ℃の温度まで冷却し、その後、上記金型に流し込み、徐冷する請求項１記載のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼の製造方法。