JP5493060B2 - オーステナイト系高純度鉄合金 - Google Patents
オーステナイト系高純度鉄合金 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5493060B2 JP5493060B2 JP2008284947A JP2008284947A JP5493060B2 JP 5493060 B2 JP5493060 B2 JP 5493060B2 JP 2008284947 A JP2008284947 A JP 2008284947A JP 2008284947 A JP2008284947 A JP 2008284947A JP 5493060 B2 JP5493060 B2 JP 5493060B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- less
- iron alloy
- resistance
- purity iron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 34
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 23
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 P: 0.1 mass% or less Substances 0.000 claims 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、安定なオーステナイト組織を有し、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性に優れ、原子炉の炉心や核燃料の再処理プラント、化学プラント、ごみ発電プラントなどの構造部材あるいは配管等の構成部材の材料に用いて好適なオーステナイト系高純度鉄合金に関するものである。
地球温暖化および化石燃料である原油の枯渇や価格高騰に伴って、原子力を利用した発電が再び脚光を浴びている。わが国の原子力発電プラントは、沸騰水型あるいは加圧水型の軽水炉が主流であるが、新型転換炉や高速増殖炉の開発も行なわれている。これらの原子力発電プラントに用いられる材料には、大別して燃料被覆管、炉内構造材、伝熱管等があるが、例えば、燃料被覆管にはジルカロイ系合金が、炉内構造材にはＳＵＳ３０４系やＳＵＳ３１６系のオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、特許文献１〜３等参照）が、伝熱管には９Ｃｒ鋼や炭素鋼等が主に用いられている。
しかし、ジルカロイ系合金は、燃焼度１００ＧＷｄ／ｔを超えることが想定される次世代軽水炉に適用するには、耐酸化性、耐水素脆性が不十分であり、さらに、耐中性子照射性や高温強度特性も十分なものではない他、希少金属を用いているため非常に高価で、入手が困難である。また、ＳＵＳ３０４系やＳＵＳ３１６系のオーステナイト系ステンレス鋼は、応力腐食割れを起こし易く、高温強度やクリープ特性等の高温強度特性、耐照射損傷性もやはり十分なレベルではない。また、９Ｃｒ鋼や炭素鋼は、熱伝導度や熱膨張などの熱的物性に優れる反面、靭性や高温での引張特性、クリープ特性等の機械的特性および溶接性に劣る他、耐照射損傷性も十分なレベルではない。
ＷＯ２００５／０６８６７４号公報
特開２００５−２９０４８８号公報
特開２００４−３３９５７６号公報
そこで、上記問題点に対応するため、各種の材料開発がなされてきた。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＵ３１６については、炭素量を低くして粒界への炭素量の析出・粗大化を抑制する一方、炭素量低減による強度低下を窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）を最適化し補償することによりＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６を上回るクリープ強度を有する鋼（ＳＵＳ３１６ＦＲ）が開発されている。しかし、このＳＵＳ３１６ＦＲは、クリープ特性については改善されたものの、その他の特性、例えば、耐酸化性や耐衝撃性および耐応力腐食割れ性については、従来のＳＵＳ３１６Ｌレベルのままであり、さらなる改善が望まれている。
そこで、本発明の目的は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌよりも、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性に優れる材料（オーステナイト系高純度鉄合金）を提供することにある。
発明者らは、上記課題の解決に向けて、Ｎｉを１０ｍａｓｓ％以上およびＣｒを１０ｍａｓｓ％以上含有するオーステナイト系鉄合金を対象に鋭意研究を重ねた。その結果、上記オーステナイト系鉄合金中に不可避的に混入してくる不純物であるＣ，Ｎ，ＳおよびＯを極微量まで低減し、それらの合計量を０．００８０ｍａｓｓ％以下の極微量に低減することにより、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性が大きく改善されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０００３ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：１０〜３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１５〜５０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐衝撃性、耐酸化性および耐応力腐食割れ性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金である。
本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、上記成分組成に加えてさらに、Ｗ：１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：１０ｍａｓｓ％以下を含有することを特徴とする。
また、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、上記成分組成に加えてさらに、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下およびＢ：０．００５０ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする。
本発明によれば、安定なオーステナイト組織を有し、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性に優れる高純度鉄合金を得ることができる。したがって、上記合金は、原子炉の炉心や核燃料の再処理プラント、化学プラント、ごみ発電プラントなどの構造部材あるいは配管等の構成部材の材料に好適に用いることができる。
本発明に係るオーステナイト系高純度鉄合金が有すべき成分組成について説明する。
Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下
Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素である。これらの元素は、他の元素と炭化物や窒化物、硫化物、酸化物等を形成し、粒界や粒内に析出して、耐酸化性、耐衝撃性、耐応力腐食割れ性を害するだけでなく、加工性や溶接性、高温での引張特性やクリープ特性、耐食性、耐水素脆化特性、耐照射損傷性等の様々な特性の低下を引き起こすため、低いほど好ましい。よって、本発明では、Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、Ｃ：０．００２０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００２５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００６０ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、Ｃ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０００２ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００３０ｍａｓｓ％以下である。
Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下
Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素である。これらの元素は、他の元素と炭化物や窒化物、硫化物、酸化物等を形成し、粒界や粒内に析出して、耐酸化性、耐衝撃性、耐応力腐食割れ性を害するだけでなく、加工性や溶接性、高温での引張特性やクリープ特性、耐食性、耐水素脆化特性、耐照射損傷性等の様々な特性の低下を引き起こすため、低いほど好ましい。よって、本発明では、Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、Ｃ：０．００２０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００２５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００６０ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、Ｃ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０００２ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００１０ｍａｓｓ％以下、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００３０ｍａｓｓ％以下である。
Ｎｉ：１０〜３０ｍａｓｓ％
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であると共に、耐酸化性や靭性の向上に有効な元素である。斯かる効果を発現させるためには、１０ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、Ｎｉは、高価な元素であるため、上限を３０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であると共に、耐酸化性や靭性の向上に有効な元素である。斯かる効果を発現させるためには、１０ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、Ｎｉは、高価な元素であるため、上限を３０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｃｒ：１５〜５０ｍａｓｓ％
Ｃｒは、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金の強度を高め、耐酸化性を向上する元素であり、また、耐食性を高める元素でもある。斯かる効果を発現させるためには、１５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。一方、Ｃｒの含有量が５０ｍａｓｓ％を超えると、上記効果が飽和すると共に、靭性も低下するようになる。よって、本発明では、Ｃｒは１５〜５０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｃｒは、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金の強度を高め、耐酸化性を向上する元素であり、また、耐食性を高める元素でもある。斯かる効果を発現させるためには、１５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。一方、Ｃｒの含有量が５０ｍａｓｓ％を超えると、上記効果が飽和すると共に、靭性も低下するようになる。よって、本発明では、Ｃｒは１５〜５０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲である。
本発明の高純度鉄合金は、上記必須成分に加えてさらに、下記の成分を含有することができる。
Ｍｏ：１０ｍａｓｓ％以下、Ｗ：１０ｍａｓｓ％以下
ＭｏおよびＷは、鋼を固溶硬化して強度を高めるのとともに、耐食性を向上するのに有効な元素である。これらの効果は、それぞれ２ｍａｓｓ％以上の添加で発現する。しかし、それぞれ１０ｍａｓｓ％を超えて添加した場合には、靭性が低下するようになる。よって、ＭｏおよびＷは、それぞれ１０ｍａｓｓ％以下の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、それぞれ２〜５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｍｏ：１０ｍａｓｓ％以下、Ｗ：１０ｍａｓｓ％以下
ＭｏおよびＷは、鋼を固溶硬化して強度を高めるのとともに、耐食性を向上するのに有効な元素である。これらの効果は、それぞれ２ｍａｓｓ％以上の添加で発現する。しかし、それぞれ１０ｍａｓｓ％を超えて添加した場合には、靭性が低下するようになる。よって、ＭｏおよびＷは、それぞれ１０ｍａｓｓ％以下の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、それぞれ２〜５ｍａｓｓ％の範囲である。
本発明の高純度鉄合金は、上記成分に加えてさらに、必要に応じて下記の成分を含有することができる。
Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下
ＰおよびＴｉは、鋼中で（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｐを形成して析出し、高温度域での強度を高めるほか、放射線照射で生じる点欠陥の消滅源として働き、照射脆化を抑制する効果を有する。これらの効果を得るためには、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以上、Ｔｉ：０．１ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、Ｐは０．１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、Ｔｉは１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、粒界の脆化を促進する。よって、ＰおよびＴｉはそれぞれ、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下の範囲で添加する。好ましくは、Ｐ：０．０７ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．２ｍａｓｓ％以下の範囲である。
Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下
ＰおよびＴｉは、鋼中で（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｐを形成して析出し、高温度域での強度を高めるほか、放射線照射で生じる点欠陥の消滅源として働き、照射脆化を抑制する効果を有する。これらの効果を得るためには、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以上、Ｔｉ：０．１ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、Ｐは０．１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、Ｔｉは１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、粒界の脆化を促進する。よって、ＰおよびＴｉはそれぞれ、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下の範囲で添加する。好ましくは、Ｐ：０．０７ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．２ｍａｓｓ％以下の範囲である。
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される。また、鋼の表面に酸化皮膜を形成して耐酸化性を向上させると共に、固溶して高温強度を高める元素である。この効果を得るには、０．０５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、３ｍａｓｓ％を超えて添加した場合には、溶接性や靭性の低下を招く。よって、Ａｌは、３ｍａｓｓ％以下の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、０．５〜２ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．５〜１ｍａｓｓ％の範囲である。
Ａｌは、脱酸剤として添加される。また、鋼の表面に酸化皮膜を形成して耐酸化性を向上させると共に、固溶して高温強度を高める元素である。この効果を得るには、０．０５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、３ｍａｓｓ％を超えて添加した場合には、溶接性や靭性の低下を招く。よって、Ａｌは、３ｍａｓｓ％以下の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、０．５〜２ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．５〜１ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｂ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｂは、粒界に偏析して粒界強度を高め、高温でのクリープ特性を改善する効果を有する元素であり、この効果を得るには、０．０００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、０．００５０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、その効果が飽和するとともに、却って、熱間加工性が悪くなる。よって、Ｂを添加する場合は、０．００５０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００１０〜０．００２０ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｂは、粒界に偏析して粒界強度を高め、高温でのクリープ特性を改善する効果を有する元素であり、この効果を得るには、０．０００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、０．００５０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、その効果が飽和するとともに、却って、熱間加工性が悪くなる。よって、Ｂを添加する場合は、０．００５０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００１０〜０．００２０ｍａｓｓ％の範囲である。
本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。しかし、上記以外の成分であっても、本発明の効果を害さない範囲であれば、含有することを拒むものではない。例えば、Ｓｉ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０１ｍａｓｓ％以下の範囲で含有してもよい。ただし、その他の不可避的不純物元素は、合計で０．０１ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
なお、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、高純度であること、即ち、Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの含有量が極めて低いことに起因して、従来のオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、耐食性や高温強度特性（引張特性および耐クリープ特性）、耐水素脆化特性、耐照射損傷性等にも優れる。さらに、本発明の鉄合金は、高純度であることに起因して、加工性（成形性）や溶接性に優れ、しかも、溶接部の組織変化、強度や靭性の劣化もほとんどない。したがって、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、原子炉の構造用部材や配管素材として好適に用いることができる。
表１に示したＮｏ．１〜５のオーステナイト系高純度鉄合金（Ｃ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｏ≦０．００６０ｍａｓｓ％）を溶製し、７５ｋｇの鋼塊としたのち１２５０℃で鍛造して、６０ｍｍ角程度の角材とし、さらに、この角材を加工した直径３８ｍｍφの丸棒を冷間で溝ロール圧延し、直径１８ｍｍφの丸棒とした。次いで、この丸棒に、９５０℃で３０ｍｉｎ加熱後、水冷する溶体化処理を施した溶体化材と、さらにその後、７５０℃で１ｈｒ加熱後、水冷する時効処理を施した時効材を作製した。
これらの溶体化材および時効材からシャルピー衝撃試験片を採取し、室温から−１９６℃の温度範囲で、シャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を求めた。また、比較例として、市販のＳＵＳ３１６Ｌ（表１のＮｏ．６）についても、上記と同様の溶体化処理および時効処理を施したのち、シャルピー衝撃試験に供した。
これらの溶体化材および時効材からシャルピー衝撃試験片を採取し、室温から−１９６℃の温度範囲で、シャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を求めた。また、比較例として、市販のＳＵＳ３１６Ｌ（表１のＮｏ．６）についても、上記と同様の溶体化処理および時効処理を施したのち、シャルピー衝撃試験に供した。
上記シャルピー衝撃試験の結果を、容体化材については図１に，時効材については図２に示した。これらの結果から、本発明に係るＮｏ．１〜４のオーステナイト系高純度鉄合金の衝撃値は、全ての温度範囲において市販のＳＵＳ３１６Ｌに比較して１００〜３００Ｊ／ｃｍ２上回る値を示しており、耐衝撃特性に極めて優れていることがわかる。なお、本発明に係るＮｏ．５のオーステナイト系高純度鉄合金の衝撃値は、全ての温度範囲において市販のＳＵＳ３１６Ｌより低いが、必要とされる衝撃値である３０Ｊ／ｃｍ２を大きく上回っており、実用的には十分な耐衝撃性を有している。
実施例１において得たＮｏ．１〜４の合金の棒材（直径１８ｍｍφ）に対して、９５０℃で１ｈｒ加熱後、水冷する溶体化処理後、７００℃で２４ｈｒ加熱する鋭敏化熱処理を施した。
次いで、それらの棒材から、平行部の直径６ｍｍφ×３０ｍｍ長さの試験片を採取し、塩素１００ｐｐｍ添加した３００℃の高温水中（脱気なし）でかつ１０ＭＰａの圧力を付与した試験環境下で、歪速度：１．６×１０−５／ｓの低速で引張試験を行うＳＳＲＴ（Ｓｌｏｗ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）試験を行い、耐応力腐食割れ性を調査した。また、比較例として、市販のＳＵＳ３１６Ｌ（表１のＮｏ．６）についても、上記と同様の溶体化処理および鋭敏化処理を施したのち、ＳＳＲＴ試験に供した。
次いで、それらの棒材から、平行部の直径６ｍｍφ×３０ｍｍ長さの試験片を採取し、塩素１００ｐｐｍ添加した３００℃の高温水中（脱気なし）でかつ１０ＭＰａの圧力を付与した試験環境下で、歪速度：１．６×１０−５／ｓの低速で引張試験を行うＳＳＲＴ（Ｓｌｏｗ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）試験を行い、耐応力腐食割れ性を調査した。また、比較例として、市販のＳＵＳ３１６Ｌ（表１のＮｏ．６）についても、上記と同様の溶体化処理および鋭敏化処理を施したのち、ＳＳＲＴ試験に供した。
上記ＳＳＲＴ試験で得られた応力−歪線図を図３に示した。図３から、本発明に係るオーステナイト系高純度鉄合金は、いずれも４０％以上の全伸びを示しており、上記試験環境下では応力腐食割れを起こし難いことがわかる。また、上記図３から読み取った最大応力（ＭＰａ）と破断までの伸び（％）およびそれらの積（最大応力×伸び（ＭＰａ・％））を表２に示したが、市販のＳＵＳ３１６Ｌでは（最大応力×伸び）が８０００ＭＰａ・％程度でしかないのに対し、本発明のオーステナイト系高純度鉄合金は、１５０００ＭＰａ・％以上の値を示しており、耐応力腐食割れ性に優れていることがわかる。
実施例１において得たＮｏ．１〜４の合金の棒材（直径１８ｍｍφ）に対して、９５０℃で１ｈｒ加熱後、水冷する溶体化処理を施した後、この棒材から、１４ｍｍ×１４ｍｍ×３ｍｍ厚の試験片を採取し、この試験片を用いて、１０００℃に保持された大気雰囲気中で５００ｈｒの酸化試験を行い、試験前後の質量増加量を測定し、耐酸化性を評価した。また、比較例として、市販のＳＵＳ３１６Ｌ（表１のＮｏ．６）についても、上記と同様の溶体化処理および鋭敏化処理を施したのち、酸化試験に供した。
上記の試験の結果を表２および図４に示した。これらの結果から、本発明に係るオーステナイト系高純度鉄合金は、市販のＳＵＳ３１６Ｌと比較して約１／２以下の酸化増量であり、特に、ＭｏとＷを複合添加したＮｏ．２〜４の鉄合金は、市販のＳＵＳ３１６Ｌの約１／１００の酸化増量でしかない。また、図５に、酸化試験後における本発明の鉄合金と市販のＳＵＳ３１６Ｌの試験片の外観写真と表面近傍の断面組織写真を示したが、本発明の鉄合金の表面はスムーズであり、耐酸化性に優れていることがわかる。
本発明の高純度鉄合金は、耐酸化性、耐衝撃性および耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、耐食性や加工性、溶接性、耐水素脆性にも優れているので、火力発電機器の部材や輸送機器の部材としても好適に用いることができる。
Claims (3)
- Ｃ：０．００２１ｍａｓｓ％以下、
Ｎ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．０００３ｍａｓｓ％以下、
Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、
Ｃ，Ｎ，ＳおよびＯの合計量：０．００８０ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：１０〜３０ｍａｓｓ％、
Ｃｒ：１５〜５０ｍａｓｓ％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐衝撃性、耐酸化性および耐応力腐食割れ性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金。 - 上記成分組成に加えてさらに、Ｗ：１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：１０ｍａｓｓ％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系高純度鉄合金。
- 上記成分組成に加えてさらに、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下およびＢ：０．００５０ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のオーステナイト系高純度鉄合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008284947A JP5493060B2 (ja) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | オーステナイト系高純度鉄合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008284947A JP5493060B2 (ja) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | オーステナイト系高純度鉄合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010111909A JP2010111909A (ja) | 2010-05-20 |
| JP5493060B2 true JP5493060B2 (ja) | 2014-05-14 |
Family
ID=42300694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008284947A Active JP5493060B2 (ja) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | オーステナイト系高純度鉄合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5493060B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4753504B2 (ja) * | 2001-09-14 | 2011-08-24 | 日新製鋼株式会社 | 高純度Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金の製造方法 |
| JP2003129143A (ja) * | 2001-10-16 | 2003-05-08 | Nisshin Steel Co Ltd | 高純度金属又は合金の溶解方法 |
| WO2008136354A1 (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Japan Atomic Energy Agency | 耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法 |
-
2008
- 2008-11-06 JP JP2008284947A patent/JP5493060B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010111909A (ja) | 2010-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4099493B2 (ja) | 耐クリープ性が優れたジルコニウム合金組成物 | |
| US9238857B2 (en) | Precipitation-strengthened Ni-based heat-resistant alloy and method for producing the same | |
| CN103352175B (zh) | 一种控氮奥氏体不锈钢及其制造方法 | |
| WO2018151222A1 (ja) | Ｎｉ基耐熱合金およびその製造方法 | |
| JP2005336595A (ja) | 耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管およびその製造方法 | |
| JPWO2016204005A1 (ja) | 高Ｃｒ系オーステナイトステンレス鋼 | |
| US20110162764A1 (en) | High-cr ferritic/martensitic steel having improved creep resistance and preparation method thereof | |
| JP2010209402A (ja) | 高靱性でかつ耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管 | |
| US7935303B2 (en) | Low alloy steel | |
| JP5696271B2 (ja) | 高温強度特性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 | |
| KR101516718B1 (ko) | 크립 저항성이 우수한 페라이트-마르텐사이트 강 및 그 제조방법 | |
| JP5675958B2 (ja) | 蒸気発生器用伝熱管、蒸気発生器及び原子力プラント | |
| US9598750B2 (en) | High Cr ferritic/martensitic steels having an improved creep resistance for in-core component materials in nuclear reactor, and preparation method thereof | |
| JP2006016637A (ja) | 耐炭酸ガス腐食性に優れる油井用高強度ステンレス鋼管 | |
| KR20140130590A (ko) | 충격 특성이 우수한 페라이트-마르텐사이트 강 및 그 제조방법 | |
| KR100896988B1 (ko) | 제4세대 핵분열 원자로 및 핵융합 원자로 노심부품 소재용농축 보론-11을 함유하는 중성자 조사안정성이 향상된고크롬 페라이트/마르텐사이트 강 | |
| JP2017020054A (ja) | ステンレス鋼およびステンレス鋼管 | |
| JP5493060B2 (ja) | オーステナイト系高純度鉄合金 | |
| JP6747207B2 (ja) | Ｎｉ基耐熱合金部材 | |
| JP2023504842A (ja) | 加工性、クリープ強度および耐食性に優れたニッケル－クロム－鉄－アルミニウム合金およびその使用 | |
| JP6822563B2 (ja) | 原子力用Ｎｉ基合金管 | |
| CN106222577A (zh) | 不锈钢合金及其制备方法、燃料组件的不锈钢包壳 | |
| JP5493061B2 (ja) | 耐照射損傷性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 | |
| JP2767169B2 (ja) | 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 | |
| JP5222595B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111104 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130723 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130813 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131015 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131210 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20140106 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140106 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20140106 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140207 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5493060 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |