JP5756935B2 - Austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance and method for producing the same - Google Patents

Austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、例えば、高酸化性の金属イオンを含有する高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境、又は、中性子照射を受ける高温高圧水中環境において、優れた耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性を呈するオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関するものである。   The present invention has excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion resistance, for example, in a boiling heat transfer surface corrosion environment of a highly concentrated nitric acid solution containing a highly oxidative metal ion, or in a high temperature and high pressure underwater environment subjected to neutron irradiation. The present invention relates to an austenitic stainless steel exhibiting crackability and a method for producing the same.

従来、オーステナイト系ステンレス鋼は、一般に硝酸のような酸化性の強い酸を含む環境において表面に不動態皮膜を形成することで耐食性を発揮することが知られている。このため、オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、硝酸製造プラントの構造材料として汎用されている。   Conventionally, it is known that austenitic stainless steel exhibits corrosion resistance by forming a passive film on the surface in an environment containing a highly oxidizing acid such as nitric acid. For this reason, for example, austenitic stainless steel is widely used as a structural material for nitric acid production plants.

具体的に、オーステナイト系ステンレス鋼は、使用済核燃料の再処理プラントにおける、使用済核燃料を高濃度の硝酸によって溶解するための溶解槽、又は、前記溶解層の溶解液を蒸発させて硝酸を回収するための酸回収蒸発缶等に使用されている。   Specifically, austenitic stainless steel is used to recover nitric acid in a reprocessing plant for spent nuclear fuel by dissolving the spent nuclear fuel with high-concentration nitric acid or by evaporating the solution in the dissolved layer. It is used in acid recovery evaporators.

しかしながら、この場合、オーステナイト系ステンレス鋼の環境は、使用済核燃料から、ルテニウムイオン(Ru3+)、及び、クロムイオン(Cr6+)等の金属イオンが硝酸中に混入することで酸化性がさらに強くなる。このため、粒界腐食を伴う腐食を受けてしまうという問題があった。 However, in this case, the environment of the austenitic stainless steel, the spent nuclear fuel or al, ruthenium ion (Ru 3+), and oxidizing by metal ions such as chromium ions (Cr 6+) is mixed in nitric acid Becomes even stronger. For this reason, there was a problem of being subject to corrosion accompanied by intergranular corrosion.

高酸化性の金属イオンを含有する高温の硝酸環境下でオーステナイト系ステンレス鋼材を使用するため、以下のような対策が知られている。先ず、粒界腐食の原因であるCr欠乏層の集成を抑制するため、オーステナイト系ステンレス鋼の炭素含有量が極力低くされる。また、必要に応じて、オーステナイト系ステンレス鋼に少量のNbが添加される。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼に溶体化熱処理が施される。   Since an austenitic stainless steel material is used in a high-temperature nitric acid environment containing highly oxidizable metal ions, the following measures are known. First, the carbon content of the austenitic stainless steel is made as low as possible in order to suppress the aggregation of the Cr-deficient layer that is the cause of intergranular corrosion. If necessary, a small amount of Nb is added to the austenitic stainless steel. Further, solution heat treatment is performed on the austenitic stainless steel.

また、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性をさらに向上させるものとして、例えば、特許文献1〜7に記載のものがある。   Moreover, as what further improves the corrosion resistance of austenitic stainless steel, there exists a thing of patent documents 1-7, for example.

特許文献1には、C:0.005wt%以下、Si:0.4wt%以下、Mn:0.1〜12wt%、P:0.005wt%以下、Ni:7〜28wt%、Cr:15〜30wt%、N:0.06〜0.30wt%を含有し、残部が実質的にFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、含有するPの量を限定することで、Pの粒界偏析を抑え、オーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食性を改善している。   In Patent Document 1, C: 0.005 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, Mn: 0.1 to 12 wt%, P: 0.005 wt% or less, Ni: 7 to 28 wt%, Cr: 15 An austenitic stainless steel containing 30 wt%, N: 0.06 to 0.30 wt%, and the balance being substantially made of Fe is disclosed. This austenitic stainless steel limits the grain boundary segregation of P by limiting the amount of P contained, and improves the intergranular corrosion resistance of the austenitic stainless steel.

また、特許文献2には、C:0.015wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:2wt%以下、P:0.015wt%以下、Ni:10〜22wt%、Cr:15〜30wt%、Al:0.01wt%以下、Ca:0.002〜0.010wt%以下を含有し、残部が実質的にFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、含有するSi、P、及びAlの量を限定すると共に、Caを適量添加することで、優れた耐加工フロー腐食性を呈している。また、優れた熱間加工性、及び高温硝酸中での優れた耐食性を呈している。   In Patent Document 2, C: 0.015 wt% or less, Si: 0.5 wt% or less, Mn: 2 wt% or less, P: 0.015 wt% or less, Ni: 10-22 wt%, Cr: 15-30 wt% %, Al: 0.01 wt% or less, Ca: 0.002 to 0.010 wt% or less, and the austenitic stainless steel whose balance is substantially made of Fe is disclosed. This austenitic stainless steel exhibits excellent work flow corrosion resistance by limiting the amounts of Si, P, and Al contained and adding an appropriate amount of Ca. It also exhibits excellent hot workability and excellent corrosion resistance in high temperature nitric acid.

また、特許文献3には、C:0.02wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.03wt%以下、S:0.002wt%以下、Ni:10〜16wt%、Cr:16〜20wt%、Mo:2.0〜3.0wt%、N:0.06〜0.15wt%を含有し、残部が実質的にFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、Ni(wt%)+60N(wt%)―4Mo(wt%)≧7を満足し、さらにCa及び/又はCeを、重量パーセントの単独又は合計が2×S(wt%)〜0.03wt%となるように含有することで、トンネル状腐食に対する優れた耐食性を呈している。   In Patent Document 3, C: 0.02 wt% or less, Si: 0.5 wt% or less, Mn: 0.5 wt% or less, P: 0.03 wt% or less, S: 0.002 wt% or less, Ni: An austenitic stainless steel containing 10 to 16 wt%, Cr: 16 to 20 wt%, Mo: 2.0 to 3.0 wt%, N: 0.06 to 0.15 wt%, and the balance being substantially Fe. It is disclosed. This austenitic stainless steel satisfies Ni (wt%) + 60 N (wt%) − 4 Mo (wt%) ≧ 7, and further contains Ca and / or Ce by weight percent alone or in total of 2 × S (wt% ) -0.03 wt%, it exhibits excellent corrosion resistance against tunnel-like corrosion.

また、特許文献4には、酸化性の金属イオンを含有する耐高温硝酸腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法が開示されている。具体的には、650℃から950℃の範囲内の温度において1分以上加熱する熱処理を施す。次に、その熱処理の温度が650℃から850℃未満の場合には、急冷又は放冷することにより常温まで冷却する。一方、その熱処理の温度が850℃から950℃の場合には、急冷することにより常温まで冷却する。これにより、このオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた耐高温硝酸腐食性を呈している。   Patent Document 4 discloses a method for producing an austenitic stainless steel containing an oxidizing metal ion and excellent in high temperature nitric acid corrosion resistance. Specifically, heat treatment is performed by heating at a temperature in the range of 650 ° C. to 950 ° C. for 1 minute or longer. Next, when the temperature of the heat treatment is from 650 ° C. to less than 850 ° C., it is cooled to room temperature by quenching or allowing to cool. On the other hand, when the temperature of the heat treatment is 850 ° C. to 950 ° C., it is cooled to room temperature by rapid cooling. Thereby, this austenitic stainless steel exhibits excellent high-temperature nitric acid corrosion resistance.

また、特許文献5には、B含有量が30wtppm以下であり、オーステナイト粒径をdとするとき、B(wtppm)×d(μm)≦700を満足するオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法が開示されている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、B(wtppm)×d(μm)を関数とする所定の温度以上に加熱し、固溶化処理を行うことにより、優れた耐粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割れ性を呈している。   Patent Document 5 discloses an austenitic stainless steel satisfying B (wtppm) × d (μm) ≦ 700 when the B content is 30 wtppm or less and the austenite particle diameter is d, and a method for producing the same. Has been. This austenitic stainless steel has excellent intergranular corrosion resistance and intergranular stress corrosion cracking by heating above a predetermined temperature as a function of B (wtppm) × d (μm) and performing a solution treatment. It exhibits sex.

また、特許文献6には、C:0.02wt%以下、Si:0.8wt%以下、Mn:2.0wt%以下、P:0.04wt%以下、S:0.03wt%以下、Ni:6〜22wt%、Cr:13〜27wt%、Al:0.1wt%以下、Cu:0.3wt%以下、N:0.1wt%以下を含有し、残部が実質的にFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、1.5Ni(wt%)+Mn+65(C+N)―5Si(wt%)―2.5≦52−2.3(Ni+Mn)−200(C+N)等を満足し、含有するBが5wtppm以下であり、さらにTi、Nb、V、Hf、及びTaの中から選択される1種又は2種以上の元素の合計が1.0wt%以下にすることで、冷間の加工若しくは変形後において、優れた耐硝酸腐食性を呈している。   In Patent Document 6, C: 0.02 wt% or less, Si: 0.8 wt% or less, Mn: 2.0 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, S: 0.03 wt% or less, Ni: Austenitic stainless steel containing 6 to 22 wt%, Cr: 13 to 27 wt%, Al: 0.1 wt% or less, Cu: 0.3 wt% or less, N: 0.1 wt% or less, and the balance being substantially Fe. Steel is disclosed. This austenitic stainless steel satisfies 1.5Ni (wt%) + Mn + 65 (C + N) -5Si (wt%)-2.5 ≦ 52-2.3 (Ni + Mn) -200 (C + N), etc. Is 5 wtppm or less, and the total of one or more elements selected from Ti, Nb, V, Hf, and Ta is 1.0 wt% or less, so that cold processing or deformation Later, it exhibits excellent nitric acid corrosion resistance.

また、特許文献7には、清浄な粒界を作り出すことからなるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法が開示されている。具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼に対し、加工度40%以上の冷間加工を施す。次に、得られた冷間加工材を再結晶温度未満の温度、かつ炭化物が析出する温度に保持し、P等の粒界偏析が生じない温度域で再結晶化させる。これにより、このオーステナイト系ステンレス鋼は、酸化剤が含まれる硝酸溶液の腐食環境下にあっても優れた耐食性を呈している。   Patent Document 7 discloses a method for producing austenitic stainless steel, which is to create clean grain boundaries. Specifically, the austenitic stainless steel is cold worked with a workability of 40% or more. Next, the obtained cold-worked material is maintained at a temperature lower than the recrystallization temperature and a temperature at which carbide precipitates, and is recrystallized in a temperature range in which grain boundary segregation such as P does not occur. As a result, this austenitic stainless steel exhibits excellent corrosion resistance even in a corrosive environment of a nitric acid solution containing an oxidizing agent.

特開昭59−222563号公報JP 59-222563 A 特開平06−306548号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-306548 特開平07−090497号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-090497 特開平07−238315号公報JP 07-238315 A 特開平07−113146号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-113146 特開平08−013095号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-013095 特開昭60−100629号公報JP-A-60-1000062

また、オーステナイト系ステンレス鋼が、伝熱管中の硝酸溶液を伝熱管の外側からの加熱沸騰により溶解液中から硝酸を回収しようとするサーモサイフォン方式の酸回収蒸発缶で使用された場合、硝酸の蒸発及び熱分解に伴う高酸化性イオン生成と還元反応による溶解とが同時に起こる。このため、オーステナイト系ステンレス鋼の腐食環境は沸騰伝熱面腐食となる。これにより、同一金属表面温度の浸漬腐食の場合よりも腐食速度が増大し、その腐食速度は時間漸増傾向を示すという厳しい環境である。このため、上記先行技術では根本的な解決になっていないのが事実である。   In addition, when austenitic stainless steel is used in a thermosiphon-type acid recovery evaporator that attempts to recover nitric acid from the solution by heating and boiling the nitric acid solution in the heat transfer tube from the outside of the heat transfer tube, Generation of highly oxidative ions accompanying evaporation and thermal decomposition and dissolution by reduction reaction occur simultaneously. For this reason, the corrosive environment of austenitic stainless steel is boiling heat transfer surface corrosion. As a result, the corrosion rate increases more than in the case of immersion corrosion at the same metal surface temperature, and the corrosion rate shows a gradual increase trend over time. For this reason, the above prior art is not a fundamental solution.

具体的に、先行技術1におけるPの含有量を限定、又は、先行技術2および3におけるSとの結合力の強いCaやCeの添加によりMnSの形成が抑制され、圧延方向に進展したMnSに起因するトンネル状腐食の発生を抑制することが出来ると開示している。しかしながら、Sの粒界への偏析が抑えられるので、粒界腐食の抑制に対しても有効とあるのみで、具体的な記述はない。また、先行技術4および5は、経済性のみが考慮されており、当該技術では安定して良好な耐硝酸腐食性が得られるとは考えにくい。   Specifically, the content of P in the prior art 1 is limited, or the addition of Ca or Ce having a strong binding force with S in the prior art 2 and 3, the formation of MnS is suppressed, and the MnS has progressed in the rolling direction. It is disclosed that it is possible to suppress the occurrence of tunnel-like corrosion. However, since segregation of S to the grain boundary is suppressed, it is only effective for suppressing the intergranular corrosion, and there is no specific description. Prior arts 4 and 5 consider only economic efficiency, and it is unlikely that stable nitric acid corrosion resistance can be obtained with this technique.

また、先行技術6には、B含有量を5wtppm以下と本発明と類似の知見が開示されている。しかしながら、試験方法が65%の沸騰硝酸のみの中に48時間ずつ浸漬というマイルドな条件である。また、使用済み核燃料の再処理プラントで使用される高酸化性の金属イオンを含有する腐食環境を模擬した評価試験による優劣選定ではない。また、B量について、通常の不純物元素として低ければ良い程度の扱いであり、実施の形態における実施例と比較例とで、オーステナイト系ステンレス鋼に含有されるBは同レベルであるため、B含有量を制限する必要性に関する知見は見あたらない。   Prior art 6 discloses a knowledge similar to the present invention, in which the B content is 5 wtppm or less. However, the test method is a mild condition of immersion in only 65% boiling nitric acid for 48 hours. In addition, it is not a superiority or inferiority selection based on an evaluation test that simulates a corrosive environment containing highly oxidizing metal ions used in a spent nuclear fuel reprocessing plant. In addition, the amount of B is as low as a normal impurity element, and the amount of B contained in the austenitic stainless steel is the same level in the examples and comparative examples in the embodiment. There is no finding about the need to limit the amount.

また、先行技術7には、加工熱処理に関して、本発明と類似の知見が開示されているが、C量の規定が十分でない。このため、冷間加工後、一旦、粒界腐食の原因となるCr系炭化物を均一分散させているが、多量に析出するCr系炭化物まわりのCr欠乏層が腐食促進の原因となる。また、当該熱処理はP、S、N、O等の粒界偏析不純物元素の無害化に対しては何ら効果がないにも係わらずその量の規定が十分でなく、かつ何ら対策が施されていないなど、所望の耐食性が得られるとは考えられない。   Prior art 7 discloses knowledge similar to the present invention regarding thermomechanical processing, but the amount of C is not sufficiently defined. For this reason, after cold working, Cr-based carbides that cause intergranular corrosion are once dispersed uniformly, but a Cr-deficient layer around Cr-based carbides that precipitates in large amounts causes corrosion promotion. Further, although the heat treatment has no effect on detoxification of grain boundary segregation impurity elements such as P, S, N, O, etc., the amount is not sufficiently defined and no measures are taken. It is unlikely that the desired corrosion resistance can be obtained.

また、オーステナイト系ステンレス鋼は、中性子照射を受ける高温高圧水中環境下の軽水炉炉心に使用される場合、長期の放射線照射により粒界型応力腐食割れ(IGSCC)に対する感受性が増大する。例えば、溶体化処理した固溶状態のオーステナイト系ステンレス鋼は、中性子照射のない炉心外において耐粒界型応力腐食割れ性を有するが、炉心内において高レベルの照射、特に中性子照射量で1.0×1021n/cm程度以上の照射を受けた場合はそのような抵抗性は失われていく。このような割れは照射誘起応力腐食割れ(IASCC)と称して、近年古い軽水炉で問題にされつつある。 In addition, when austenitic stainless steel is used in a light water reactor core under a high-temperature high-pressure underwater environment subjected to neutron irradiation, sensitivity to intergranular stress corrosion cracking (IGSCC) increases due to long-term irradiation. For example, a solution-treated austenitic stainless steel in a solid solution state has resistance to intergranular stress corrosion cracking outside the core without neutron irradiation, but a high level of irradiation within the core, particularly at a neutron irradiation amount of 1. Such resistance is lost when irradiated with about 0 × 10 21 n / cm 2 or more. Such cracks are called irradiation-induced stress corrosion cracking (IASCC) and have recently become a problem in older light water reactors.

この問題を解決する手法として、例えば、特許文献8および9には、オーステナイト系ステンレス鋼の構成元素の含有量を調整する方法が開示されている。また、特許文献10には、粒界型応力腐食割れの原因となる結晶粒界への炭化物の析出を抑制するため、Cを0.03wt%以下に制限し、固溶度の大きなNを0.15wt%以下含有させたNi−Crオーステナイト系ステンレス鋼の化学成分を設定し、さらに、当該鋼の製造において1100〜1300℃の温度範囲で加熱することにより単位粒界当たりの炭化物の析出量を低減して粒界近傍のCr欠乏量を低減し、かつCr欠乏領域を分散させる鋼およびその製造方法が開示されている。しかし、これらの発明は成分調整で粒界型応力腐食割れを防止しようとしているが、Cr欠乏層とともに粒界腐食の原因となる不純物が低減されていないため、照射環境下で発生する応力腐食割れを本質的に解決することができない。   As a technique for solving this problem, for example, Patent Documents 8 and 9 disclose a method of adjusting the content of constituent elements of austenitic stainless steel. Further, in Patent Document 10, C is limited to 0.03 wt% or less in order to suppress precipitation of carbides at grain boundaries that cause grain boundary type stress corrosion cracking, and N having a high solid solubility is set to 0. The chemical composition of Ni-Cr austenitic stainless steel contained in a content of 15 wt% or less is set, and the amount of carbide per unit grain boundary is reduced by heating in the temperature range of 1100 to 1300 ° C in the production of the steel. A steel that reduces the Cr deficiency in the vicinity of the grain boundary and disperses the Cr deficient region and a method for manufacturing the same are disclosed. However, these inventions attempt to prevent intergranular stress corrosion cracking by adjusting the components, but since the impurities that cause intergranular corrosion are not reduced together with the Cr-deficient layer, stress corrosion cracking that occurs in an irradiation environment is not achieved. Cannot be solved essentially.

また、特許文献11には、C:0.005〜0.08wt%以下、Mn:0.3wt%以下、Si+P+S:0.2wt%以下、Ni:25〜40wt%、Cr:25〜40wt%、Mo+W:5.0wt%以下、Nb+Ta:0.3wt%以下、Ti:0.3wt%以下、B:0.001wt%以下などの組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼において、1000〜1150℃の温度範囲での溶体化処理、さらに30%までの冷間加工、その後600〜750℃の温度範囲で100時間までに加熱処理を施すことにより、少なくとも1×1022n/cmまでの中性子照射を受けた後においても270〜350℃/70〜160気圧の高温高圧水または高温高圧酸素飽和水中での耐応力腐食割れ性に優れ、室温から400℃までの平均膨張係数が15〜19×10−6/Kの範囲にあることを特徴とする耐中性子劣化に優れた高Niオーステナイト鋼の技術が開示されている。 Patent Document 11 includes C: 0.005 to 0.08 wt% or less, Mn: 0.3 wt% or less, Si + P + S: 0.2 wt% or less, Ni: 25 to 40 wt%, Cr: 25 to 40 wt%, In an austenitic stainless steel having a composition such as Mo + W: 5.0 wt% or less, Nb + Ta: 0.3 wt% or less, Ti: 0.3 wt% or less, B: 0.001 wt% or less, etc., at a temperature range of 1000 to 1150 ° C. Solution treatment, further cold working up to 30%, and then heat treatment up to 100 hours in a temperature range of 600 to 750 ° C. to receive neutron irradiation of at least 1 × 10 22 n / cm 2 . Even after, excellent resistance to stress corrosion cracking in high-temperature high-pressure water or high-temperature high-pressure oxygen-saturated water at 270 to 350 ° C./70 to 160 atmospheres, from room temperature to 400 ° C. The average expansion coefficient of the high Ni austenitic steel having excellent neutron deterioration lies in the range of 15~19 × 10 -6 / K techniques are disclosed.

しかし、P、S、Si、Nb、Ta、TiおよびBについてはいずれも少ない方が好ましく、Nb+TaおよびTiは脱酸剤として用いた場合の不純物レベル以下としての規定であり、耐応力腐食割れ性改善のために積極的に調整したものではない。また、MnおよびBについては現在の製鋼技術で実用上可能な最低限の値とし、B量を0.001wt%以下と規定しているが、発明に至った実施例におけるB量の最低値は0.0003wt%であり、B量の低減が充分ではなく、さらに耐応力腐食割れ性を劣化させるもっとも重要な構成成分であるC量の低減が充分ではないため、必ずしも良好な耐応力腐食割れ性が得られない。   However, it is preferable that P, S, Si, Nb, Ta, Ti and B are all small, and Nb + Ta and Ti are defined as impurity levels or less when used as a deoxidizer, and are resistant to stress corrosion cracking. It was not actively adjusted for improvement. Further, Mn and B are the minimum values practically possible with the current steelmaking technology, and the amount of B is specified to be 0.001 wt% or less, but the minimum value of the amount of B in the examples leading to the invention is 0.0003 wt%, the amount of B is not sufficiently reduced, and since the amount of C, which is the most important component for degrading the stress corrosion cracking resistance, is not sufficient, the stress corrosion cracking resistance is always good. Cannot be obtained.

また、特許文献12には、C:0.05納路以下、Si:1.0〜4.0wt%、Mn:0.3wt%以下、Ni:6〜22wt%、Cr:18〜23wt%、Cu:1〜3wt%、Mo:0.3〜2.0wt%、N:0.05wt%以下、残部が実質的にFeから成る高合金オーステナイト系ステンレス鋼において、S量を0.004wt%以下まで低減させ、0.0005〜0.005wt%の微量Bを添加し、さらにCaとMgの1種または2種をSwt%≦Mg+1/2、Ca≦0.007wt%添加することにより当該鋼の優れた耐食性を損なうことなく熱間加工性を著しく改善する技術が開示されている。しかし、当該発明の要件のひとつであるB添加の下限値0.0005wt%は熱間加工性を改善する観点から、一方、上限の0.005対%は粒界腐食性の劣化を招かない観点から限定されていることから、耐食性を積極的に改善するものではないのは明らかである。   In Patent Document 12, C: 0.05 or less, Si: 1.0 to 4.0 wt%, Mn: 0.3 wt% or less, Ni: 6 to 22 wt%, Cr: 18 to 23 wt%, Cu: 1 to 3 wt%, Mo: 0.3 to 2.0 wt%, N: 0.05 wt% or less, high alloy austenitic stainless steel whose balance is substantially Fe, S content is 0.004 wt% or less And adding 0.05 or 0.005 wt% of trace B, and adding one or two of Ca and Mg to Swt% ≦ Mg + 1/2 and Ca ≦ 0.007 wt%. A technique for significantly improving hot workability without impairing excellent corrosion resistance is disclosed. However, the lower limit of 0.0005 wt% of B addition, which is one of the requirements of the present invention, is from the viewpoint of improving hot workability, while the upper limit of 0.005 to% is a viewpoint that does not cause deterioration of intergranular corrosion. Therefore, it is clear that the corrosion resistance is not positively improved.

また、特許文献13には、一方向凝固法によりオーステナイト系ステンレス鋼のランダム結晶粒界を排除して単結晶とする方法が開示されているが、鋳造条件、特に引出速度に制限があり、工業的には製法が難しく、大型部材への適用が困難である。   Patent Document 13 discloses a method of eliminating a random grain boundary of austenitic stainless steel by a unidirectional solidification method to form a single crystal. However, there is a limitation on casting conditions, in particular, a drawing speed. In particular, the manufacturing method is difficult, and it is difficult to apply to large-sized members.

また、特許文献14には、C:0.02wt%以下、N:0.6wt%以下、Si:1.0wt%以下、P:0.040wt%以下、S:0.030wt%以下、Mn:2.0wt%以下、Mo:3.0wt%以下、Ni:12〜26wt%、Cr:16〜26wt%を含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、室温でオーステナイト相またはフェライト相がオーステナイト母相中に10体積%以下であり、該母相はサブ結晶粒を有し、さらに対応方位関係からのずれが小さく規則度が高い結晶粒界の単結晶からなることにより耐食性、耐応力腐食割れ性および機械的性質が優れた銅およびその用途が開示されている。しかし、具体的製造方法として、歪み焼鈍法、タンマン法、ブリッジマン法、浮遊帯溶融法、一方向凝固法、連続鋳造法などがあり、比較的大きな該鋼を得るためには一方向凝固法または連続鋳造法が好ましいとされているが、具体的製造条件が欠けており、発明要件である組織構成を得るための実現性が疑わしいばかりでなく、鋼成分、特にNi含有量が中性子照射環境下でのスェリングを抑制するのに充分な量ではなく、所望の耐食性が得られるとは考えられない。   In Patent Document 14, C: 0.02 wt% or less, N: 0.6 wt% or less, Si: 1.0 wt% or less, P: 0.040 wt% or less, S: 0.030 wt% or less, Mn: In an austenitic stainless steel containing 2.0 wt% or less, Mo: 3.0 wt% or less, Ni: 12 to 26 wt%, Cr: 16 to 26 wt%, the austenite phase or ferrite phase is 10 in the austenite matrix at room temperature. The parent phase has sub-crystal grains, and further comprises a single crystal of a grain boundary with a small deviation from the corresponding orientation relationship and a high degree of order, thereby providing corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance and mechanical properties. Copper with excellent properties and uses thereof are disclosed. However, specific manufacturing methods include strain annealing method, Tamman method, Bridgeman method, floating zone melting method, unidirectional solidification method, continuous casting method, etc. In order to obtain a relatively large steel, unidirectional solidification method Or, continuous casting is said to be preferable, but specific manufacturing conditions are lacking, and not only the feasibility to obtain the structure of the structure which is a requirement of the invention is questionable, but also the steel components, particularly the Ni content, is in the neutron irradiation environment. It is not considered that sufficient corrosion resistance is obtained because the amount is not sufficient to suppress the swelling at the bottom.

特開昭63−303038号公報JP 63-303038 A 特開平05−059494号公報JP 05-059494 A 特開平8−269550号公報JP-A-8-269550 特開平09−125205号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-125205 特開平05−179405号公報JP 05-179405 A 特開平03−264651号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-264651 特開平11−80905号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-80905

しかしながら、特許文献1乃至7に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材又はその製造方法を使用しても激しい粒界腐食が生ずる問題が依然として残っている。   However, even if the austenitic stainless steel material described in Patent Documents 1 to 7 or the manufacturing method thereof is used, there still remains a problem that severe intergranular corrosion occurs.

さらに、上記したように、特許文献8乃至14に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材では、中性子照射を受ける高温高圧水中環境で使用できうる耐食性を得ることができないという問題があった。   Furthermore, as described above, the austenitic stainless steel materials described in Patent Documents 8 to 14 have a problem that corrosion resistance that can be used in a high-temperature and high-pressure underwater environment that receives neutron irradiation cannot be obtained.

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その主目的は、高酸性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下、又は、中性子照射を受ける高温高圧水中環境下における、粒界腐食及び応力腐食割れに対して優れた耐食性を呈するオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is in a boiling heat transfer surface corrosion environment of a high concentration nitric acid solution containing highly acidic ions, or in a high temperature and high pressure underwater environment that receives neutron irradiation. An austenitic stainless steel exhibiting excellent corrosion resistance against intergranular corrosion and stress corrosion cracking and a method for producing the same.

課題を解決するための手段および効果Means and effects for solving the problem

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、腐食の起点となるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒界における不純物元素、特にBを極力低減すること、望ましくは完全に除去することが高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下や軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下における粒界腐食や応力腐食割れに対する耐食性を高め得ることを知見した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, the boiling heat transfer of a highly concentrated nitric acid solution containing highly oxidizing ions can be reduced as much as possible, preferably completely removed, at the grain boundaries of austenitic stainless steel, which is the starting point of corrosion. It has been found that the corrosion resistance against intergranular corrosion and stress corrosion cracking can be enhanced under surface corrosion environment or high temperature and high pressure underwater environment that receives neutron irradiation like light water reactor core.

具体的に、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、その目的を達するため、C:0.005wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.005wt%以下、S:0.005wt%以下、Ni:15.0〜40.0wt%、Cr:20.0〜30.0wt%、N:0.01wt%以下、O:0.01wt%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼であって、不可避的不純物に含まれるBが3wtppm以下であ高酸性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下、又は、中性子照射を受ける高温高圧水中環境下における、粒界腐食及び応力腐食割れに対して優れた耐食性を呈することを特徴とする。 Specifically, since the austenitic stainless steel of the present invention achieves its purpose, C: 0.005 wt% or less, Si: 0.5 wt% or less, Mn: 0.5 wt% or less, P: 0.005 wt% or less S: 0.005 wt% or less, Ni: 15.0-40.0 wt%, Cr: 20.0-30.0 wt%, N: 0.01 wt% or less, O: 0.01 wt% or less, balance an austenitic stainless steel consisting of Fe and unavoidable impurities, B included in the inevitable impurities Ri der less 3 wt ppm, boiling heat transfer surface corrosive environment of a high concentration nitric acid solution containing highly acidic ion, or , at high temperature high pressure underwater environment undergoing neutron irradiation, characterized Rukoto that Teisu excellent corrosion resistance against intergranular corrosion and stress corrosion cracking.

上記構成によると、Bの含有量を3wtppm以下とすることで、粒界腐食を低減し、応力腐食割れを完全に抑制することができる。   According to the above configuration, by setting the B content to 3 wtppm or less, intergranular corrosion can be reduced and stress corrosion cracking can be completely suppressed.

また、Cの含有量を0.005wt%以下とすることで、Cr系炭化物の析出を抑えることができる。また、Siを0.5wt%以下含有させることで、脱酸作用をもたらすことができる。また、Mnを0.5wt%以下含有させることで、δ−フェライトの生成や加工誘起変態を低減することができる。また、Pの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。また、Sの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、および耐孔食性の劣化を低減することができる。   Moreover, precipitation of Cr type carbide | carbonized_material can be suppressed by content of C being 0.005 wt% or less. Moreover, deoxidation can be brought about by containing Si 0.5wt% or less. Moreover, the production | generation of a (delta) -ferrite and a process induction transformation can be reduced by containing Mn 0.5 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the P content to 0.005 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance, and pitting corrosion resistance can be reduced by setting the S content to 0.005 wt% or less.

また、Niの含有量を15.0wt%以上含有させることでオーステナイト組織を安定させ、また粒界腐食や応力腐食割れを抑制することができる。また、Niの含有量を40.0wt%以下とすることで、コストの低減を図ることができる。また、Crの含有量を20.0wt%以上とすることで、例えば、再処理プラントのように高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下での過不働態腐食環境下や軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下で十分な耐食性を確保することができる。また、Crの含有量を30.0wt%以下とすることで、Crリッチの脆化相の析出を抑えることができる。また、NおよびOの含有量をそれぞれ0.01wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。   Further, by containing Ni in an amount of 15.0 wt% or more, the austenite structure can be stabilized, and intergranular corrosion and stress corrosion cracking can be suppressed. Moreover, cost reduction can be aimed at by content of Ni being 40.0 wt% or less. Further, by setting the Cr content to 20.0 wt% or more, for example, a highly passive corrosive environment in a boiling heat transfer surface corrosive environment of a highly concentrated nitric acid solution containing highly oxidizing ions as in a reprocessing plant. Sufficient corrosion resistance can be ensured under high-temperature and high-pressure underwater environments that receive neutron irradiation, such as under and light water reactor cores. Moreover, precipitation of Cr-rich embrittlement phase can be suppressed by setting the Cr content to 30.0 wt% or less. Moreover, the deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the contents of N and O to 0.01 wt% or less, respectively.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、含有するC、P、S、NおよびOのwt%の合計が0.02wt%以下であってもよい。   In the austenitic stainless steel of the present invention, the total of wt% of C, P, S, N and O contained may be 0.02 wt% or less.

上記構成によると、C、P、S、NおよびOのwt%の合計を0.02wt%以下とすることで、良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性を得ることができる。   According to the said structure, favorable intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained because the sum total of wt% of C, P, S, N, and O shall be 0.02 wt% or less.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上であってもよい。   In the austenitic stainless steel of the present invention, the Ti content may be stoichiometrically equivalent or more than the total of C, P, S, N and O.

上記構成によると、Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上とすることで、粒界腐食の原因となる不純物元素であるC、P、S、N、およびOをTiC,FeTiP,TiS,TiN,および、TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより完全に無害化することができる。 According to the above configuration, the content of Ti is more than stoichiometrically equivalent to the total of C, P, S, N, and O, so that C, which is an impurity element that causes intergranular corrosion, P, S, N, and O TiC, FeTiP, TiS, TiN , and can be rendered harmless by a Ti-based carbonitride and compounds, such as TiO 2.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、その目的を達するため、オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、第1の温度範囲内の熱処理温度からの急冷又は放冷により常温まで冷却することからなる溶体化熱処理を行うことを特徴とする。   Moreover, in order to achieve the objective, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this invention is the heat processing temperature in the 1st temperature range which is 1000 degreeC-1150 degreeC in the manufacturing process of the board | plate material or pipe material of austenitic stainless steel. A heat treatment for 1 minute or longer is followed by a solution heat treatment comprising cooling to room temperature by rapid cooling from the heat treatment temperature within the first temperature range or by allowing to cool.

上記構成によると、溶体化熱処理によりオーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。   According to the above configuration, the austenite phase can be made uniform by solution heat treatment, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、その目的を達するため、オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、第1の温度範囲の熱処理温度からの急冷又は放冷による冷却を行い、冷却もしくは冷却後の再加熱によって650℃以上の第2の温度範囲内の熱処理温度となった後、10分以上第2の温度範囲内の熱処理温度となるように加熱によって保持を行うことからなる溶体化熱処理を行うことを特徴とする。   Moreover, in order to achieve the objective, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this invention is the heat processing temperature in the 1st temperature range which is 1000 degreeC-1150 degreeC in the manufacturing process of the board | plate material or pipe material of austenitic stainless steel. After performing the heat treatment for 1 minute or longer, the heat treatment temperature in the second temperature range of 650 ° C. or higher is performed by cooling from the heat treatment temperature in the first temperature range or by cooling by cooling and reheating after cooling. Then, a solution heat treatment is performed, which includes holding by heating so that the heat treatment temperature is within the second temperature range for 10 minutes or more.

上記構成によると、溶体化熱処理によりオーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。   According to the above configuration, the austenite phase can be made uniform by solution heat treatment, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、溶体化熱処理の後、40%以上75%未満の加工度にて冷間加工を施し、加熱によって10分以上700℃以上の温度範囲内の熱処理温度を保持することによる再結晶化処理を行ってもよい。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of the present invention is such that after solution heat treatment, cold working is performed at a working degree of 40% or more and less than 75%, and heating is performed within a temperature range of 700 ° C. or more for 10 minutes or more. You may perform the recrystallization process by hold | maintaining heat processing temperature.

上記構成によると、冷間加工を施すことで、析出サイトとしての転位を十分に導入することができると共に、過度の加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に歪誘起変態することを防ぐことができる。これにより、工業的な加工処理が困難になるのを抑制し、その後の再結晶化処理において均一なオーステナイト組織を得ることができる。また、再結晶化処理において、均一なオーステナイト組織を得た結果、優れた耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性を得ることができる。   According to the above configuration, by performing cold working, it is possible to sufficiently introduce dislocations as precipitation sites and to prevent strain-induced transformation of the austenite phase into the martensite phase due to excessive working. Thereby, it becomes possible to suppress the difficulty of industrial processing and to obtain a uniform austenite structure in the subsequent recrystallization process. In addition, as a result of obtaining a uniform austenite structure in the recrystallization treatment, excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained.

また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、冷間加工を施した後であって再結晶化処理前に、加熱によって30分以上500〜650℃の温度範囲内の熱処理温度を保持することからなる析出物の歪み時効析出を行ってもよい。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of the present invention maintains the heat treatment temperature within a temperature range of 500 to 650 ° C. by heating for 30 minutes or more after the cold working and before the recrystallization treatment. Strain aging precipitation of precipitates consisting of the above may be performed.

上記構成によると、冷間加工を施した後であって再結晶化処理前に析出物の歪み時効析出を行うことで、炭化物などを効率良く均一分散させることができる。   According to the above configuration, by performing strain aging precipitation of the precipitate after the cold working and before the recrystallization treatment, the carbide and the like can be efficiently and uniformly dispersed.

発明の実施するための最良の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

本発明で特定した成分設計にいたった経緯を含めて、本実施の形態を図1および図2に基づいて以下に説明する。   The present embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2, including the background to the component design specified in the present invention.

先ず、粒界腐食や応力腐食割れのもっとも大きな発生要因である粒界へのCr系炭化物の析出に伴うCr欠乏層の生成に対して、従来対策のひとつであるC量の低減のみでは、溶接などの加熱による鋭敏化や放射線環境下での照射誘起析出のような事態が避けられないことを知見した。   First, with respect to the formation of a Cr-deficient layer accompanying the precipitation of Cr-based carbides at the grain boundaries, which is the largest cause of intergranular corrosion and stress corrosion cracking, welding is achieved only by reducing the C content, which is one of the conventional measures. It was found that such situations as sensitization by heating and irradiation-induced precipitation in a radiation environment are inevitable.

このため、鋼中のCrは、炭化物析出に伴う欠乏層生成後も不働態皮膜を生成するのに必要な12wt%程度が確保できる20wt%以上とした。しかしながら、これらでも高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下での過不働態腐食や中性子照射を受ける高温高圧水中環境下での粒界損傷を完全に避けることができなかった。   For this reason, Cr in the steel is set to 20 wt% or more that can secure about 12 wt% necessary for generating a passive film even after generation of a deficient layer due to carbide precipitation. However, even in these cases, the high-concentration nitric acid solution containing highly oxidizable ions can completely avoid transpassive corrosion in boiling heat transfer surface corrosion environment and grain boundary damage in high temperature and high pressure underwater environment subjected to neutron irradiation. There wasn't.

その原因のひとつが結晶粒界に偏析して粒界結合エネルギーを低下させる不純物元素であるBであり、その濃度を3wtppm以下とすることとした。また、C、P、S、N、O等の不純物元素の総量を0.02%以下とすることとした。さらに、必要に応じてこれら不純物元素の影響を完全に無害化するため、TiをC、P、S、NおよびOとの化学量論的に等価以上を含有させてTiC、FeTiP、TiS、TiN、Ti0のようなTi系炭窒化物や化合物とすることが有効であることを知見した。これらにより粒界腐食や応力腐食割れを完全抑制できた。 One of the causes is B, which is an impurity element that segregates at the grain boundaries and lowers the grain boundary binding energy, and its concentration is set to 3 wtppm or less. In addition, the total amount of impurity elements such as C, P, S, N, and O is set to 0.02% or less. Further, if necessary, in order to completely detoxify the influence of these impurity elements, Ti is contained in a stoichiometric equivalent or more with C, P, S, N and O to obtain TiC, FeTiP, TiS, TiN. It was found that it is effective to Ti-based carbonitride and compounds, such as Ti0 2. By these, intergranular corrosion and stress corrosion cracking could be completely suppressed.

これらの対策のもっとも大きな作用は、調査結果を示す図1に示されるように、B量を3wtppm以下にすることである。B添加によりオーステナイト系ステンレス鋼の高温延性が向上することが知られている。例えば、特開昭63−069947号公報では、6〜25wtppmのBを添加することによってクリープ破断延性を改善する技術が提案されている。さらに、2wtppm以上のB添加によって熱間延性が改善されることが「IronAge」vol.179(1957),p.95に報告されている。このように、Bは高温延性や熱間加工性の向上に対して有効な元素と言われている。しかしながら一方で、B添加によりオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性が劣化することが報告されている。   The greatest effect of these measures is to reduce the B content to 3 wtppm or less as shown in FIG. It is known that the addition of B improves the high temperature ductility of austenitic stainless steel. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-0699947 proposes a technique for improving creep rupture ductility by adding 6 to 25 wtppm of B. Furthermore, the addition of 2 wtppm or more of B improves the hot ductility as described in “IronAge” vol. 179 (1957), p. 95. Thus, B is said to be an effective element for improving high temperature ductility and hot workability. However, on the other hand, it has been reported that the corrosion resistance of austenitic stainless steel deteriorates due to the addition of B.

「Stainless steel‘87」,The Institute of Metals,London,(1987),p.234にオーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食性を維持するためB量を低減させることが提案されており、Bを約25wtppm添加すると通常の固溶体化処理においても粒界にCr硼化物が析出して耐粒界腐食性が劣化することが報告されている。さらに、「材料とプロセス」,鉄と鋼,vol.6(1993),p.732では、高温高濃度硝酸中におけるオーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食性を高水準に維持するためには、B含有量を9wtppm以下に低減する必要があることが報告されている。以上のように、Bは粒界に偏析するとともにCrに富む硼化物を形成して耐粒界腐食性を劣化させることが知られている。このように、先行技術7を含めて従来の不純物レベルの鋼では、その悪影響はもっと少ない場合で、B含有量が5wtppmを超えると耐粒界腐食性の劣化が現れ始め、10wtppmを超えると特に顕著になるとされている。   “Stainless steel '87”, The Institute of Metals, London, (1987), p. In order to maintain the intergranular corrosion resistance of austenitic stainless steel in H.234, it has been proposed to reduce the amount of B, and when B is added at about 25 wtppm, Cr boride precipitates at the grain boundaries even in the usual solid solution treatment. It has been reported that the intergranular corrosion resistance deteriorates. Furthermore, “Materials and Processes”, Iron and Steel, vol. 6 (1993), p. No. 732 reports that it is necessary to reduce the B content to 9 wtppm or less in order to maintain the intergranular corrosion resistance of austenitic stainless steel in high temperature and high concentration nitric acid at a high level. As described above, it is known that B segregates at the grain boundaries and forms boride rich in Cr to deteriorate the intergranular corrosion resistance. Thus, in steels of conventional impurity levels including prior art 7, the adverse effect is even less, and when the B content exceeds 5 wtppm, deterioration of intergranular corrosion resistance begins to appear, especially when it exceeds 10 wtppm. It will be noticeable.

Bの含有量による問題点は上述のとおりであるが、本発明では、B含有量そのものの更なる低減が重要であることを知見した。この理由は定かではないが、10wtppm程度と推定されるBの結晶粒界への固溶限以下の含有量で粒界損傷に顕著な改善がみられる。このことから、硼化物の形成よりも結晶粒界への固溶そのものが悪影響をもたらすと推定される。なお、本発明のように極めて微量のB量の効果が知見できたのは、分析装置・技術や製鋼技術の発展によるところが大きい。従来の化学分析では2wtppm程度が検出限界であったのに対し、GD−MS分析法によりwtppm以下のB含有量を正確に分析できるようになり、微量B量と粒界腐食や応力腐食割れの関係が明確になった。また、通常のオーステナイト系ステンレス鋼の溶製では合金鉄およびスクラップなどの原料から2〜5wtppm程度混入することが避けられなかったが、分析技術の発展によりB含有量の少ない原料の選別が可能になり、さらに酸化精錬などの製鋼技術の発達によりB含有率の低いオーステナイト系ステンレス鋼の溶製が可能となっている。   Although the problems due to the B content are as described above, the present invention has found that further reduction of the B content itself is important. The reason for this is not clear, but a marked improvement in grain boundary damage is observed at a content of B below the solid solubility limit of B estimated to be about 10 wtppm. From this, it is presumed that the solid solution itself at the grain boundaries has an adverse effect rather than the formation of borides. In addition, as for this invention, the place where the effect of the very small amount of B was able to be found was largely due to the development of analytical equipment / technology and steelmaking technology. In the conventional chemical analysis, the detection limit was about 2 wtppm, but the B content of wtppm or less can be accurately analyzed by the GD-MS analysis method, and trace B amount and intergranular corrosion and stress corrosion cracking The relationship became clear. In addition, it has been unavoidable to mix about 2 to 5 wtppm from raw materials such as alloy iron and scrap in the melting of normal austenitic stainless steel. However, the development of analytical technology enables the selection of raw materials with low B content. Furthermore, austenitic stainless steel with a low B content can be melted by the development of steelmaking techniques such as oxidation refining.

次に、C、P、S、N、O等の不純物元素の総量を0.02wt%以下とすることも本発明の大きな構成要件である。これらの不純物元素の総量を0.02wt%以下にした場合に粒界損傷が著しく改善される理由は明らかではない。これらの元素の結晶粒界への作用や析出物を生成する場合の形態は異なるが、現在の分析・解析技術では、本発明のような微量の元素の存在状態を個々に区別することは不可能である。しかしながら、結晶粒界に偏析・固溶している不純物元素が悪影響をもたらすのは間違いないと推定される。なお、これら不純物元素の影響を完全に無害化するためにはTiをC、P、S、NおよびOとの化学量論的等価以上に添加してTiC,FeTiP,TiS,TiN,TiOのようなTi系炭窒化物や化合物とすることが有効である。 Next, it is also a major component of the present invention that the total amount of impurity elements such as C, P, S, N, and O is 0.02 wt% or less. The reason why the grain boundary damage is remarkably improved when the total amount of these impurity elements is 0.02 wt% or less is not clear. Although the effects of these elements on the grain boundaries and the form in which precipitates are generated are different, current analysis / analysis techniques cannot distinguish the presence of trace elements as in the present invention. Is possible. However, it is presumed that there is no doubt that the impurity elements segregated and dissolved in the crystal grain boundaries have an adverse effect. In order to completely detoxify the effects of these impurity elements, Ti is added to a stoichiometric equivalent or more of C, P, S, N and O, and TiC, FeTiP, TiS, TiN, and TiO 2 are added. Such Ti-based carbonitrides and compounds are effective.

不純物元素の総量が0.02wt%以下という高純度のオーステナイト系ステンレス鋼塊を溶製する方法は特に限定しないが、溶製工程の組合せの中に電子ビーム溶解法を適用することも有効な手段のひとつである。オーステナイト系ステンレス鋼塊の製造過程において電子ビーム溶解法を適用することによりオーステナイト結晶粒界に偏析するC、P、S、N、O等の不純物元素ばかりでなく、揮発性の高いアルカリ基金属含有量をも極力低減した超高清浄度を得ることができる。なお、電子ビーム溶解の原料電極となる事前の溶製方法についても特に限定せず、一次溶解原料の純度に合わせて最適な溶製方法を選定すれば良い。   A method for melting a high-purity austenitic stainless steel ingot having a total amount of impurity elements of 0.02 wt% or less is not particularly limited, but it is also effective to apply the electron beam melting method in a combination of melting steps It is one of. Contains not only impurity elements such as C, P, S, N, and O that segregate at the austenite grain boundaries by applying the electron beam melting method in the manufacturing process of austenitic stainless steel ingots, but also contains highly volatile alkali-based metals Ultra high cleanliness can be obtained with the amount reduced as much as possible. Note that there is no particular limitation on the prior melting method used as the source electrode for electron beam melting, and an optimal melting method may be selected in accordance with the purity of the primary melting raw material.

結晶粒界に偏析するC、P、S、N、O等の不純物元素は極力少ないほうが望ましいが、現在の精錬技術ではこれらを完全に除去することは困難であると共に、経済的ではない。上記のような不純物元素を極力減らすためには安定化元素を添加することが有効であるが、これらの不純物元素を無害化するためにはTiがもっとも望ましい。Tiを添加することにより電子ビーム溶解法などでは除去しきれないC、P、S、N、O等をTiC,FeTiP,TiS,TiN,TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより、粒界に固溶元素として偏析することを抑制することができる。従来技術には、安定化元素としてNbなどが挙げられているが、Nbを添加しても当該発明のオーステナイト系ステンレス鋼の存在量の範囲内ではNbC以外の化合物を生成するのは困難であるため、効果が限定される。なお、Tiの添加量は、C、P、S、NおよびOとの化学量論的等価以上である必要がある。 Although it is desirable that the number of impurity elements such as C, P, S, N, and O segregated at the grain boundaries is as small as possible, it is difficult to completely remove them by current refining techniques, and it is not economical. In order to reduce the above impurity elements as much as possible, it is effective to add a stabilizing element, but Ti is most desirable in order to make these impurity elements harmless. C, P, S, N, O, etc., which cannot be removed by the electron beam melting method or the like by adding Ti, are made into Ti-based carbonitrides and compounds such as TiC, FeTiP, TiS, TiN, and TiO 2. Thus, segregation as a solid solution element at the grain boundary can be suppressed. In the prior art, Nb or the like is mentioned as a stabilizing element, but even if Nb is added, it is difficult to produce a compound other than NbC within the range of the austenitic stainless steel of the present invention. Therefore, the effect is limited. In addition, the addition amount of Ti needs to be more than the stoichiometric equivalent with C, P, S, N, and O.

加えて、本実施の発明のオーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させるため、その板材もしくは管材の製造工程において、1000〜1150℃の温度範囲内で1分以上加熱し、さらに当該熱処理温度から急冷または放冷により常温まで冷却するか、冷却途中もしくは再加熱して650℃以上の温度範囲内で10分以上加熱・保持しても良い。また、Ti添加効果をより確実なものとし、さらに生成したTi系の化合物分布状態と結晶粒界の存在位置との関係を異なるものにするため、1000〜1250℃の温度範囲内で1分以上加熱し、さらに当該熱処理温度から急冷または放冷により常温まで冷却する。溶体化熱処理を施した後、40%から75%未満の加工率にて冷間加工を施し、次いで750℃以上の温度範囲内において10分以上加熱・保持することにより再結晶化させる。なお、本発明のように反応に係わるC、P、S、N、O等の不純物元素が少ない化学組成では、反応速度的に析出反応が充分に進行しない可能性があるため、40%から75%未満の加工率での冷間加工後、500〜650℃の温度範囲内において30分以上加熱・保持する歪時効析出処理を施した後、次いで750℃以上の温度範囲内において10分以上加熱・保持することも有効である。   In addition, in order to further exhibit the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance improvement effects due to the chemical composition limitation in the austenitic stainless steel of the present invention, in the manufacturing process of the plate material or tube material, 1000-1150 ℃ Heat within the temperature range for 1 minute or longer, and further cool from the heat treatment temperature to room temperature by rapid cooling or standing, or heat and hold for 10 minutes or longer in the temperature range of 650 ° C. or higher during cooling or reheating. good. Further, in order to make the Ti addition effect more reliable and further to make the relationship between the generated Ti-based compound distribution state and the existence position of the grain boundary different, it is 1 minute or more within a temperature range of 1000 to 1250 ° C. It is heated and further cooled from the heat treatment temperature to room temperature by rapid cooling or cooling. After performing the solution heat treatment, cold processing is performed at a processing rate of 40% to less than 75%, and then recrystallization is performed by heating and holding in a temperature range of 750 ° C. or higher for 10 minutes or longer. In addition, in a chemical composition with a small amount of impurity elements such as C, P, S, N, and O related to the reaction as in the present invention, the precipitation reaction may not sufficiently proceed due to the reaction rate. After cold working at a processing rate of less than 100%, after performing strain aging precipitation treatment for heating and holding in a temperature range of 500 to 650 ° C. for 30 minutes or more, then heating in a temperature range of 750 ° C. or more for 10 minutes or more -It is also effective to hold.

(ステンレス鋼の化学組成)
C:0.005wt%以下
Cは、熱処理、又は、溶接を施した際に結晶粒界にCr系の炭化物を析出する。これにより、その結晶粒界の近傍にCrの欠乏した領域が生成される。この状態で腐食環境下に置かれると、その領域が選択的に腐食される粒界腐食が起きる。よって、オーステナイト系ステンレス鋼の耐硝酸腐食性及び耐応力腐食割れ性を劣化させる原因となる。本実施の形態においては、Tiの添加および加工熱処理により無害化を図るが、オーステナイト系ステンレス鋼にCの含有量が多い場合には、ミクロ的にCr系炭化物を析出する可能性があるため、0.005wt%以下とした。
(Chemical composition of stainless steel)
C: 0.005 wt% or less C precipitates Cr-based carbides at grain boundaries when heat treatment or welding is performed. As a result, a Cr-depleted region is generated in the vicinity of the crystal grain boundary. When placed in a corrosive environment in this state, intergranular corrosion occurs where the area is selectively corroded. Therefore, it becomes a cause of deteriorating nitric acid corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance of austenitic stainless steel. In the present embodiment, the addition of Ti and detoxification are attempted by detoxification, but when there is a large amount of C in the austenitic stainless steel, there is a possibility that Cr-based carbides precipitate microscopically, It was 0.005 wt% or less.

Si:0.5wt%以下
Siは、粒界腐食の観点からはできるだけ低くすることが望ましい。しかし、脱酸剤として有効であるため、0.5wt%以下とした。
Si: 0.5 wt% or less Si is desirably as low as possible from the viewpoint of intergranular corrosion. However, since it is effective as a deoxidizer, the content is set to 0.5 wt% or less.

Mn:0.5wt%以下
Mnは、オーステナイト相安定度を高めて耐食性に有害なδ−フェライトの生成や加工誘起変態を防止する効果があるが、0.5wt%を超えても所望の効果が得られないばかりか、固溶状態のMnとして、かえって腐食を促進するので、0.5wt%以下とした。
Mn: 0.5 wt% or less Mn has the effect of increasing the austenite phase stability and preventing the formation of δ-ferrite that is harmful to corrosion resistance and the processing-induced transformation. In addition to being not obtained, Mn in a solid solution state promotes corrosion, so it was made 0.5 wt% or less.

P:0.005wt%以下
P:Pは粒界偏析することが知られており、Pの含有量を増加すると耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が劣化する。このため、その含有量は低い方が望ましく、0.005wt%以下とした。
P: 0.005 wt% or less P: P is known to segregate at grain boundaries, and when the content of P is increased, intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance deteriorate. For this reason, the lower content is desirable, and it is set to 0.005 wt% or less.

S:0.005wt%以下
S:Sの増加は硫化物の生成を促進し、それらを基点とする選択的な腐食により、耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性、さらに耐孔食性を劣化させる。このため、その含有量は低い方が望ましく、0.005wt%以下とした。
S: 0.005 wt% or less S: Increase in S promotes the formation of sulfides and degrades intergranular corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance, and pitting corrosion resistance by selective corrosion based on them. Let For this reason, the lower content is desirable, and it is set to 0.005 wt% or less.

Ni:15.0〜40.0wt%
Ni:Niは、オーステナイト組織を安定させ、また粒界腐食や応力腐食割れを抑制するために必要な元素である。しかし、含有量が15wt%未満では十分なオーステナイト組織を確保することができず、さらに中性子照射環境下での耐スェリング性を得ることができない。一方、40wt%を越えると高価となるため、15.0〜40.0wt%が望ましい。
Ni: 15.0 to 40.0 wt%
Ni: Ni is an element necessary for stabilizing the austenite structure and suppressing intergranular corrosion and stress corrosion cracking. However, if the content is less than 15 wt%, a sufficient austenite structure cannot be secured, and further, it is not possible to obtain swelling resistance under a neutron irradiation environment. On the other hand, since it will become expensive when it exceeds 40 wt%, 15.0-40.0 wt% is desirable.

Cr:20.0〜30.0wt%
Cr:Crは、不働態皮膜を形成してステンレス鋼の耐食性を確保するため必要な元素である。不働態皮膜形成の観点からは、JIS規格の代表的ステンレス鋼であるSUS304やSUS316系ステンレス鋼のように16%程度含有すれば良い。しかし、再処理プラントのように高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下での過不働態腐食環境下や軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下で十分な耐食性を確保するには20wt%が必要である。一方、30wt%を越えると、Crリッチの脆化相が析出するため、それらを避けて完全オーステナイト組織にするためのNi含有量を増加しなくてはならなくなり、コストの上昇を招くので20.0〜30.0wt%が望ましい。
Cr: 20.0-30.0 wt%
Cr: Cr is an element necessary for forming a passive film and ensuring the corrosion resistance of stainless steel. From the viewpoint of passive film formation, it may be contained in an amount of about 16% as in SUS304 and SUS316 stainless steel, which are typical stainless steels of JIS standards. However, in a high-passage corrosive environment in a boiling heat transfer surface corrosive environment of a high-concentration nitric acid solution containing highly oxidizing ions as in a reprocessing plant, or in a high-temperature and high-pressure water environment that receives neutron irradiation, such as a light water reactor core. In order to ensure sufficient corrosion resistance, 20 wt% is necessary. On the other hand, if it exceeds 30 wt%, a Cr-rich embrittled phase precipitates, so it is necessary to increase the Ni content for avoiding them to make a complete austenite structure, leading to an increase in cost. 0-30.0 wt% is desirable.

B:3wtppm以下
B:Bは、本発明を構成するもっとも重要な要因である。基本的には不純物元素であり、粒界に偏析して耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性を劣化させるため、出来るだけ少ないことが望ましい。Bは従来の分析技術では0.0003wt%以下については判別できなかったが、本発明では最近の分析手法を駆使してより微量のBと耐食性の関係を明確にし、その結果、0.0003wt%以下に低減することにより粒界腐食や応力腐食割れを完全に抑制できることが判った。この観点からB量を3wtppm(0.0003wt%)以下とした。なお、より好ましくは1.5wtppm以下である。
B: 3 wtppm or less B: B is the most important factor constituting the present invention. Basically, it is an impurity element, and segregates at the grain boundaries to degrade the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. B could not be discriminated for 0.0003 wt% or less by the conventional analysis technique, but in the present invention, the relationship between a trace amount of B and the corrosion resistance was clarified by making use of the latest analysis technique, and as a result, 0.0003 wt% It was found that the grain boundary corrosion and stress corrosion cracking can be completely suppressed by reducing to the following. From this viewpoint, the amount of B is set to 3 wtppm (0.0003 wt%) or less. In addition, More preferably, it is 1.5 wtppm or less.

N:0.01wt%以下
O:0.01wt%以下
N、O:NおよびOは、いずれも耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性を劣化させるため、その含有量はできるだけ低い方が望ましく、0.01wt%を上限とする。
N: 0.01 wt% or less O: 0.01 wt% or less N, O: N and O all deteriorate the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, so the content should be as low as possible. 0.01 wt% is the upper limit.

C+P+S+O+N:0.02wt%以下
C+P+S+O+N:これらの不純物元素を上記制限条件のように個々に限定しても、合計が0.02wt%を超えると良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が得られないため、0.02%を上限とした。
C + P + S + O + N: 0.02 wt% or less C + P + S + O + N: Even if these impurity elements are individually limited as in the above limiting conditions, if the total exceeds 0.02 wt%, good intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance Since it was not obtained, 0.02% was made the upper limit.

Ti:含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上
Ti:Tiは本発明を構成する重要な要因であり、粒界腐食の原因となるC、P、S、N、O等の不純物元素をTiC,FeTiP,TiS,TiN,TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより完全に無害化するために添加する。本発明では、電子ビーム溶解法などを採用することによりこれらの不純物元素は鋼塊段階で極めて低いレベルになっているが、発明者らの検討によると電子ビーム溶解で除去しきれない微量の不純物元素が粒界腐食に悪影響をおよぼすことが明らかになった。このため、これらを完全に無害化するためにTiを添加する。従って、最低必要含有量はC、P、S、N、Oの全てがTiC,FeTiP,TiS,TiN,TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物となるための化学量論的な等価な量である。具体的には、
Ti(wt%)=(48/12)C(wt%)+(48/31)P(wt%)+(48/32)S(wt%)+(48/14)N(wt%)+(48/16)×(1/2)O(wt%)
であるが、希薄元素の動的析出反応を考慮すると0.05wt%以上が望ましい。一方、多量に添加するとコストの上昇を招くので、0.3wt%以下が望ましい。
Ti: The content is equal to or more than the stoichiometric amount with respect to the total of C, P, S, N and O Ti: Ti is an important factor constituting the present invention, and causes C that causes intergranular corrosion. Impurity elements such as P, S, N, and O are added to make them completely harmless by using Ti-based carbonitrides and compounds such as TiC, FeTiP, TiS, TiN, and TiO 2 . In the present invention, these impurity elements are at a very low level in the steel ingot stage by adopting an electron beam melting method or the like, but according to the inventors' investigation, a very small amount of impurities that cannot be removed by electron beam melting. It was found that the elements have an adverse effect on intergranular corrosion. For this reason, Ti is added in order to make these completely harmless. Therefore, the minimum required content is stoichiometric equivalent for all of C, P, S, N, and O to become Ti-based carbonitrides and compounds such as TiC, FeTiP, TiS, TiN, and TiO 2. It is an amount. In particular,
Ti (wt%) = (48/12) C (wt%) + (48/31) P (wt%) + (48/32) S (wt%) + (48/14) N (wt%) + (48/16) x (1/2) O (wt%)
However, if considering the dynamic precipitation reaction of dilute elements, 0.05 wt% or more is desirable. On the other hand, if added in a large amount, the cost increases, so 0.3 wt% or less is desirable.

(電子ビーム溶解法)
本実施の形態において、鋼塊の製造過程で電子ビーム溶解法を採用している。電子ビーム溶解は基本的にはドリップ溶解法とコールドハース溶解法に大別される。ドリップ溶解法は原料電極の先端に電子ビームを照射し、生成した液滴を直接水冷銅鋳型に落下させて積層凝固させる方法である。また、コールドハース溶解法は原料先端で生成した液滴を一旦コールドハースと呼ばれる水冷の浅い銅製容器に溜め、ここからオーバーフローさせた溶湯を水冷銅鋳型に注いでスターティングブロックと称する土台の上に積層凝固させる方法である。本実施の形態においては、どちらの溶解法を用いてもよい。
(Electron beam melting method)
In the present embodiment, the electron beam melting method is adopted in the manufacturing process of the steel ingot. Electron beam melting is basically divided into drip melting and cold hearth melting. The drip melting method is a method in which an electron beam is irradiated to the tip of a raw material electrode, and a generated droplet is dropped directly onto a water-cooled copper mold and laminated and solidified. In the cold hearth melting method, droplets generated at the tip of the raw material are once stored in a water-cooled shallow copper container called cold hearth, and the molten metal overflowed from this is poured into a water-cooled copper mold and placed on a foundation called a starting block. It is a method of laminating and solidifying. In the present embodiment, either dissolution method may be used.

電子ビーム溶解法の規定条件について記述する。溶解中の蒸発による精製効果を達成するためにはチャンバー内の真空度を1×10−2Pa以上にする必要がある。しかし、真空度を高めすぎると本発明を構成する元素であるCr等の揮発性の高い元素が蒸発して成分調整が困難になるばかりか、工業的な実現が困難になるため、1×10−4Pa以下が望ましい。なお、原料電極となる素材はステンレス鋼の溶製法として広く知られているAOD法(アルゴン酸素脱炭法)、VOD法(真空酸素脱炭法)を採用しても良く、特殊精錬としての真空誘導溶解(Vacuum Induction Melting)法、磁気浮揚誘導溶解(Cold Crucib1e Induction Melting)法などを採用しても良い。 Describes the prescribed conditions of the electron beam melting method. In order to achieve the purification effect by evaporation during dissolution, the degree of vacuum in the chamber needs to be 1 × 10 −2 Pa or more. However, if the degree of vacuum is too high, highly volatile elements such as Cr constituting the present invention will evaporate and it will be difficult to adjust the components, and industrial realization will be difficult. -4 Pa or less is desirable. In addition, the material used as a raw material electrode may adopt the AOD method (argon oxygen decarburization method) and the VOD method (vacuum oxygen decarburization method) widely known as a melting method of stainless steel, and vacuum as special refining. An induction melting (Vacuum Induction Melting) method, a magnetic levitation induction melting (Cold Crucibee Induction Melting) method, etc. may be adopted.

(製造方法)
本実施の形態において、オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行う。その後の溶体化処理として、1000℃〜1150℃の温度範囲内の熱処理温度からの急冷又は放冷により常温まで冷却する。なお、溶体化処理として、冷却もしくは冷却後の再加熱によって650℃以上の温度範囲内の熱処理温度となった後、10分以上の間、加熱によって650℃以上の温度範囲内の熱処理温度となるように保持を行うものであってもよい。これにより、オーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。
(Production method)
In the present embodiment, in the manufacturing process of the austenitic stainless steel plate or tube, heat treatment is performed for 1 minute or more at a heat treatment temperature within a temperature range of 1000 ° C. to 1150 ° C. As a subsequent solution treatment, the solution is cooled to normal temperature by rapid cooling or cooling from a heat treatment temperature within a temperature range of 1000 ° C to 1150 ° C. As the solution treatment, the heat treatment temperature is within a temperature range of 650 ° C. or higher by cooling or reheating after cooling, and then the heat treatment temperature is within a temperature range of 650 ° C. or higher by heating for 10 minutes or more. The holding may be performed as described above. Thereby, the austenite phase can be made uniform, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、溶体化処理の後、冷間加工(冷間圧延)および再結晶処理を行ってもよい。冷間加工を行うことで、炭化物析出のサイトとなる転位を多量に導入することができる。また、再結晶処理は、冷間加工後の熱処理によって、析出物を均一に分散析出させると共に再結晶化させる。   Further, after the solution treatment, cold working (cold rolling) and recrystallization treatment may be performed. By performing cold working, a large amount of dislocations that become carbide precipitation sites can be introduced. In the recrystallization treatment, the precipitate is uniformly dispersed and precipitated and recrystallized by heat treatment after cold working.

具体的に、冷間加工について説明する。析出サイトとしての転位を十分に導入するための冷間加工における加工度(加工率)は40%以上必要である。また、加工度を必要以上に高くしても導入される転位密度が飽和するばかりか、過度の加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に歪誘起変態する。このため、工業的な加工処理が困難になると共に、後の再結晶化処理において均一なオーステナイト組織が得られず、耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が劣化する。よって、冷間加工における加工度は75%以下とする。   Specifically, cold working will be described. The workability (working rate) in cold working for sufficiently introducing dislocations as precipitation sites is required to be 40% or more. Even if the degree of processing is increased more than necessary, the introduced dislocation density is saturated, and the austenite phase is strain-induced transformed into the martensite phase due to excessive processing. For this reason, industrial processing becomes difficult, and a uniform austenite structure cannot be obtained in the subsequent recrystallization process, and intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance deteriorate. Therefore, the working degree in cold working is set to 75% or less.

次に、再結晶処理について説明する。加工組織を再結晶させるための温度は、鋼の加工度、すなわち導入された転位密度や回復・再結晶過程の転位の移動を妨げる炭化物分散状態に依存する。このため、本発明の鋼組成および組織状態では700℃以上で10分以上保持する必要がある。一方、上限温度は特に制約されない。   Next, the recrystallization process will be described. The temperature for recrystallizing the work structure depends on the degree of work of the steel, that is, the dislocation density introduced and the state of carbide dispersion that hinders the movement of dislocations in the recovery / recrystallization process. For this reason, it is necessary to hold | maintain at 700 degreeC or more for 10 minutes or more in the steel composition and structure | tissue state of this invention. On the other hand, the upper limit temperature is not particularly limited.

なお、温度が高すぎる場合、得られた再結晶オーステナイト粒の粗大化によって強度が低下する。さらに析出物が凝集・粗大化し、再結晶オーステナイト粒界に分布する。これらにより、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性が劣化する。よって再結晶化温度は900℃以下が望ましい。   In addition, when temperature is too high, intensity | strength falls by coarsening of the obtained recrystallized austenite grain. Further, the precipitates are aggregated and coarsened and distributed at the recrystallized austenite grain boundaries. As a result, intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance deteriorate. Therefore, the recrystallization temperature is desirably 900 ° C. or lower.

また、冷間加工後の再結晶化処理前に炭化物などを効率良く均一分散させるために析出処理を施してもよい。このとき、反応論的には500℃以上の温度域において30分以上加熱・保持することが望ましい。一方、温度が高いほど炭化物の析出は短時間に生じるが、高すぎると炭化物析出に先立って回復・再結晶が起こる。このため、折角導入した転位をサイトとする析出が不可能となる。これにより、炭化物などは結晶粒界に優先的に析出するため均一分散せず、さらに粗大化をもたらすため、優れた耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性が得られなくなる。以上のような観点から、炭化物析出処理は500〜650℃の温度範囲内の熱処理温度において30分以上加熱・保持することが望ましい。   In addition, precipitation treatment may be performed in order to efficiently and uniformly disperse carbides and the like before recrystallization treatment after cold working. At this time, it is desirable that the reaction is heated and maintained for 30 minutes or more in a temperature range of 500 ° C. or more. On the other hand, carbide precipitation occurs in a shorter time as the temperature is higher, but if it is too high, recovery and recrystallization occur prior to carbide precipitation. For this reason, it is impossible to precipitate using the dislocations introduced as the corners as sites. As a result, carbides and the like are preferentially precipitated at the grain boundaries, so that they are not uniformly dispersed and further coarsened, so that excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance cannot be obtained. From the above viewpoint, it is desirable that the carbide precipitation treatment is heated and maintained for 30 minutes or more at a heat treatment temperature within a temperature range of 500 to 650 ° C.

(実験1)
表1に示す化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼150kgを真空誘導溶解(VIM)し、真空中で金型に鋳込み、鋳塊を得た。次に、真空溶解した鋳塊から電極を削りだし、電子ビーム再溶解(EB)を施して円柱鋳塊とした。さらに、鍛造および熱間圧延により厚さ6mmの板材に仕上げた後、1050℃×1/2hの条件にて溶体化処理を施した6mmの板材を得た。これらを供試材として、金属イオンを含有する高濃度沸騰硝酸溶液中での粒界腐食状況を模擬したCoriou腐食試験、また高温高圧水中での応力腐食割れ状況を模擬した低歪速度引張試験(SSRT)およびCBB試験を行った。低歪速度引張試験およびCBB試験については、中性子照射誘起析出状況などを模擬するため、これらの試験の前に620℃×100時間の鋭敏化熱処理を施した。
(Experiment 1)
150 kg of austenitic stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was subjected to vacuum induction melting (VIM) and cast into a mold in vacuum to obtain an ingot. Next, the electrode was shaved from the vacuum-melted ingot and subjected to electron beam remelting (EB) to form a cylindrical ingot. Furthermore, after finishing to a 6 mm-thick plate material by forging and hot rolling, a 6 mm plate material subjected to solution treatment under the condition of 1050 ° C. × 1/2 h was obtained. Using these as test materials, Corio corrosion test simulating intergranular corrosion in high-concentration boiling nitric acid solution containing metal ions, and low strain rate tensile test simulating stress corrosion cracking in high-temperature and high-pressure water ( SSRT) and CBB tests were performed. For the low strain rate tensile test and the CBB test, a sensitizing heat treatment at 620 ° C. × 100 hours was performed before these tests in order to simulate the neutron irradiation induced precipitation state and the like.

Figure 0005756935
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表2に評価後試験結果を示す。Coriou腐食試験はCr6+イオンを1.0g/L添加した500mlの8規定沸騰硝酸溶液を用い、液を更新しながら24時間を1バッチとする浸漬試験を4バッチ行い、腐食減量を測定して腐食速度等を評価した。低歪速度引張試験は平行部直径3mm、標点問距離20mmの試験片を用い、高温高圧水中(飽和酸素濃度8wtppm、70kgf/cm、290℃)、歪み速度:0.5μm/minの条件にて実施した。

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Table 2 shows the test results after evaluation. The Corio corrosion test uses 500 ml of 8N boiling nitric acid solution with 1.0 g / L of Cr 6+ ions added, and performs 4 batch immersion tests with 24 batches for 24 hours while renewing the solution, and measuring the corrosion weight loss. Corrosion rate etc. were evaluated. The low strain rate tensile test uses a test piece having a parallel part diameter of 3 mm and a gauge distance of 20 mm, under conditions of high temperature and high pressure water (saturated oxygen concentration 8 wtppm, 70 kgf / cm 2 , 290 ° C.), strain rate: 0.5 μm / min. It carried out in.
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CBB試験は厚さ2mm、幅10mm、長さ50mmの試験片を用い、オートクレーブ中で図2に示す治具にて、高温高圧水中(飽和酸素濃度8wtppm、70kgf/cm、290℃)に500時間浸漬して実施した。試験片1にすきまを付けるためのグラファイトファイバーウール2とともにホルダー3間に挟み付けボルト穴4を挿入し、ホルダー3間にアールを付けて締め付けた。尚、本実施の形態においては、ホルダーが、100Rに湾曲した箇所を有している。浸漬後、試験片を取出し、試験片の断面観察から割れ発生の有無を評価した。鋼番A〜Dおよび鋼番K〜Lは本発明の請求範囲内であり、鋼番E〜GはB量が本発明の請求範囲を超えているもの・鋼番H〜JはCr−Ni量が本発明の請求範囲外のもの、鋼番M〜QはC、P、S、N、およびO量が本発明の請求範囲を超えているもの、鋼番R〜SはSiもしくはMn量が本発明の請求範囲を超えているものである。表2から判るように化学組成が本発明の請求範囲内のものであれば、良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が得られる。 In the CBB test, a test piece having a thickness of 2 mm, a width of 10 mm, and a length of 50 mm was used, and in an autoclave, 500 in high-temperature high-pressure water (saturated oxygen concentration: 8 wtppm, 70 kgf / cm 2 , 290 ° C.) using the jig shown in FIG. It was carried out by soaking for hours. A bolt hole 4 was inserted between the holders 3 together with the graphite fiber wool 2 for providing a gap in the test piece 1, and the holders 3 were rounded and tightened. In the present embodiment, the holder has a portion curved to 100R. After immersion, the test piece was taken out, and the presence or absence of cracking was evaluated from cross-sectional observation of the test piece. Steel numbers A to D and steel numbers K to L are within the scope of the present invention, steel numbers E to G have a B amount exceeding the scope of the present invention, and steel numbers H to J are Cr-Ni. Amounts outside the claimed range of the present invention, steel numbers M to Q are C, P, S, N and O amounts exceeding the claimed range of the present invention, steel numbers R to S are Si or Mn amount Is beyond the scope of the present invention. As can be seen from Table 2, if the chemical composition is within the claimed range of the present invention, good intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained.

(実験2)
表1の鋼番B,KおよびLを用いて、表3に示すような種々の条件にて6mmの板材を製造した。製造略号1は真空誘導溶解(WM)し、真空中で金型に鋳込み、鋳塊を得たもの、他はさらに電子ビーム再溶解(EB)を施したものである。鍛造および熱間圧延により仕上げた板材を溶体化処理後、さらに加工熱処理(冷間加工一再結晶化処理/冷間加工一炭化物析出処理一再結晶化処理)を施した(冷間加工率が異なるものは溶体化処理時の板厚を調整した)。これらを用いて、高酸化性の金属イオンを含有する高濃度沸騰硝酸溶液中での粒界腐食状況を模擬してCoriou腐食試験、また高温高圧水中での応力腐食割れ状況を模擬して低歪速度引張試験(SSRT)およびCBB試験を行った。低歪速度引張試験およびCBB試験については、中性子照射誘起析出状況などを模擬するため、これらの試験の前に620℃×100時間の鋭敏化熱処理を施した。
(Experiment 2)
Using the steel numbers B, K and L in Table 1, 6 mm plate materials were produced under various conditions as shown in Table 3. Production abbreviation 1 is obtained by vacuum induction melting (WM), cast into a mold in a vacuum to obtain an ingot, and others are further subjected to electron beam remelting (EB). The plate material finished by forging and hot rolling is subjected to solution treatment, and then subjected to heat treatment (cold work / recrystallization process / cold work / carbide precipitation process / recrystallization process) (with different cold work rates) Adjusted the plate thickness during solution treatment). By using these, the intergranular corrosion state in a high-concentration boiling nitric acid solution containing highly oxidizable metal ions is simulated to simulate the Corio corrosion test, and the stress corrosion cracking state in high-temperature and high-pressure water is simulated to reduce low strain. A speed tensile test (SSRT) and a CBB test were conducted. For the low strain rate tensile test and the CBB test, a sensitizing heat treatment at 620 ° C. × 100 hours was performed before these tests in order to simulate the neutron irradiation induced precipitation state and the like.

Figure 0005756935
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表4に評価試験結果を示す。表4の結果から化学組成および製造工程が本発明の請求範囲内のものであれば、良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が得られることが分かる。   Table 4 shows the evaluation test results. From the results of Table 4, it can be seen that good intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained if the chemical composition and manufacturing process are within the scope of the claims of the present invention.

Figure 0005756935
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このように、Bの含有量を3wtppm以下とすることで、粒界腐食を低減し、応力腐食割れを完全に抑制することができる。   Thus, by setting the B content to 3 wtppm or less, intergranular corrosion can be reduced and stress corrosion cracking can be completely suppressed.

また、Cの含有量を0.005wt%以下とすることで、Cr系炭化物の析出を抑えることができる。また、Siを0.5wt%以下含有させることで、脱酸作用をもたらすことができる。また、Mnを0.5wt%以下含有させることで、δ−フェライトの生成や加工誘起変態を低減することができる。また、Pの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。また、Sの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、および耐孔食性の劣化を低減することができる。   Moreover, precipitation of Cr type carbide | carbonized_material can be suppressed by content of C being 0.005 wt% or less. Moreover, deoxidation can be brought about by containing Si 0.5wt% or less. Moreover, the production | generation of a (delta) -ferrite and a process induction transformation can be reduced by containing Mn 0.5 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the P content to 0.005 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance, and pitting corrosion resistance can be reduced by setting the S content to 0.005 wt% or less.

また、Niの含有量を15.0wt%以上含有させることでオーステナイト組織を安定させ、また粒界腐食や応力腐食割れを抑制することができる。また、Niの含有量を40.0wt%以下とすることで、コストの低減を図ることができる。また、Crの含有量を20.0wt%以上とすることで、例えば、再処理プラントのように高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下での過不働態腐食環境下や軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下で十分な耐食性を確保することができる。また、Crの含有量を30.0wt%以下とすることで、Crリッチの脆化相の析出を抑えることができる。また、NおよびOの含有量をそれぞれ0.01wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。   Further, by containing Ni in an amount of 15.0 wt% or more, the austenite structure can be stabilized, and intergranular corrosion and stress corrosion cracking can be suppressed. Moreover, cost reduction can be aimed at by content of Ni being 40.0 wt% or less. Further, by setting the Cr content to 20.0 wt% or more, for example, a highly passive corrosive environment in a boiling heat transfer surface corrosive environment of a highly concentrated nitric acid solution containing highly oxidizing ions as in a reprocessing plant. Sufficient corrosion resistance can be ensured under high-temperature and high-pressure underwater environments that receive neutron irradiation, such as under and light water reactor cores. Moreover, precipitation of Cr-rich embrittlement phase can be suppressed by setting the Cr content to 30.0 wt% or less. Moreover, the deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the contents of N and O to 0.01 wt% or less, respectively.

また、C、P、S、NおよびOのwt%の合計を0.02wt%以下とすることで、良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性を得ることができる。   Moreover, favorable intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained by making the total of wt% of C, P, S, N, and O 0.02 wt% or less.

また、Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上とすることで、粒界腐食の原因となる不純物元素であるC、P、S、N、およびOをTiC,FeTiP,TiS,TiN,および、TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより完全に無害化することができる。 Further, when the Ti content is more than stoichiometrically equivalent to the total of C, P, S, N, and O, C, P, S, which are impurity elements that cause intergranular corrosion. , N, and O can be completely detoxified by using Ti-based carbonitrides and compounds such as TiC, FeTiP, TiS, TiN, and TiO 2 .

また、溶体化熱処理によりオーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。   Further, the austenite phase can be made uniform by solution heat treatment, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、冷間加工を施すことで、析出サイトとしての転位を十分に導入することができると共に、過度の加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に歪誘起変態することを防ぐことができる。これにより、工業的な加工処理が困難になるのを抑制し、その後の再結晶化処理において均一なオーステナイト組織を得ることができる。また、再結晶化処理において、均一なオーステナイト組織を得た結果、優れた耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性を得ることができる。   Further, by performing cold working, it is possible to sufficiently introduce dislocations as precipitation sites and to prevent strain-induced transformation of the austenite phase to the martensite phase due to excessive working. Thereby, it becomes possible to suppress the difficulty of industrial processing and to obtain a uniform austenite structure in the subsequent recrystallization process. In addition, as a result of obtaining a uniform austenite structure in the recrystallization treatment, excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained.

また、冷間加工を施した後であって再結晶化処理前に析出物の歪み時効析出を行うことで、炭化物などを効率良く均一分散させることができる。   Further, by performing strain aging precipitation of the precipitate after the cold working and before the recrystallization treatment, carbides and the like can be efficiently and uniformly dispersed.

(本実施の形態の概要) (Outline of this embodiment)

本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、C:0.005wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.005wt%以下、S:0.005wt%以下、Ni:15.0〜40.0wt、Cr:20.0〜30.0wt%、N:0.01wt%以下、O:0.01wt%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼であって、不可避的不純物に含まれるBが3wtppm以下である構成にされている。   The austenitic stainless steel of this embodiment is C: 0.005 wt% or less, Si: 0.5 wt% or less, Mn: 0.5 wt% or less, P: 0.005 wt% or less, S: 0.005 wt% or less , Ni: 15.0 to 40.0 wt, Cr: 20.0 to 30.0 wt%, N: 0.01 wt% or less, O: 0.01 wt% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities It is an austenitic stainless steel, and is configured such that B contained in inevitable impurities is 3 wtppm or less.

上記構成によると、Bの含有量を3wtppm以下とすることで、粒界腐食を低減し、応力腐食割れを完全に抑制することができる。   According to the above configuration, by setting the B content to 3 wtppm or less, intergranular corrosion can be reduced and stress corrosion cracking can be completely suppressed.

また、Cの含有量を0.005wt%以下とすることで、Cr系炭化物の析出を抑えることができる。また、Siを0.5wt%以下含有させることで、脱酸作用をもたらすことができる。また、Mnを0.5wt%以下含有させることで、δ−フェライトの生成や加工誘起変態を低減することができる。また、Pの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。また、Sの含有量を0.005wt%以下とすることで、耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、および耐孔食性の劣化を低減することができる。   Moreover, precipitation of Cr type carbide | carbonized_material can be suppressed by content of C being 0.005 wt% or less. Moreover, deoxidation can be brought about by containing Si 0.5wt% or less. Moreover, the production | generation of a (delta) -ferrite and a process induction transformation can be reduced by containing Mn 0.5 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the P content to 0.005 wt% or less. Moreover, deterioration of intergranular corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance, and pitting corrosion resistance can be reduced by setting the S content to 0.005 wt% or less.

また、Niの含有量を15.0wt%以上含有させることでオーステナイト組織を安定させ、また粒界腐食や応力腐食割れを抑制することができる。また、Niの含有量を40.0wt以下とすることで、コストの低減を図ることができる。また、Crの含有量を20.0wt%以上とすることで、例えば、再処理プラントのように高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下での過不働態腐食環境下や軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下で十分な耐食性を確保することができる。また、Crの含有量を30.0wt%以下とすることで、Crリッチの脆化相の析出を抑えることができる。また、NおよびOの含有量をそれぞれ0.01wt%以下とすることで、耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性の劣化を低減することができる。   Further, by containing Ni in an amount of 15.0 wt% or more, the austenite structure can be stabilized, and intergranular corrosion and stress corrosion cracking can be suppressed. Moreover, cost reduction can be aimed at by content of Ni being 40.0 wt% or less. Further, by setting the Cr content to 20.0 wt% or more, for example, a highly passive corrosive environment in a boiling heat transfer surface corrosive environment of a highly concentrated nitric acid solution containing highly oxidizing ions as in a reprocessing plant. Sufficient corrosion resistance can be ensured under high-temperature and high-pressure underwater environments that receive neutron irradiation, such as under and light water reactor cores. Moreover, precipitation of Cr-rich embrittlement phase can be suppressed by setting the Cr content to 30.0 wt% or less. Moreover, the deterioration of intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be reduced by setting the contents of N and O to 0.01 wt% or less, respectively.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、含有するC、P、S、NおよびOのwt%の合計が0.02wt%以下である構成にされている。   Further, the austenitic stainless steel of the present embodiment is configured such that the total of wt% of C, P, S, N and O contained is 0.02 wt% or less.

上記構成によると、C、P、S、NおよびOのwt%の合計を0.02wt%以下とすることで、良好な耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性を得ることができる。   According to the said structure, favorable intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained because the sum total of wt% of C, P, S, N, and O shall be 0.02 wt% or less.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上である構成にされている。   In addition, the austenitic stainless steel of the present embodiment is configured such that the Ti content is more than stoichiometrically equivalent to the total of C, P, S, N, and O.

上記構成によると、Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上とすることで、粒界腐食の原因となる不純物元素であるC、P、S、N、およびOをTiC,FeTiP,TiS,TiN,および、TiOのようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより完全に無害化することができる。 According to the above configuration, the content of Ti is more than stoichiometrically equivalent to the total of C, P, S, N, and O, so that C, which is an impurity element that causes intergranular corrosion, P, S, N, and O TiC, FeTiP, TiS, TiN , and can be rendered harmless by a Ti-based carbonitride and compounds, such as TiO 2.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、第1の温度範囲内の熱処理温度からの急冷又は放冷により常温まで冷却することからなる溶体化熱処理を行う構成にされている。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this Embodiment is the manufacturing process of the austenitic stainless steel board | plate material or pipe material, and heats it for 1 minute or more at the heat processing temperature in the 1st temperature range made into 1000 to 1150 degreeC. After the treatment, a solution heat treatment comprising cooling to room temperature by rapid cooling from the heat treatment temperature within the first temperature range or standing to cool is performed.

上記構成によると、溶体化熱処理によりオーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。   According to the above configuration, the austenite phase can be made uniform by solution heat treatment, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、第1の温度範囲の熱処理温度からの急冷又は放冷による冷却を行い、冷却もしくは冷却後の再加熱によって650℃以上の第2の温度範囲内の熱処理温度となった後、10分以上第2の温度範囲内の熱処理温度となるように加熱によって保持を行うことからなる溶体化熱処理を行う構成にされている。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this Embodiment is the manufacturing process of the austenitic stainless steel board | plate material or pipe material, and heats it for 1 minute or more at the heat processing temperature in the 1st temperature range made into 1000 to 1150 degreeC. After performing the treatment, cooling by rapid cooling from the heat treatment temperature in the first temperature range or by allowing to cool, and after reaching the heat treatment temperature in the second temperature range of 650 ° C. or higher by cooling or reheating after cooling. The solution heat treatment is performed by holding by heating so that the heat treatment temperature is within the second temperature range for 10 minutes or more.

上記構成によると、溶体化熱処理によりオーステナイト相の均一化をはかり、オーステナイト系ステンレス鋼における化学組成限定による耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性改善効果をより発揮させることができる。   According to the above configuration, the austenite phase can be made uniform by solution heat treatment, and the effect of improving the intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance by limiting the chemical composition in the austenitic stainless steel can be exhibited.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、溶体化熱処理の後、40%以上75%未満の加工度にて冷間加工を施し、加熱によって10分以上700℃以上の温度範囲内の熱処理温度を保持することによる再結晶化処理を行う構成にされている。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this Embodiment is a temperature range of 10 minutes or more and 700 degreeC or more by heating after a solution heat treatment with a cold work with a workability of 40% or more and less than 75%. The recrystallization treatment is performed by maintaining the heat treatment temperature inside.

上記構成によると、冷間加工を施すことで、析出サイトとしての転位を十分に導入することができると共に、過度の加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に歪誘起変態することを防ぐことができる。これにより、工業的な加工処理が困難になるのを抑制し、その後の再結晶化処理において均一なオーステナイト組織を得ることができる。また、再結晶化処理において、均一なオーステナイト組織を得た結果、優れた耐粒界腐食性および耐応力腐食割れ性を得ることができる。   According to the above configuration, by performing cold working, it is possible to sufficiently introduce dislocations as precipitation sites and to prevent strain-induced transformation of the austenite phase into the martensite phase due to excessive working. Thereby, it becomes possible to suppress the difficulty of industrial processing and to obtain a uniform austenite structure in the subsequent recrystallization process. In addition, as a result of obtaining a uniform austenite structure in the recrystallization treatment, excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance can be obtained.

また、本実施の形態のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、冷間加工を施した後であって再結晶化処理前に、加熱によって30分以上500〜650℃の温度範囲内の熱処理温度を保持することからなる析出物の歪み時効析出を行う構成にされている。   Moreover, the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this Embodiment is the heat processing temperature within the temperature range of 500 to 650 degreeC by heating for 30 minutes or more after performing a cold working and before a recrystallization process. It is configured to perform strain aging precipitation of the precipitate formed by holding.

上記構成によると、冷間加工を施した後であって再結晶化処理前に析出物の歪み時効析出を行うことで、炭化物などを効率良く均一分散させることができる。   According to the above configuration, by performing strain aging precipitation of the precipitate after the cold working and before the recrystallization treatment, the carbide and the like can be efficiently and uniformly dispersed.

以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。   The embodiments of the present invention have been described above, but only specific examples have been illustrated, and the present invention is not particularly limited. Specific configurations and the like can be appropriately changed in design. Further, the actions and effects described in the embodiments of the invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to what was done.

Coriou腐食試験における腐食速度および粒界試食深さとB量の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the corrosion rate in a Corio corrosion test, the grain boundary test depth, and B amount. CBB試験で使用する治具を示した図。The figure which showed the jig | tool used by a CBB test.

符号の説明Explanation of symbols

1 試験片
2 グラファイトファイバーウール
3 ホルダー
4 ボルト穴
1 Test piece 2 Graphite fiber wool 3 Holder 4 Bolt hole

Claims (7)

C:0.005wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.005wt%以下、S:0.005wt%以下、Ni:15.0〜40.0wt%、Cr:20.0〜30.0wt%、N:0.01wt%以下、O:0.01wt%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記不可避的不純物に含まれるBが3wtppm以下であることを特徴とする高酸性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食環境下、又は、中性子照射を受ける高温高圧水中環境下における、粒界腐食及び応力腐食割れに対して優れた耐食性を呈するオーステナイト系ステンレス鋼。
C: 0.005 wt% or less, Si: 0.5 wt% or less, Mn: 0.5 wt% or less, P: 0.005 wt% or less, S: 0.005 wt% or less, Ni: 15.0 to 40.0 wt% Cr: 20.0-30.0 wt%, N: 0.01 wt% or less, O: 0.01 wt% or less, the balance is austenitic stainless steel consisting of Fe and inevitable impurities,
B in the inevitable impurities is 3 wtppm or less, in a boiling heat transfer surface corrosion environment of a highly concentrated nitric acid solution containing highly acidic ions, or in a high-temperature and high-pressure water environment subjected to neutron irradiation Austenitic stainless steel with excellent corrosion resistance against intergranular corrosion and stress corrosion cracking .
前記C、P、S、NおよびOの含有量の合計が0.02wt%以下であることを特徴とする請求項1に記載の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。   The austenitic system having excellent intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance according to claim 1, wherein the total content of C, P, S, N and O is 0.02 wt% or less. Stainless steel. Tiの含有量が、C、P、S、NおよびOの合計に対し、化学量論的に等価以上であることを特徴とする請求項2に記載の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。   The intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking according to claim 2, characterized in that the Ti content is at least stoichiometrically equivalent to the total of C, P, S, N and O. Austenitic stainless steel with excellent properties. 請求項1〜3の何れかに記載の化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、前記第1の温度範囲内の熱処理温度からの急冷又は放冷により常温まで冷却することからなる溶体化熱処理を行う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オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
A method for producing an austenitic stainless steel having the chemical composition according to claim 1,
In the manufacturing process of the austenitic stainless steel plate or tube, after heat treatment at a heat treatment temperature within a first temperature range of 1000 ° C. to 1150 ° C. for 1 minute or longer, heat treatment within the first temperature range A method for producing an austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, characterized by performing a solution heat treatment comprising cooling to room temperature by rapid cooling from temperature or standing to cool.
請求項1〜3の何れかに記載の化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼の板材もしくは管材の製造工程で、1000℃〜1150℃とする第1の温度範囲内の熱処理温度で1分以上加熱処理を行った後、前記第1の温度範囲の熱処理温度からの急冷又は放冷による冷却を行い、前記冷却もしくは前記冷却後の再加熱によって650℃以上の第2の温度範囲内の熱処理温度となった後、10分以上前記第2の温度範囲内の熱処理温度となるように加熱によって保持を行うことからなる溶体化熱処理を行う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オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
A method for producing an austenitic stainless steel having the chemical composition according to claim 1,
In the manufacturing process of the austenitic stainless steel plate or tube, after heat treatment at a heat treatment temperature within a first temperature range of 1000 ° C. to 1150 ° C. for 1 minute or longer, a heat treatment temperature within the first temperature range After cooling or re-cooling, the heat treatment temperature in the second temperature range of 650 ° C. or higher is reached by the cooling or reheating after the cooling, and the temperature in the second temperature range is 10 minutes or longer. A method for producing an austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, characterized by performing solution heat treatment consisting of holding by heating to a heat treatment temperature.
前記溶体化熱処理の後、40%以上75%未満の加工度にて冷間加工を施し、加熱によって10分以上700℃以上の温度範囲内の熱処理温度を保持することによる再結晶化処理を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の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の製造方法。   After the solution heat treatment, a recrystallization treatment is performed by performing cold working at a working degree of 40% or more and less than 75% and maintaining a heat treatment temperature within a temperature range of 700 ° C. or more for 10 minutes or more by heating. The method for producing an austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance according to claim 4 or 5. 前記冷間加工を施した後であって前記再結晶化処理前に、加熱によって30分以上500〜650℃の温度範囲内の熱処理温度を保持することからなる析出物の歪み時効析出を行うことを特徴とする請求項6に記載の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の製造方法。   Performing strain aging precipitation of the precipitate after holding the heat treatment temperature within a temperature range of 500 to 650 ° C. by heating for 30 minutes or more after the cold working and before the recrystallization treatment The method for producing an austenitic stainless steel excellent in intergranular corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance according to claim 6.
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