JPH0114991B2

JPH0114991B2 -

Info

Publication number: JPH0114991B2
Application number: JP58238870A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamanaka; Hiroo Nagano; Takao Minami; Yasutaka Okada
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1989-03-15
Also published as: JPS60131958A

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の分野）本発明は、例えば原子炉などにみられる高温高
圧水環境下で使用するのに適する耐応力腐食割れ
性の優れた析出強化型Ni基合金の製造法に関す
る。（従来技術）例えば、原子炉内炉水などの高温高圧水環境下
で使用される部材の材料については、強度、靭性
と共に耐応力腐食割れ性が要求される。かかる高
温高圧水環境下で使用される材料でも板や管のよ
うに強加工が容易なものは冷間加工によつて強度
上昇をはかることができる。しかし、それ以外の
例えば支持ピン、バネ、バルブ、継手などの特殊
形状のものは冷間加工が行えずその性質上、熱処
理による析出強化によつて強度上昇をはからねば
ならない。かかる用途に使用する材料としては、
従来、インコネルＸ−750、−722、および−718等
が析出強化型Ni基合金として知られている。これら従来のＸ−750、−722のような析出強化
型合金はいずれもTiおよびAl添加のγ′〔Ni₃（Al、
Ti）〕析出強化型Ni基合金である。またインコネ
ルＸ−718合金等はNb＋Ti＋Al添加によるγ′お
よびγ″（Ni₃Nb）相析出強化を主体としている。（発明の要約）ここに、本発明者らは、Ti＋Al添加系のγ′析
出強化合金では軽水型原子炉一次側のごとき高温
高圧水中で耐食性が不良であること、殊に耐応力
腐食割れ性が著しく劣ることを知つた。また718
合金にあつてもかなりの量のTiを含むために耐
食性が劣る。例えば特開昭57−123948号に開示さ
れているものはNbを0.7〜4.5％含むとともにTi
を0.7〜３％含有している。そこで、本発明者らはTi添加量を制限すると
共に、Cr添加量を増加することによつて高温高
圧水中における耐食性（耐全面腐食および耐応力
腐食割れつまり耐SCC性を高め得ることに着目
し、鋭意研究を続けたところ、上記組成と一定の
製造条件との組合せによつてγ′相ではなくてγ″相
による析出強化をかなり得ると同時に、上述の如
き耐食性がさらに一層改善されることを見い出し
て本発明を完成させた。かくして、本発明は、重量％で、Ｃ：0.05％以下、Si：0.50％以下、 Mn：1.0％以下、Fe：5.0〜10.0％、 Cr：18〜30％、Ti：0.50％未満、 Nb：2.0％超5.0％以下、Al：0.40％以下、Ｐ：0.015％以下、Ｓ：0.005％以下、Ｎ：0.03％以下、さらに必要により、Mo：7.0％以下、および／
またはREM、Mg、CaおよびＹの少なくとも１
種を合計0.1％以下、 Ni：残部（ただし、少なくとも50％以上）からなる組成の合金を、800〜1200℃で圧下率50
％以上の熱間加工を施した後、1000〜1200℃で５
分〜5.0時間保持してから空冷以上の冷却速度で
冷却し、次いで550〜800℃で1.0〜150時間の時効
熱処理を１回または２回以上施すことを特徴とす
る、高温高圧水環境下で耐応力腐食割れ性の優れ
た析出強化型Ni基合金を製造する方法である。このように、本発明における特色は、析出強化
方法としてTi量を低減し、Nb量を増すことによ
つて、γ′相ではなくてγ″（Ni₃Nb）相による析出
強化をはかると同時に、Cr量を18〜30％に増量
し、かかる合金組成と強圧下熱間圧延、完全固溶
処理そして均一時効処理とを組合せることによつ
て、例えば原子炉などにみられるごとき高温高圧
水中での耐応力腐食割れ性を向上させることであ
る。（発明の態様）本発明において化学成分、熱間加工および熱処
理条件を上述の如く限定した理由を以下に述べ
る。 (1) 化学成分：Ｃ……Ｃは析出強化および耐食性を阻害する元
素である。特に、0.05％を越えるTiCやNbC
等の介在物の量が増加すると共に粒界への
Cr₂₃C₆の析出によるその近傍でのCr欠乏層
が生成しやすくなり、靭性、耐食性が劣化す
る。好ましくはＣは0.02％以下である。 Si、Mn……これらはいずれも脱酸元素である
が、Siは0.50％、Mnは1.0％をれぞれ越える
と合金の清浄度を低下させる。Ｐ、Ｓ……これらの元素はいずれも粒界偏析に
より熱間加工性を低下させ、また耐食性も劣
化するため、本発明においてもＰおよびＳは
それぞれ0.015％以下、および0.005％以下に
制限する。Ｎ……TiNやNbN等の介在物の量を増加させ
るためＮは0.030％以下に制限する。 Cr……Crは耐食性を向上させる必要不可欠の
元素である。本発明の目的達成には18％以上
必要であるが、一方30％を越えると熱間加工
性が低下し、さらに延性、靭性に有害なσ相
などの金属間化合物が生成し易くなる。した
がつて、本発明では18〜30％に限定する。 Ti……Ti添加量が0.5％以上であると
γ′（Ni₃Ti）として析出し耐食性を著しく劣
化させるため、Tiは0.5％未満とする。 Al……AlはNi基合金の脱酸剤として適してお
りその添加量の増加とともに脱酸効果は向上
するが、多量添加してもその効果は飽和する
ためAlは0.40％以下とする。 Nb……Nbはγ″相として析出し強度上昇に寄与
する。その効果は2.0％以下では効果がなく
5.0％を越えると熱間加工性が低下し、また
延性、靭性に好ましくない金属間化合物が生
成し易くなる。したがつて、本発明において
Nb量は2.0％超5.0％以下とする。 Mo……本発明においてMoは所望添加成分で
あるが、このMoは耐孔食性および強度上昇
に有効な元素である。しかし、多量添加する
とσ相など靭性、耐食性に好ましくない金属
間化合物が生成し易くなることから本発明に
おいてNbを添加する場合にもMo添加量の上
限を7.0％とする。 REM、Mg、Ca、Ｙ……これらの元素も所望
添加成分であり、少なくとも１種の微量添加
により熱間加工性を向上させるがその合計量
が上限の0.1％を越えると逆に低融点化合物
を生成し易くなり加工性が低下する。 (2) 熱間加工： Nbは溶湯からの凝固時においてマクロ偏析
の原因になり易く、このような偏析が成品にお
いても残存すると、靭性および耐食性劣化の原
因となる。このためインゴツトからの熱間加工
度は圧下率で50％以上とする必要がある。熱間
加工時の加熱温度は凝固時において粒界部に
Nbの低融点化合物が生成しやすくなるため、
加熱最高温度は1200℃とし、仕上温度は800℃
を下廻ると変形抵抗が著しく大きくなるため
800℃以上、好ましくは850℃以上とする。 (3) 固溶熱処理：本発明にあつては時効処理に先立つて1000〜
1200℃、好ましくは1050〜1150℃で５分〜5.0
時間の完全固溶処理を行うが、これは時効によ
りγ″（Ni₃Nb）の析出を有効に行わせるためで
ある。また上記固溶処理後の冷却期間中には、
σ相などの金属間化合物相が生成しやすいの
で、それを回避するために空冷以上の速い速度
で冷却する。 (4) 時効熱処理：すでに述べたように、本発明においては、前
述の合金組成と組合わせて時効熱処理を行うこ
とによりγ″相を均一に分散析出させ、高強度−
高耐食性の合金を得ることができる。その場
合、時効温度、時間がそれぞれ550℃、1.0時間
未満ではγ″相がほとんど析出せず十分な強度が
得られない。一方、時効温度が800℃を越える
とまた時間が150時間を過ぎると過時効となり
γ″の粗大化あるいはσ−Ni₃Nbの生成により強
度、延性が低下する。したがつて、本発明にあ
つて十分なる強度、延性および耐食性を得るに
は550〜800℃、好ましくは600〜700℃の時効熱
処理がよい。なお、ここに第１図ａは従来のインコネルＸ−
750等の標準ヒートパターンを示し、同図ｂは本
発明に係る方法のヒートパターンを示す。本発明
における場合、従来のそれと比較して、強圧下熱
間圧延、高温での完全固溶処理、そして均一時効
処理を特徴とすることが分かる。次に本発明の実施例について説明する。実施例第１表に示す化学組成の各合金について、第２
表に示す加工条件および熱処理条件で析出強化型
Ni基合金を製造した。得られた各合金の機械的
性質および応力腐食割れ性を同じく第２表にまと
めて示す。第１表および第２表において試料No.16〜24お
よび30〜35は本発明例であり、No.1〜15および
25〜29は比較例のものである。第２表に記載の結果から、Ti含有量の高いNi
基合金はNb量やCr量にかかわらず応力腐食割れ
感受性が高いことと、一方、Ti量を低くすれば
耐応力腐食性は良好となるが、機械的性質をも良
好とするためにはNb量を高くする必要があるこ
とが分かる。第２図は本例において得られた結果をNi基合
金の耐応力腐食割れ性（耐SCC性）に及ぼすNb
およびTi量の影響としてグラフまとめて示すも
のであり、これらもTiが0.5％未満でNbが２％超
のものは耐SCC性および機械的性質がいずれも良
好であることが分かる。図中、各番号は第２表中
の試料No.を示す。なお、機械的性質が良好とし
たものは引張強さ100Kgｆ／mm²以上、0.2％耐力75
Kgｆ／mm²上のものをいう。なお、応力腐食割れ試験は、温度350℃、190気
圧に相当する溶存酸素（D.O.）8ppmの高温高圧
水中で、ダブルＵ−ベンド法で3000時間浸漬試験
を行い、割れの有無を光学顕微鏡（500倍）で検
鏡したものであり、試験片は板厚２mm、幅10mm、
長さ75mmの短冊試験片２枚を7.5Rに曲げ、２枚
の試験片の間にテフロンシートを入れてボルト、
ナツトで５mm拘束して行つた。以上の結果から明らかなごとく、本発明にした
がつて合金の成分範囲、加工条件および時効熱処
理をそれぞれ本発明の範囲内に特定することによ
り耐応力腐食割れ性の優れた、高強度高耐食性材
料が製造できるのである。

【表】

【表】＊：本発明の範囲外

【表】

【表】 (注) ＊：本発明の範囲外
○：割れなし ×：割れ発生

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法と本発明法とのヒートパター
ンを示す説明図；および第２図は、Ni基合金の
耐応力腐食割れ性に及ぼすNbおよびTi量の影響
を示す図表である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.05％以下、Si：0.50％以下、 Mn：1.0％以下、Fe：5.0〜10.0％、 Cr：18〜30％、Ti：0.50％未満、 Nb：2.0％超5.0％以下、Al：0.40％以下、Ｐ：0.015％以下、Ｓ：0.005％以下、Ｎ：0.03％以下、さらに必要により、Mo：7.0％以下、および／
またはREM、Mg、CaおよびＹの少なくとも１
種を合計0.1％以下、 Ni：残部（ただし、少なくとも50％以上）からなる組成の合金を、800〜1200℃で圧下率50
％以上の熱間加工を施した後、1000〜1200℃で５
分〜5.0時間保持してから空冷以上の冷却速度で
冷却し、次いで550〜800℃で1.0〜150時間の時効
熱処理を１回または２回以上施すことを特徴とす
る、高温高圧水環境下で耐応力腐食割れ性の優れ
た析出強化型Ni基合金を製造する方法。