JPH02247358A

JPH02247358A - 原子炉部材用Ｆｅ基合金及びその製造法

Info

Publication number: JPH02247358A
Application number: JP6617889A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Urayama; 浦山　義直; Hideya Anzai; 安斉　英哉; Jiro Kuniya; 国谷　治郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1990-10-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は耐応力腐食割れ性に優れたＦｅ基合金、及び、
その製造法に係り、特に、軽水炉、あるいは、高速増殖
炉の蒸気発生器伝熱管材や熱交換器用支持構造部材等、
及び、配管材等に適用されるＦｅ基合金、及び、その製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）等の蒸気発生器伝熱管
材は、耐応力腐食割れ性に優れたＦｅ基合金（インコロ
イ８００：３０．０〜３５．０％Ｎｉ、１９．０〜２３
．０％Ｃｒ、残りＦｅ）、あるいは、Ｎｉ基合金（イン
コネル６００：１４〜１７％Ｃｒ、６〜１０％Ｆｅ、残
りＮｉ）が用いられてきたが、例えば、特開昭６２−１
７７１５５号あるいは特開昭６１−６９９３８号に記載
のように、加工条件によっては応力腐食割れ感受性が高
く、伝熱管や構造部材等で応力腐食割れが生じ得ること
、あるいは、高温高圧下で伝熱管の内側を通る一次系脱
気高温水中において、応力腐食割れが発生するばかりで
なく、伝熱管の外側を通る二次系水中においても海水漏
洩に起因したＣＱ″″イオン混入や伝熱管／管支持板隙
間部のアルカリ濃縮による応力腐食割れが生じるといっ
た問題があった。そのため、例えば、Ｆｅ基合金のイン
コロイ８００に関しては、耐応力腐食割れ性と耐粒界腐
食性を向上させるために、Ｃ５０，０３％、Ｔｉ／Ｃ≧
１２゜Ｔ　ｉ　／　Ｃ十Ｎ≧８とすることや、管外表面
に圧縮残留応力を付与するためのグラスビード・ピーニ
ングを施すこと、また、Ｎｉ基合金のインコネル６００
に関しては耐応力腐食割れ性を向上させるため、焼鈍後
７００℃で１５時間程度のＣｒ欠乏層回復熱処理を行な
うこと等が提案され、一部実用化された。本発明では、
プラントの高信頼性化と長寿命化を図るために、良好な
鋭敏化特性と高い耐応力腐食割れ性を兼ねそろえたＦｅ
基合金とその製造法について述べる。

（発明が解決しようとする課題〕上記従来技術は、鋭敏化特性を改善することが耐応力腐
食割れ性の向上に直結するという考え方を基に開発され
たものである。これは、部材の使用環境が高温高圧純水
中において有効であるとされている。しかし、鋭敏化特
性と、例えば、ＰＷＲの二次系水質下におけるＣＱ−イ
オンの混入や伝熱管／管支持板隙間部のアルカリ濃縮等
による応力腐食割れ感受性との関連については十分な検
討がされておらず、プランＩ・の信頼性を維持向上させ
る上で若干の問題があった。

本発明の目的は、ＰＷＨの二次系水質環境下で生じる腐
食損傷の問題を解決するために、良好な鋭敏化特性と高
い耐応力腐食割れ性を兼ねそなえたＦｅ基合金とその製
造法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

」二記目的は、ＣＱ−イオンやアルカリ等を含む高温高
圧水環境下で、耐応力腐食割れ性ならびに耐腐食損傷性
に優れた特性を持つＦｅ基合金とその製造法を提供する
ことである。これは、本発明者らが実施した数多くの実
験研究より見い出したもので、材料の化学組成と加工条
件を制限することにより完成に至った。

すなわち、本発明は、（１）重合比でＣ：　０．１％以下、Ｓｉ：１．０　　
％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：２５％以上。

４５％以下、Ｃｒ：２５％以上、３５％以下、Ｔｉ：０
．３％以上、２．０％以下、Ａｌ：０．３％以上、２．
０％以下、Ｍｇ：０．０５％以上、１．０％以下、Ｐ、
Ｓ：０．０１％以下、残部Ｆｅよりなる耐応力腐食割れ
性に優れたＦｅ基合金。

（２）重量比でＣ：　０．１　　％以下、Ｓｉ：１．０
％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：２５％以上。

４５％以下、Ｃｒ：２５％以上、３５％以下、Ｔｉ：０
．３％以上、２．０％以下、Ａｌ：０．３％以上、２．
０％以下、Ｍｇ：０．０５％以上、１．０％以下、Ｐ、
Ｓ：０．０１％以下、残部ＦｅよりなるＦｅ基合金を、
９００〜１２５０、℃で、断面減少率にして２０％以上
の熱間加工を施した後、９５０〜１０５０℃で１分〜２
時間保持してから空冷以上の速い冷却速度で冷却するこ
とを特徴とする。

（３）重量比でＣ：　０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以
下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：２５％以上。

４５％以下、Ｃｒ　：　２５％以上、３５％以下、Ｔｉ
：０．３　　％以上、２．０％以下、Ａｌ：０．３％以
上、２．０％以下、Ｍｇ：０．０５％以上、１．０％以
下、Ｐ、Ｓ：０，０１％以下、残部ＦｅよりなるＦｅ基
合金を、９００〜１２５０℃で、断面減少率にして２０
％以上の熱間加工を施し、次いで、断面減少率２０％以
上、７０％以下の冷間塑性加工を施した後、さらに、−
次回結晶組織が形成される温度で加熱し、空冷以上の速
い冷却速度で冷却することを特徴とする。

〔作用〕

本発明のＦｅ基合金の各合金元素の限定理由及び熱処理
、加工条件の限定理由は以下のとおりである。Ｃ；Ｃは
固溶強化型元素であり所定の強度を得るにはある程度の
量が必要である。しかし、多く含むと、溶体化処理後の
冷却過程で鋭敏化するので、本発明では上限を０．１％
とした。好ましくは０，０４％以下である。

Ｃｒ；Ｃｒは耐食性を維持するために必要不可欠の合金
であり、２５％以上添加することが良い。

しかし、あまり多量に添加すると凝固偏析が著しく鍛造
しにくくなるばかりか、均質なインゴットができにくい
ので３５％以下とする。

でＪｉ；Ｎｉは耐食性向上に有効な元素であり、特に、
ＣＱ−イオン含有高温水、および、アルカリ（ＮａＯＨ
）環境における耐応力腐食割れ性を向上させる。しかし
、多量に含んだ場合には、脱気高温高圧水中での耐応力
腐食割れ性が低下するため、２５％以上、４５％以下と
する。

Ｍｇ；０．０５　　％以上添加することによって合金中
の不純物としての酸素を除去しつるのみでなく、粒界に
析出して粒界の結合力を上げるので熱間加工性を向上さ
せる。一方、１．０％　を越えて添加してもその効果が
飽和するため１．０％以下とする。

Ｔｉ　；ｃの安定化元素で鋭敏化特性を向上させる。し
かし、２．０％　を越えると耐応力腐食割れ性が低下す
るので、Ｔｉを２．０％以下とした。

好ましくは０．４〜１．０％である。

Ａｌ　：Ａｌは、通常、この種の合金には脱酸剤として
添加されており、その場合、０．３％以上の添加が必要
である。しかし、２．０％　を越えると耐応力腐食割れ
性が低下するので、ＡＭを２．０％以下とした。好まし
くは０．４％〜１．０％である。

Ｓｉ、Ｍｎ　；Ｓｉ、Ｍｎは合金中の不純物としての酸
素を取り除く作用を持つが、反面多くなると応力腐食割
れ性を低下させる。従って、Ｓｉ。

Ｍｎ量は低い方が良（Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ量１．
０％以下とする。

ｐ、ＳＡＰ、ｓは粒界に偏析し、粒界の結合力を低下さ
せるのみでなく、電気化学的に有害な元素であり、低い
方が好ましい。従って、Ｐｌ、０１％以下、ｓ：ｏ、ｏ
ｔ％以下とする。

本発明のＦｅ基合金の熱間加工性を保持するには比較的
高温で加工する必要があり、この場合の加工条件は９０
０〜１２５０℃で行う必要がある。

また、耐応力腐食割れ性を保持するには均一で、かつ、
大きな加工率を与えることが望ましく、熱間加工として
は断面減少率で２０％以上にする。

熱処理条件としては、高強度を保持し、かつ、高い耐応
力腐食割れ性を保持させるため９５０　℃〜１０５０℃
で溶体化処理を施す。溶体化処理温度が１０５０℃を越
えると結晶粒が粗大化し、耐応力腐食割れ性が劣化し高
強度が保持できなくなる。

更に、冷間加工を行なう場合は次の条件で行う。

断面減少率が２０％〜７０％の冷間塑性加工を施し、つ
いで９００〜１０５０℃のミルアニール（以下ＭＡと称
す）処理を施す。この場合、断面減少率が４ｏ％の冷間
加工後１０００℃でＭＡ処理を施すと、微細で、かつ、
均一な一次頁結晶組識が形成され、良好な機械的性質と
高い耐応力腐食割れ性が得られる。７０％以上の冷間加
工は加工時に割れが生じ、また、ＭＡ処理温度は１０５
０’ｃを越えると結晶粒が粗大化するので好ましくない
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例により詳しく説明する。

＜＝　　　　１）：、’ 第１表に化学成分を示す合金を真空炉で溶製し、鍛造、
熱間圧延して供試材（記号：Ａ−Ｈ）とした。

ここでは、まず、熱間加工性について、鍛造割れの有無
を検討した。第２表はその結果を示す。

第　　２　　表ができなかった。

く　　　　　２〉；　　　　ヒ　　主第３表は粒界腐食試験（ストラウス試験）Ｊ求めた鋭敏
化特性を示す。

によ・：鍛造割れ有０：鍛造割れ無熱間加工性はＣｒ含有量とＭｇ含有量とに依存し、鍛造
性がＭｇの添加により改善されることがわかる。また、
本効果はＣａにおいても期待される。なお、鍛造割れが
激しかった高Ｃｒ材（記号：　Ｆ、Ｇ、Ｈ）は応力腐食
割れ試験に供すること・：粒界腐食〉２０μｍＯ：粒界腐食く２０μｍ粒界腐食はＮｉ含有量によらず、Ｃｒ含有量に大きく依
存しており、Ｃｒ含有量が少ない記号Ｃ（Ｃｒ：２０．
３％）、記号Ｄ　（Ｃｒ　：１６．４％）に認められた
。従って、鋭敏化特性を向上させるには高Ｃｒ化が有効
である。

く　　　　　３〉：　　　　　　　　　　れ第４表、第
５表及び第６表は高温高圧純水応力腐食割れ性、苛性ア
ルカリ応力腐食割れ性及び塩化物応力腐食割れ性につい
て検討した結果を示す。

この場合、供試材として第１図のものを使用し、第２図
のようにして試験した。

第４表会；割れ有０：割れ無・：割れ有０：割れ無・：割れ有０：割れ無高温高圧純水応力腐食割れは記号りにみの認められ１本
結果からも高温高圧純水応力腐食割れ性を向上させるに
は高Ｃｒ化が有効であることがわかる。一方、苛性アル
カリ、及び、塩化物応力腐食割れは試験環境の違いによ
らず、いずれの場合も記号Ｃ１記号りに認められた。本
結果は高温高圧純水応力腐食割れ性と異なった応答を示
し、苛性アルカリ応力腐食割れ性と塩化物応力腐食割れ
性とに優れた特性を得るにはＮｉとＣｒ含有量の配合比
が重要であることがわかる。

すなわち、本発明材（記号：Ａ、Ｂ）のように、Ｍｇを
微量添加することにより鍛造性を向上させ。

更に、ＮｉとＣｒ含有量の配合比を適正化することで、
良好な鋭敏化特性と高い耐応力腐食割れ性に優れたＦｅ
基合金が提供できることがわかる。

うにして試験を行った。

第７表は本発明材の熱処理、加工方法と耐応力腐食割れ
性との関連について検討した結果を示す。

供試材として第１図のものを使用し、第２図のよ本発明
材は熱処理、加工条件によって耐応力腐食割れ性が低下
する場合もあり得るが、適正な熱処理、加工方法の実施
により、良好な鋭敏化特性と高い耐応力腐食割れ性に優
れた特性を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加工性に優れ、かつ、良好な鋭敏化特
性と高い耐応力腐食割れ性をもっＦｅ基合金が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の試験片の平面図。第２図は第１図の試験片を用い、その試験状態を示す側
面図である。Ｗ・・・巾、Ｑ・・・長さ、Ｒ・・・曲げ半径。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：２５％以上、４５％以下、
Ｃｒ：２５％以上、３５％以下、Ｔｉ：０．３％以上、
２．０％以下、Ａｌ：０．３％以上、２．０％以下、Ｍ
ｇ：０．０５％以上、１．０％以下、Ｐ，Ｓ：０．０１
％以下、残部Ｆｅよりなることを特徴とする原子炉部材
用Ｆｅ基合金。２、重量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：２５％以上、４５％以下、
Ｃｒ：２５％以上、３５％以下、Ｔｉ：０．３％以上、
２．０％以下、Ａｌ：０．３％以上、２．０％以下、Ｍ
ｇ：０．０５％以上、１．０％以下、Ｐ，Ｓ：０．０１
％以下、残部ＦｅよりなるＦｅ基合金を、９００〜１２
５０℃で、断面減少率にして２０％以上の熱間加工を施
した後、９５０〜１０５０℃で１分〜２時間保持してか
ら空冷以上の速い冷却速度で冷却することを特徴とする
原子炉部材用Ｆｅ基合金の製造法。３、重量比でＣ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．０％　以下、Ｎｉ：２５％以上、４５％以下
、Ｃｒ：２５％以上、３５％以下、Ｔｉ：０．３％以上
、２．０％以下、Ａｌ：０．３％以上、２．０％以下、
Ｍｇ：０．０５％以上、１．０％以下、Ｐ，Ｓ：０．０
１％以下、残部ＦｅよりなるＦｅ基合金を、９００〜１
２５０℃で、断面減少率にして２０％以上の熱間加工を
施し、ついで断面減少率２０％以上、７０％以下の冷間
塑性加工を施した後、さらに、一次再結晶組織が形成さ
れる温度で加熱し、空冷以上の速い冷却速度で冷却する
ことを特徴とする原子炉部材用Ｆｅ基合金の製造法。