JPH0285341A - イオン放出速度の小さい耐食ステンレス鋼 - Google Patents

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、軽水冷却型原子炉の一次冷却系構成材料等の
高温純水環境で使用される材料として適したオーステナ
イトステンレス鋼に関する。

〔従来の技術〕

軽水冷却型原子炉プラントにおける放射線被曝の大半は
、−次冷却系を構成する配管や機器に蓄積したＣｏ−６
０、Ｃｏ−５８などの放射性核種からの放射線をプラン
ト点検時に被曝することが原因である。Ｃｏ−６０，Ｃ
ｏ−５８といった放射性核種は一次冷却系の構成材料に
基づくものであり、これらの微量腐食生成物からの放射
線被曝が問題であって、半減期の長いＣｏ−６０は最も
危険とされている。このため被曝低減対策として、不純
物として混入するＣｏ量を０．０５重量％以下に制限し
たステンレス鋼が、−次冷却系の構成材料として使用さ
れ始めている。そのＣｏｆは現状においては０．０３〜
０．０４重量％の範囲である。

以下、特にことわらない限り％は重量％とする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、放射線被曝に対する安全性を考えると、
軽水冷却型原子炉の一次冷却系構成材料に対しては、Ｃ
ｏ量の制限だけでなく、耐食性が良好でイオン放出速度
の小さいことが安定的に求められる。

すなわち、材料中のＣｏ量を制限してもイオン放出が顕
著であると、液中へのＣｏ溶出を抑制できず、腐食生成
物からの放射線被曝を阻止し得ない。

本発明の目的は、材料固有の強固な被膜を材料自体の作
用で材料表面に形成させることにより、イオン放出を可
及的かつ安定的に抑制する口上ができるオーステナイト
ステンレス鋼を提供することである。

（課題を解決するための手段〕 ステンレス鋼からの液中へのイオン放出を安定的に抑え
るには、鋼表面に強固な酸化被膜を形成することが必要
となる。しかし、その被膜は外部から強制的に与えられ
たものであってはならず、ステンレス鋼に固有の被膜で
、しかもステンレス鋼自体の作用で形成させたものでな
ければならい。

本発明者らはオーステナイトステンレス鋼においてＣｏ
量を低減させたときの種々の影響を調査する過程で、Ｃ
ｏ量の大幅低減が、ステンレス鋼固有あ強固な被膜をス
テンレス鋼自体の作用で形成させるのに有効なことを知
見した。これは、オーステナイトステンレス鋼中のＣｏ
１１を極度に低減させることにより、液中で形成される
被膜中のＣｒ量が増大し、Ｃｒリッチな酸化被膜になり
やすいためと考えられる。そして、この効果はＣ。

量が現状レベルより著しく低い０，０１−％以下でのみ
認められ、これにより耐食性の大幅向上を実現させる。

また、Ｃｏ量の規制と合わせて、Ｎｂ、Ａｆの添加を行
えばＮｂ、Ｏｓ　、Ａｌｘ　Ｏｓ等の酸化被膜が形成さ
れて、耐食性は更に高まること、換言すればイオン放出
速度が低下すること、またＭ。

はＣｒ酸化被膜の安定性を高めることも知見した。

なお、オーステナイトステンレス鋼中のＣｏ量について
は、軽水冷却型原子炉の一次冷却系材料に対しては、前
述したように被曝防止の観点から０．０５％以下に制限
されている。しかし、実際のレベルは０．０３〜０．０
４％であり、被膜強化、耐食性向上の観点からＣｏｆｌ
を０，０１％以下に制限した例は他に存在しない。

耐食性を高めることはイオン放出速度を低下させること
と同義であり、Ｃｏｌを０．０１％以下に制限し、その
上で必要に応じＭｏ、　Ｎｂ、　Ａｆｆｉ等の元素を含
有させることにより耐食性を高め、イオンの放出速度を
著しく小さくする。Ｃｏ量を制限し、しかもそれがイオ
ン放出の抑制につながるなら、これら両面から液中への
Ｃｏ溶出量は激減する。

本発明は斯かる知見に基づきなされたもので、重量％で
ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ　：　
２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％
以下、Ｎｌ：８〜１５％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎ：０
．０３〜０．２％、Ｃｏ：０．０１％以下と、更に必要
に応じＭｏ：０．１〜３．０％、Ａ１：０．２〜３．０
％、Ｎｂ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種以
上を含有し、残部が実質的にＦｅからなることを特徴と
するイオン放出速度の小さい耐食ステンレス鋼を要旨と
する。

０作　　用〕 以下、成分限定理由を述べ、本発明の作用を明らかにす
る。

Ｃ：溶接熱影響部の鋭敏化に基づく耐食性劣化（特に粒
界腐食割れ、粒界応力腐食割れ）を招来する有害元素で
あり、０．０３％以下に制限する。

耐食性の点からは少ないほど有利である。

Ｓｉ：脱酸元素であるが、１．０％を超えて添加すると
熱間加工性が劣化するので１．０％以下とする。

Ｍｎ　：　Ｓ　ｉと同様脱酸元素である。しかし、その
一方でＭｎＳを形成しやすく、Ｍｎ量が２．０％を超え
ると錆発生の起点となったり、ＭｎＳ自体が溶解しやす
いことから液汚染の原因となる。よって２．０％以下の
含有とする。

Ｐ：０．０３％を超えると溶接性が劣化することから、
０．０３％以下とする。

Ｓ：０．００５％を超えるとＭｎＳが形成しやすく、Ｍ
ｎＳ自体の溶出を促進するので、０．００５％以下とす
る。０．００５％以下ではＭｎＳの生成そのものが少な
くなる上に、微量のＭｎＳ中にＣｒを含有するようにな
り、ＭｎＳ自体の溶出が著しく抑制される。ＭｎＳの形
成を抑え、耐食性向上および液汚染防止の観点からは少
ないほど有利である。

Ｎｉニオ−ステナイト生成元素として必要である。

添加量はＣｒ１ｉのバランスにもよるが、オーステナイ
ト単相となるためには８％以上を必要とする。

しかし、１５％を超えて添加した場合はオーステナイト
単相であることには変わりはないが、経済性をそこねる
。したがって、８〜１５％の添加とする。

Ｃ「：耐食性を維持する基本元素であり、鋼表面にＣｒ
ｘＯｓからなる不働態被膜を形成させる。

耐食性を維持し、溶液中への合金構成元素のイオン溶出
速度を小さくするためには、１６％以上の添加を必要と
する。しかし２５％を超えて添加するとシグマ相等の金
属間化合物が析出しやすくなり、熱間加工性を劣化させ
るとともに耐食性も劣化させる。したがって１６〜２５
％の添加とする。

Ｎ：強化成分として０．０３％以上を必要とするが、０
゜２％を超えるとＣｒ、Ｎを生成し、鋭敏化が顕著とな
るので、０．０３〜０．２％の含有とする。

ＣＯニオ−ステナイトステンレス鋼の通常精錬ではフェ
ロＮｉ等を使用する関係から、不可避の不純物として０
．２〜０．４％程度のＣｏが含有される。

軽水冷却型原子炉の一次冷却系構成材料Φ場合は０．０
５％以下に制限され、具体的には溶解原料としてＣｏ量
の少ない電解Ｎｉに一部フエロＮｉを混合して使用する
ことで０．０３〜０．０４％の範囲内に管理されている
。これに対し、本発明鋼では合金構成元素のイオン放出
速度を小さくするために０．０１％以下のＣｏ量とする
。Ｃｏの含有量を低減させて行くと、０．０１％を境界
としてイオン放出速度の顕著な減少傾向が出現する。よ
ってＣＯはＯ，００１％以下の含有とする。Ｃｏ量の０
．０１％以下の低減は、Ｎ１として電解Ｎｉのみを使用
し、更にＣｏ含有量の少ないＣｒ、Ｆｅ等を使用すると
共に、Ｃｏ含有量の少ない耐火物からなる溶解炉を用い
ること等により可能となる。

Ｍｏ：表面Ｃ「酸化物被膜を強化させる元素であり、０
．１％以上でこの効果が確実となる。しかし３．０％を
超えて添加すると熱間加工性が劣化する。

したがって添加する場合は０．１〜３．０％とする。

Ａｌ、Ｎｂ：いずれも酸化物（ＡＬ　Ｏ，、ＮｂｔＯｌ
）の被膜を生成し、表面Ｃｒ酸化物被膜を強化する。こ
の効果は０．２％の添加で確実となるが、３．０％を超
える添加は熱間加工性を劣化させる。したがって、添加
する場合はいずれも０．２〜３．０％とする。

〔実施例〕

次に本発明の詳細な説明する。

第１表に示す化学成分の本発明鋼（１〜１０）および比
較１１１（１１〜１８）をそれぞれ真空炉にて溶製し、
鍛造、熱間圧延、中間焼鈍、冷間圧延および熱処理の各
工程を経て５麺厚の板材とし、各板材より長さ４０閣、
幅１０ｍ５、厚さ３ＩＩＩｌの試験片を加工製作した。

尚、本発明鋼はＣｏ含有量の低い電解Ｎｉ、電解Ｃｒを
使用し、比較鋼は通常のフ二ロＮｌ、フェロＣｒを原料
として使用した。

そして各試験片をエメリー紙にて湿式８００番で表面研
摩した後、内容積３．Ｏ２の循環式オートクレーブによ
る温度：２８０°ＣＳＤ　Ｏ（ＤｉｓｓｏｌｖｅｄＯｘ
ｇｅｎ　：溶存酸素）：飽和、時間：１０００ｈの浸漬
腐食試験に供した。試験後、表面の脱スケールを行い、
試験前後の重量変化から腐食速度を求めた。　、 結果を第１表に併記するが、Ｃｏ量を０．０１％以下に
制限した本発明１［１−ｔｏでは、いずれも腐食速度は
０．００１ｇ／ｒｒｆｈ以下に抑制されている。これに
対し、Ｃｏ量が０．０１％を超える比較１ｌ１１１〜１
８では腐食速度が０．００３　ｇ／ｎｆｈ以上を示し、
本発明鋼との間に顕著な差のあることが明らかである。

また、別の試験として、第１表に示す鋼のなかで、Ｃｏ
量のみを実質的に変化させた１８Ｃｒ−１ＯＮｉ１ｍ（
１，２，１１〜１３．１６）について、同様の試験片を
パフ研摩し、同様の浸漬試験を１５０ｈ実施した後、表
面被膜をＥＳＣＡ（ｆ！＋ｅｃｔｒｏｎ　　５ｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ　　ｆｏｒ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ　　　：光電子分光分析）にて分析した
０分析結果をＣ。

量と対比させて第１図に示す０分析結果は０（酸素）を
除いた元素の合計濃度を１００ａＬ、％としたときのＣ
ｒ１度にて示しである。

第１図に示されるようにＣｏ量が橿０１％以下で表面被
膜中のＣ「に濃縮が見られる０本発明鋼において耐食性
が改善され、イオン放出速度が抑制されるのは、この低
Ｃｏ化による被膜中Ｃｒの濃縮が原因と考えられる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明のオーステナイ
トステンレス鋼は表面に強固な被膜を生成し、しかもそ
の被膜は材料に固有で、かつ材料自身の添加元素の作用
で生じたものであるので、使用環境下で被膜を破壊させ
る危険が殆どなく、合金構成元素イオン放出速度を大幅
かつ安定的に低下させる。

したがって、例えば軽水冷却型原子炉の一次冷却系材料
に使用して腐食生成物の発生を安定的に防ぎ、自身のＣ
ｏ量が少ないこととあいまってＣｏ６０の放射性原素の
生成を効果的に防ぎ、優れた安全性を保証する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｏ量と被膜中のＣｒｆｉ度との関係を示すグ
ラフである。 特許出願人　工業技術院長　飯塚幸三

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０
   ．００５％以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１６〜２５
   ％、Ｎ：０．０３〜０．２％、Ｃｏ：０．０１％以下を
   含有し、残部が実質的にＦｅからなることを特徴とする
   イオン放出速度の小さい耐食ステンレス鋼。
2. （２）重量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０
   ．００５％以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１６〜２５
   ％、Ｎ：０．０３〜０．２％、Ｃｏ：０．０１％以下と
   、更にＭｏ：０．１〜３．０％、Ａｌ：０．２〜３．０
   ％、Ｎｂ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種以
   上を含有し、残部が実質的にＦｅからなることを特徴と
   するイオン放出速度の小さい耐食ステンレス鋼。