JPH03100148A - 高Cr―Ni基合金の熱処理方法 - Google Patents

高Cr―Ni基合金の熱処理方法

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JPH03100148A
JPH03100148A JP23761389A JP23761389A JPH03100148A JP H03100148 A JPH03100148 A JP H03100148A JP 23761389 A JP23761389 A JP 23761389A JP 23761389 A JP23761389 A JP 23761389A JP H03100148 A JPH03100148 A JP H03100148A
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alloy
less
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temp
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Kazuo Yamanaka
和夫 山中
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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、加圧水型原子炉の蒸気発生器用伝熱管等に使
用される高Cr−Ni基合金の耐食性を改善するための
熱処理方法に関する。
〔従来の技術〕
加圧水型原子炉の蒸気発生器用伝熱管の素材として、従
来はA11oy 600 (15%Cr−75%Ni−
9%Fe)が用いられていた。 A11oy 600よ
りなる伝熱管は、その耐食性、特に耐粒界腐食割れ性を
改善するために特殊熱処理(700℃X15hr)を受
けるが、最近の研究によれば、特殊熱処理にもかかわら
ず、その使用環境であるアルカリ環境下で粒界応力腐食
割れを生じるおそれがあり、更には海水漏洩に起因する
C2−イオン混入による孔食の問題もあることが明らか
になってきた。そこで、最近はA11oy 600に代
わってA11oy 690 (30%Cr−60%−9
%Fe)が上記伝熱管の素材として用いられている(特
開昭59−85850公報、特開昭60−50134号
公報)。
A11oy 690の如き高Cr−Ni基合金において
も、一般のNi基合金と同様に粒界応力腐食割れの危険
性のあることは、周知のとおりである。
ただし、この弱点もA11oy 600に対する特殊熱
処理と同様の熱処理で解消されるので、伝熱管用合金と
してのA11oy 690にも特殊熱処理が施されてい
る。
(発明が解決しようとする課題〕 伝熱管用合金としての^1loy 690に施される特
殊熱処理は、第3図に示すように高温焼鈍後に行われる
。この高温焼鈍後の特殊熱処理によりクロム炭化物(C
rgzCi)が粒界に半連続状に析出し、粒界が強化さ
れることにより、高Cr−Ni基合金の弱点であったア
ルカリ粒界応力腐食割れに対する抵抗性が飛躍的に改善
される。
特殊熱処理の条件は、上記公報によれば600〜750
℃で0.1〜100hrとされているが、実際の操業で
は長尺(24m)の伝熱管の着色を抑えながら熱処理を
行う必要があるために、大型の特殊な真空炉により70
0℃X15hr程度の条件で実施されている。従って、
特殊熱処理の実施により熱処理コストが嵩み、熱処理の
手間も著しく増える。
本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、その目
的は上記特殊熱処理を省略し、なおかつ省略前゛と変わ
らない耐食性を確保できる高Cr−Ni基合金の熱処理
方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
A11oy 690に代表される25〜35%Cr含有
の高Cr−Ni基合金は、高温でのCの固溶度がとりわ
け小さく、焼鈍後の冷却過程で結晶粒界にCr炭化物(
Cr zsch’ )が析出しやすい、この点、本発明
者らの調査によれば、Cr炭化物(CrzsC6)の析
出速度は、特殊熱処理温度である700℃よりも800
〜1000℃での方が速く、この性質を利用すれば特殊
熱処理を省略できることが判明した。
すなわち、焼鈍を可能な限り高温で行い、焼鈍でCを十
分に固溶させておいて焼鈍後の冷却過程で1000〜8
00℃の温度域を時間をかけて通過させれば、その間に
Cr炭化物(CrgzCi)が粒界に半連続状に析出し
、冷却後に特殊熱処理を行わな(ても、これを行った場
合の耐アルカリ粒界応力腐食割れ性に匹敵する優れた耐
食性が得られるのである。また、焼鈍後に急冷してから
800〜1000℃に再加熱保持すれば、短時間の加熱
保持で上記と同等のC「炭化物が析出し、耐アルカリ粒
界応力腐食割れ性の優れた高Cr−Ni基合金が得られ
ることも明らかになった。
本発明は斯かる知見に基づきなされたもので、重量%で
C:0.15%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.
0%以下、Cr:25〜35%、Ni:40〜75%、
Al:0.5%以下、Ti:0.01〜1.0%、P:
0.030%以下、s:o、ots%以下と、更に必要
に応じてMo、W及び■の1種または2種以上を合計で
0.5〜5.0%を含み、残部Feおよび不可避不純物
よりなる高Cr−Ni基合金に対し、当該合金の炭化物
の完全固溶温度(T ℃)以上、T+100℃以下の温
度範囲に1分以上加熱保持した後、1000〜800の
温度範囲を2分以上かけて冷却するか、又は上記加熱保
持の後、一旦象、冷してから800〜1000℃の温度
範囲に2分以上再加熱保持することを特徴とする高Cr
−Ni基合金の熱処理方法を要旨とする。
〔作  用〕
本発明において合金組成および熱処理条件を上記の如く
限定した理由は次のとおりである。
O合金組成 Cは耐粒界応力腐食割れ性に有害な元素であるので、本
発明にあってはC量を0.15%以下とする。
Si、Mnはいずれも脱酸元素であり、それぞれ1.0
%以下の添加が必要であるが、いずれの場合もその添加
量が1.0%を超えると溶接性や合金の清浄度を低下さ
せるので、1.0%以下とする。
Crは本発明にかかる合金の耐食性を維持するために必
要不可欠な元素である。25%未満では本発明において
要求される程度の耐食性が確保されない。一方、35%
を超えると熱間加工性が著しく劣化する。よって、本発
明においてはCr量を25〜35%に限定する。
NiもCrと同様に本発明にかかる合金の耐食性を維持
するための重要な元素である。40%未満では高温水中
での耐粒界応力腐食割れ性が劣るので、40%以上とす
る。上限はCr量の下限が25%であることから、75
%に必然的に決まる。
Alも脱酸元素として必要であるが、0.5%を趨える
と合金の清浄度を低下させるため、本発明においては0
.5%以下に制限する。
Tiは0.01%以上添加することによって熱間加工性
を向上させるが、一方、1.0%を超えて添加してもそ
の効果が飽和するため、0.01〜1.0%とする。
Pは不純物として含まれるものであって、0.030%
を超えると耐粒界腐食割れ性および熱間加工性に有害で
あるので、0.030%以下とする。
SもPと同様に不純物として含まれるものであって、0
.015%を超えると耐粒界腐食割れ性および熱間加工
性に有害であるので、0.015%以下とする。
Mo、W、Vは必要に応じて添加し、いずれも耐孔食性
向上に有効な元素である。特に、C1−イオンを含む高
温水中における耐孔食性を向上させる。少な(とも一種
のこれらの元素の含有量が合計で0.5%以下では不働
態皮膜が強化されないため孔食を発生する。一方、その
合計量が5.0%を超えて添加されると、その効果は飽
和するうえ、熱間加工性を著しく劣化させる。よって、
これらの元素は合計で0.5〜5.0%とし、好ましく
は1゜0%以上とする。
○ 熱処理条件 本発明における代表的熱処理パターンを第1図(a)〜
(C)に示す。
熱処理すべき合金の焼鈍温度が、当該合金の炭化物が完
全に固溶する温度(T℃)よりも低いと、未固溶炭化物
が生成し、引張強さ、0.2%耐力、硬さなどが必要以
上に大きくなるだけでな(、焼鈍後の冷却過程または再
加熱保持過程で粒界に生成するCr炭化物が減少し、耐
粒界応力腐食割れ性が低下する。一方、(T+100℃
)を超えた温度では結晶粒度が著しく粗大化し、耐食性
つまり耐粒界応力腐食割れ性が低下するとともに引張強
さ、0.2%耐力、硬さなどについて所定の特性が得ら
れなくなる。従って、本発明においては焼鈍温度は(T
−T+ 100) ”cとする。なお、この温度範囲の
中でも(T+20)〜(T+80)℃の温度域がと(に
好ましい。
高Cr−Ni基合金の炭化物完全固溶温度(T℃)は、
第2図に示すように、当該合金のC含有量によって異な
り、0.01%Cでは950℃10゜02%Cでは10
50℃,0,03%Cでは1100℃である。従って、
焼鈍温度範囲は0.01%Cでは950〜1050℃、
0.02%Cでは1050〜1150℃、0.03%C
では1100〜1200℃になる。
保持時間については熱処理すべき合金材料の厚みによっ
て異なるが、最低1分以上は必要であり、厚みが増すに
従って保持時間を延長するのがよい。
焼鈍後は1000〜800℃の温度範囲を2分以上かけ
て徐冷する。これにより、粒界に十分な量のCr炭化物
が半連続状に析出し、粒界の強化が図られる。この徐冷
は第1図(a)に示すように連続的に温度を低下させる
ものでもよいし、第1図(ロ)に示すように段階的に温
度低下を行うものでもよい、要は熱処理すべき合金を焼
鈍後の冷却過程で1000〜800℃の温度範囲に2分
以上さらすようにすればよい、また、第1図(C)に示
すように、徐冷に代えて急冷後に800〜1000℃の
温度に2分以上再加熱保持してもよい。
徐冷または再加熱保持の温度域が800℃未満では、焼
鈍の段階で十分な量のCが固溶されていても粒界に析出
するCr炭化物(CrzsCa)が不足し、優れた耐ア
ルカリ粒界応力腐食割れ性が得られない。一方、100
0℃を超えると、Cr炭化物の生成温度域から外れ、C
r炭化物の析出は起こらなくなる。従って、本発明にお
ける焼鈍後の徐冷または再加熱保持は1000〜800
℃の温度範囲で行うものとする。
徐冷または再加熱保持の所要時間については、これが2
分未満では粒界に十分な量のC「炭化物(CrtsCi
)を析出させることができないので、2分以上とする。
所要時間の上限については、加熱保持時間が長ければ長
いほどCr炭化物の析出が多くなって好ましくなるので
、特に制限する必要はない。
1000〜800″Cの間を徐冷するための具体的手段
としては、例えばベルト焼鈍法を用い、この際、材料の
送り速度を制御して加熱帯と冷却帯とからなる炉中を通
す方法を挙げることができる。
1000〜800℃の間を徐冷した後または800〜1
000 ℃に再加熱保持した後は、水冷のような急冷を
行うのが能率面から望ましいが、空冷、油冷さらには炉
冷程度の遅い冷却速度でもよく、この点はと(に制限さ
れない、また、再加熱保持前の急冷も能率面から行うも
のであり、その冷却速度はとくに限定されない。
〔実施例〕
第1表に化学組成を示す30Cr−6ONi系合金より
なる厚み2■の冷延圧延材料に種々の温度で焼鈍を施し
、その冷却過程で1000〜800℃の温度域を0.1
分、0.5分、3分の各所要時間で冷却した。800℃
未満の温度域における冷却は空冷とした。
また、焼鈍後に急冷してから850℃に2分間再加熱保
持する熱処理も行った。再加熱保持後は空冷とした。更
に、参考として焼鈍後に700℃X15hrの特殊熱処
理も実施した。
熱処理を終えた種々材料から厚さ1.5−1輻10II
Il、長さ75mの試験片を採取し、各試験片に01−
含有高温水および高温NaOH溶液による応力腐食割れ
試験を行った。
C4−含有高温水による応力腐食割れ試験では、試験片
をエメリー紙320番で研磨し、U字形に曲げた後、2
枚重ね合せてダブルビベント試験片となし、これをオー
トクレーブ中で試験液に1000hr浸漬した。試験液
は500ppm C1−非脱気、300℃の溶液とした
高温NaOH溶液による応力腐食割れ試験では、試験片
1枚をU字形に曲げたシングルリベント試験片をオート
クレーブ中で10%NaOH,脱気。
325℃の溶液に1000hr浸漬した。
再試験とも試験終了後に試験片断面の割れ深さを光学顕
微鏡で測定した。測定結果を熱処理条件と共に第2表に
示す。
合金1〜3のいずれに対しても、T−T+100℃の焼
鈍後に1O00〜800℃の間を3分かけて徐冷するか
、800〜1000″Cに2分間再加熱保持することに
より、700℃X15hrの特殊熱処理を行う場合に匹
敵する耐粒界応力腐食割れ性が確保された。また、Mo
、VおよびWの少なくとも1種を含有させることにより
、特にC1,−含有環境下での耐粒界応力腐食割れ性お
よび耐孔食性が向上した。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理方法は
、耐アルカリ粒界応力腐食割れ性確保のために必須とさ
れていた特殊熱処理を省略するにもかかわらず、特殊熱
処理を実施した場合に匹敵する優れた耐アルカリ粒界応
力腐食割れ性を確保することができる。従って、熱処理
コストおよび工数を著しく低減し、例えば加圧木型原子
炉の蒸発発生器用伝熱管の製造に適用して、その製造コ
スト低減に大きな効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は本発明法の代表的ヒートパター
ンを示す図、第2図は高Cr−Ni1li合金に対する
適正焼鈍温度域を示す図、第3図は従来法のヒートパタ
ーンを示す図である。 C3有電(wtV&)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%でC:0.15%以下、Si:1.0%以
    下、Mn:1.0%以下、Cr:25〜35%、Ni:
    40〜75%、Al:0.5%以下、Ti:0.01〜
    1.0%、P:0.030%以下、S:0.015%以
    下を含み、残部Feおよび不可避不純物よりなる高Cr
    −Ni基合金に対し、当該合金の炭化物の完全固溶温度
    (T℃)以上、T+100℃以下の温度範囲に1分以上
    加熱保持した後、1000〜800℃の温度範囲を2分
    以上かけて冷却するか、又は上記加熱保持の後、一旦急
    冷してから800〜1000℃の温度範囲に2分以上再
    加熱保持することを特徴とする高Cr−Ni基合金の熱
    処理方法。
  2. (2)重量%でC:0.15%以下、Si:1.0%以
    下、Mn:1.0%以下、Cr:25〜35%、Ni:
    40〜75%、Al:0.5%以下、Ti:0.01〜
    1.0%、P:0.030%以下、S:0.015%以
    下、Mo、W及びVの1種または2種以上を合計で0.
    5〜5.0%を含み、残部Feおよび不可避不純物より
    なる高Cr−Ni基合金に対し、当該合金の炭化物の完
    全固溶温度(T℃)以上、T+100℃以下の温度範囲
    に1分以上加熱保持した後、1000〜800℃の温度
    範囲を2分以上かけて冷却するか、又は上記加熱保持の
    後、一旦急冷してから800〜1000℃の温度範囲に
    2分以上再加熱保持することを特徴とする高Cr−Ni
    基合金の熱処理方法。
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