JPH03107436A

JPH03107436A - 耐応力腐食割れ性に優れたジルコニウム合金

Info

Publication number: JPH03107436A
Application number: JP24541989A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kajimura; 治彦梶村; Tsuyoshi Kodama; 小玉　強
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-07

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、硝酸製造プラントのような硝酸を取り扱うプ
ラント、特に共沸濃度（６９，８％１ｌＮＯ３）以上の
硝酸溶液を扱う装置の構成材料として適したジルコニウ
ム合金に関する。

（従来の技術）ジルコニウム（以下「Ｚｒ」とも云う）は、硝酸環境下
では耐全面腐食性は非常に優れていることは良く知られ
ている。

硝酸は、比重１．４２　（約７０％）で共沸点を持つ。

沸点はこの共沸点で極大値である１２３°Ｃとなる。

これより低濃度側では沸点は水の沸点である１００°Ｃ
まで下り、一方、高濃度側では８６°Ｃまで下がる。

硝酸はこのように共沸点をもつので、通常の蒸留による
濃縮では共沸濃度までしか濃縮できない。

そのため、共沸濃度以上の硝酸を製造している硝酸製造
プラントにおいては、硫酸による脱水等の特別な方法が
とられている。

したがって、硝酸製造プラントにおいては常に共沸濃度
以上の硝酸を扱うことになり、現状ではステンレス鋼な
どを構造材として使用したり、合金材を頻繁に取り替え
ながら使用している。

（発明が解決しようとする課題）前記したように、硝酸は共沸点を持つが、この共沸濃度
以下と共沸濃度以上では腐食性は全く異なり、異質の腐
食挙動を示す。

すなわち、Ｚｒは硝酸中では耐食性が優れていると報告
されているが、共沸濃度以上の硝酸中では、強制的に電
位を負荷しなくても応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する
ことが報告されている（Ｔ−Ｌ、Ｙａｕ：Ｃｏｒｒ。

５ｉｏｎ　３９（１９８３）’　ｐ、１６７）。この報
告によれば、工業用線Ｚｒである７０２（ＡＳＴＭ）は
７０％ＨＮＯ，中ではＳＣＣを発生しないが、８０％以
上ではＳＣＣを発生した。通常、温度が低くなると耐食
性は向上するが、共沸濃度以上では常温付近でもＳＣＣ
を発生するようになる。

従来より、共沸濃度以下の硝酸中における耐食性を向上
させるため、ＺｒにＴｉを添加する方法が提供されてい
る（特開昭６２−２２２０３７号公報）が、５ＣＣ１特
に共沸濃度以上の硝酸中におけるＳＣＣに関して何ら示
唆するところはない。しかも、上述の提案は、原子力燃
料の再処理を目的としたプラントの構造材としてであり
、このようなプラントでは共沸濃度以上の硝酸を使うこ
とはない。また、前述のように共沸濃度以下の硝酸が濃
縮されて共沸濃度以上の硝酸になることはないので、本
発明が想定しているような環境とは全く異なる環境での
Ｚｒ合金の挙動を述べているにすぎない。

本発明は、以上の点に鑑み、硝酸中、特に共沸濃度以上
の硝酸中における耐ＳＣＣ性を向上させた、Ｚｒ合金を
提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者らは種々検討を行っ
た結果、特に共沸濃度以上の硝酸中における耐ＳＣＣ性
にすくれた合金を特願平１−１１４７８９号として提案
した。その後さらに検討をつづけＺｒに対し、Ｔａ単独
またはＴｉと複合して添加することにより、共沸濃度以
上の硝酸中ではもちろんその濃度以下の硝酸溶液中でも
ＳＣＣ抵抗性の高い合金となることを知見し、本発明を
完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、重量％で、Ｔａ
：１〜２０％、残部不可避不純物およびＺｒよりなる、
耐応力腐食割れ性に優れたジルコニウム合金である。

さらに、必要に応じ、Ｔｉ：１〜３０％を添加してもよ
い。

（作用）本発明において合金成分組成範囲を限定した理由を説明
する。なお、本明細書においてｒ％コは特に指示しない
限りいずれも「重量％」である。

Ｔａ：　Ｚｒの耐ＳＣＣ性を向上させるため１％以上を
添加する。特に共沸濃度以上の硝酸に対しては５％以上
の添加が望ましい。さらに好ましくは１０％以上である
。上限はコストおよび加工性の点より２０％とする。

Ｔｉ：Ｔａに加え、Ｔｉを１％以上添加するとさらに耐
ＳＣＣ性が向上する。ただし、加工性の点より上限は３
０％とする。

残部：　Ｆｅ、　Ｃｒ、　Ｎ、　Ｈ，Ｏ等の微量の不可
避不純物とＺｒである。

なお、本発明にあってそのような不可避不純物は、いわ
ゆる不純物として存在するのであって、その上限は特に
制限的ではない。しかし、特に共沸濃度以上の硝酸中で
の耐ＳＣＣ性を改善するにはそれらは可及的に少ない方
が良い。

一般に通常の硝酸中では合金の加工性を考えて、以下の
ように制限すればよい。

ＦｅおよびＣｒ：　Ｚｒとの金属間化合物の量を増大さ
せ曲げ性を劣化させるのでそれぞれＰｅ：０．３％以下
、Ｃｒ：０．１％以下とする。

酸素：０．２％を越えると曲げ性が悪くなるので上限を
０．２％とする。

Ｎ：曲げ性能が劣化するため上限は０．０５％とする。

Ｈ：水素化物の形成による曲げ性能の低下がみられるた
め、０．０１％以下とする。

（実施例）本発明を実施例により具体的に説明する。

第１表に供試材の化学成分および５ＳＲＴ　（Ｓｌｏｗ
Ｓｔｒａｉｎ　Ｒａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）試験に
よる試験結果を示す。

供試合金は、真空溶解後、熱間圧延を施し、６５０℃で
焼鈍を実施して得たものであった。

５ＳＲＴ試験は、平行部直径３ｍｍＸ長さ２０ｍｍの引
張試験片を用い、沸騰硝酸中で２．１７ＸＩＱ−６３−
１の歪速度で引張ることにより実施した。４０％の硝酸
中では電位を付加しない場合と電位を付加する場合の両
方実施し、共沸濃度の７０％およびそれ以上の８０％、
９８％の硝酸中では電位は付加しなかった。

試験温度は、それぞれの濃度での沸点で行った。

ＳＣＣの判定は破断歪量と破面観察とで行い、同し温度
のシリコンオイル中で同し引張り試験を実施した場合の
破断歪量と比較し、歪量が減少すると七もに、破面がＳ
ＣＣ特有の粒内へき閉状になっているものをＳＣＣ発生
とした。

結果を同じく第１表に示す。

（以下余白）第１表に示された結果からも分かるように、共沸濃度以
下の４０％硝酸中では純Ｚｒに電位を付加することによ
りＳＣＣを発生する。

ずなわち、純Ｚｒは１．３ｖ以上の電位でＳＣＣを発生
するが、Ｔａを１％以上添加することにより耐ＳＣＣ性
を改善できる。自然浸漬では、共沸濃度以上の高濃度硝
酸中で純ＺｒはＳＣＣを発生し、５％以上のＴａを添加
することがを効であることが分かる。

また、Ｔａ添加に加え、Ｔｉを添加することにより耐Ｓ
ＣＣ性はさらに改善される。

（発明の効果）純Ｚｒは硝酸中においてＳＣＣを発生するという欠点が
あったが、本発明によりＺｒに適量のＴａを加えるか、
ＴａとＴｉを複合添加することにより耐ＳＣＣ性を改善
でき、特に共沸濃度以上の硝酸に対して耐食性の優れた
合金を提供できたことにより、産業上益するところ極め
て大である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｔａ：１〜２０％、残部不可避不純物
およびＺｒよりなる、耐応力腐食割れ性に優れたジルコ
ニウム合金。
（２）さらに、Ｔｉ：１〜３０％を加えた請求項１記載
のジルコニウム合金。