JPH0368737A - オーステナイト系Ｎｉ―Ｃｒ―Ｆｅ合金 - 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、加工性のよい耐水素脆性、耐食性材料に係り
、特に高温ガス工業など水素を含む還元性ガスを取扱う
プラント用材料および原子炉内で中性子照射を受ける原
子炉用材料に好適な材料の提供に関する。

［従来の技術］ 従来の高Ｎｉ合金には、インコネル、インコロイ、モネ
ル、ハステロイ、イリウム、ニモニック等がある。これ
らについての詳細は、（１）日刊工業新聞社：高ニッケ
ル合金、工業材料便覧、ｐ５１８および（２）　　”Ｈ
ｕｎｔｉｎｇｔｏｎ　Ａ１１ａｙｓ　Ｈａｎｄ　Ｂ。

ｏｋ、Ｎｏｍ１ｎａｌ　Ｃｈｅａ＋１ｃａｌ　Ｃｏｍｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ、１９７０”に記載されている。

たとえば、インコネルは１通常Ｎｉ含有量は６０％以上
であるが、水素脆化率が高いためよくない。

また、ハステロイ−又は、水素脆化率は、低く良好であ
るが、Ｃｒ含有量が２２％なので、使用中には、鋭敏化
のためにＣｒ量が約１０％減少して、選択的に腐食され
る傾向がある。

通常使用されている５ＵＳ３０４，３１６などは、水素
脆化率が高いために好ましくない。

［発明が解決しようとする課題］ 原子力発電所の長寿命化に関して、原子炉内で使用され
る炉内構造材料の材質の改善が期待されている。その−
環として、加工性がすぐれ、耐水素読性および耐食性が
良好な材料を提案する。

鋼の耐水素脆性については、第３図および第４図に示す
ように鋼中のＮｉ当量［Ｎ１ｅｑ＝Ｎｉ＋３０ＸＣ＋３
０ＸＮ＋０．　５ＸＭｎ　　（％）　コ　あるいはＮｉ
含有量依存性があり、Ｎｉ当量が多い程、水素脆化率は
低下するが、Ｎｉ量が多くなり過ぎると再び感受性が上
昇する。また、Ｎｉは貴重かつ高価な成分元素である。

一方、鋼の耐食性を向上させる方法として、Ｃｒの不働
態皮膜生成による方法があり、Ｃｒが添加されるが、第
５図および第６図に示すように、ステンレス鋼に対する
鋭敏化および中性子照射により、結晶粒界のＣｒ量が欠
乏するために耐食性が低下することが知られている。第
５図は、鋭敏化（５５０℃ｘ５００Ｈｒ）による粒界の
Ｃｒ欠乏図、第６図は、中性子照射による粒界のＣｒ欠
乏図である。第５図および第６図からもわかるように、
結晶粒界におけるＣｒ量の減少量は、約１０％にまで達
することが認められる。

以上のことを考慮して、上記従来の材料を評価すると、
Ｎｉ含有量に関しては、耐水素脆性が不良な範囲に属す
る材料が大部分を占めている。

部にＮｉ含有量が適切な材料はあるが、これについては
、Ｃｒ量の減少による耐食性の低下に対する配慮がなさ
れていないので、Ｃｒ欠乏に基づく耐食性の劣化という
点で好適な材料とは云えない。

本発明の目的は、耐水素脆性が良好で、かつＣｒ欠乏に
よる耐食性の劣化を防止すると共に、材料の加工性を良
好に保つことができるような材料を提供することである
。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係るオーステナイト
系Ｎ　ｉ　−Ｃｒ　−Ｆ　ｅ合金の構成は、オーステナ
イト系Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金において、該合金の主要成
分は、Ｎｉが４０〜６０％、Ｃｒが少くとも３０％であ
り、かっＣｒ当量の最大値を、３６．５％にしたことで
ある。

［作用コ 第３図は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素脆化の
Ｎｉ当量依存性を示す、（但し、１ｏは、水素フリー材
の伸び、ＩＨは、水素添加材の伸びを示す）。

また、第４図は、インコネル６００およびハステロイＸ
の水素脆化率に及ぼすＮｉ量の影響を示す。

第３図および第４図から、水素脆化率は、Ｎｉ当量ある
いはＮｉ量依存性があり、Ｎｉ含有量を、４０〜６０％
にすることにより、耐水素脆性のよい材料を得ることが
できる。

第５図は、鋭敏化（５５０℃Ｘ５００Ｈｒ）による粒界
のＣｒ量欠乏状況を示し、第６図は、中性子照射による
粒界のＣｒ量欠乏状況を示したものである。

第５図および第６図から、鋭敏化あるいは、中性子照射
により、結晶粒界近傍にＣｒ量欠乏層が生成することが
わかる。しかもＣｒ欠乏量は約１０％に達する。したが
って、本発明で提案するＣｒ含有量３０％以上の意味は
、Ｃｒ量欠乏により、約１０％Ｃｒ量が低下しても、な
お２０％以上のＣｒ量が残存することになる。一般に、
Ｃｒ含有量が、約１５％以下になると耐食性がいちじる
しく低下するといわれている。

また、鋭敏化によるＣｒ量欠乏層の生成は、ＣｒとＣの
結合したクロム炭化物の析出によるものであり、結晶粒
界近傍のＣｒ量の欠乏の原因となるＣ量を、製造上許容
可能な限り低くした方がよい。すなわちＣ含有量を、０
．０２％以下とした。

第２図は、デュロングの組織図である。材料の化学成分
よりＣｒ当量［Ｃｒ　ｅ　ｑ　＝　Ｃｒ　十Ｍ　ｏ　＋
１．５ＸＳｉ＋０．５ＸＮｂ　（％）］と、Ｎｉ当量［
Ｎ１ｅｑ＝Ｎｉ＋３０ＸＣ＋３０ＸＮ＋０゜５ＸＭｎ（
％）コを求め、この図より常温の組織を推定することが
できる。第２図において１例えば、Ｎｉ当量を４０％と
した時には、Ｃｒ当量は、３６．５％を越えると、材料
の金属組織は、オーステナイト相とフェライト相の単独
組織に比べて加工性が劣化する。このことを考慮して、
Ｃｒ当量は、最大３６．５とした。

［実施例］ 本発明の詳細な説明の前に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅの３戒分
系合金について考える。

第１図は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ３戒分系平衡状態図である
。第１図は、９００〜１，３００℃の最大γ相を示す温
度範囲における各相を示し、またハツチングで区分した
領域は、ｌ参考例を示す。

第１図中に１本実施例に係るＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅの３戒分
の範囲を斜線部（忍ツ印）で記載した。

例えば、Ｎ１＝４０％、Ｃｒ＝３０％、Ｆｅ＝３０％の
場合上１、あるいはＮ１＝６０％、Ｃｒ＝３５％、Ｆｅ
＝５％の場合１２においても、準安定オーステナイト領
域または安定オーステナイト領域に入っている。これら
の成分の材料１１および１２は、第２図のデュロングの
組織図に照しても、常温でオーステナイト相の領域にあ
り、また、高温のオーステナイト相からの冷却過程にお
ける相変態もなく、安定したオーステナイト相の材料で
あることが認められる。

材料の材質の安定性、加工性の点からは、第１図の安定
オーステナイト域、すなわちＮ１＝６０〜１００かつＣ
ｒ＝ｏ〜４０が最適成分を与えるようにみえるが、耐水
素脆性、耐食性ならびに。

Ｎｉ、Ｃ：ｒ等の資源節減を考慮する要がある。

本発明のｌ実施例として、４ＯＮｉ−３１Ｃｒ−Ｆｅ系
の３元合金材料について説明する。これは第１図中の準
安定域１３に示す。

４ＯＮｉ−３１Ｃｒ−Ｆｅ合金材料を、原子炉炉内構造
物として使用した場合について説明する。

炉内構造物の通常の使用環境条件は、２５０〜３００℃
（平均２８６℃）の炉水（純水）中で、最大中性子照射
量ＩＯ””／ａｌを受けると共に、平均約７１ｋｇ／ａ
ｄの加圧下にあり、３０〜４０年間の耐用が必要である
。

原子炉内で使用中には、炉内構造材は中性子照射を受け
て、その結果としてその結晶粒界のＣｒ量が減少するこ
とについては、すでに述べた通りである０本実施例の４
ＯＮｉ−３１Ｃｒ−Ｆｅ合金は、上記のような中性子照
射量、ｌＸＩＯ２２”／ｄを受けると、結晶粒界近傍部
では、Ｃｒ量の減少は約１０％に達することが認められ
ている。しかし、本合金中のＣｒ量は３１％なので、結
晶粒界のＣｒ残留量は、最低２０％維持できるので、Ｃ
ｒ量の低減による耐食性の劣化は起らない。

つぎに、耐水素脆性について考える。上記のような原子
炉環境中で、オーステナイト系不銹鋼（ＳＵＳ３０４．
５ＵＳ３１６など）を使用すると。

鋼中の水素含有量が増大することが知られている。

例えば、使用前の鋼中の水素含有量は約５９Ｐｍである
が、上記環境中では、工５〜３５ｐｐｍに増大すること
が認められている。一方、本実施例の４ＯＮｉ−３１Ｃ
ｒ−Ｆｅ合金では、上記環境中で水素含有量が５０ｐｐ
ｍに増大した場合、第３図に示した通り、本実施例の４
ＯＮｉ−３１Ｃｒ−Ｆｅ合金では、水素脆化が起らない
ことがわかる。オーステナイト不銹鋼の場合には、水素
脆化率はきわめて大きいことが認められる。

以上説明したように、本実施例の４ＯＮｉ−３１Ｃｒ−
Ｆｅ合金を炉内構造材として炉内で使用した場合は、中
性子照射による腐食および水素脆化による材質の劣化を
防止することができる。

耐食性に関しては、孔食に及ぼすＣｒの影響については
、Ｃｒ含有量が２５〜３０％の場合に耐孔食性が著しく
改善されることが確認されている。

また、加工性に関しては、既に説明したように、Ｎｉ−
Ｃｒ不銹鋼においては、Ｎｉ量が多い方が、加工時にマ
ルテンサイト相の生成が少なく、加工性がよいことは実
証されている。

なお、ＮｉおよびＣｒは、有用、貴重な物質なので極力
少量の添加につとめるべきである。

［発明の効果］ 本発明のオーステナイト系Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金によれ
ば、耐水素脆性が良好であり、かつ鋭敏化あるいは中性
子照射によるＣｒ欠乏層の生成に伴なう耐食性の低下が
なく、加工性のすぐれた材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第工図は、本発明の実施例を図示したＮｉ　−Ｃｒ−Ｆ
ｅの３元平衡状態図、第２図は、デュロングの組織図、
第３図は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素脆化率
とＮｉ当量との関係図、第４図は、Ｎｉ−Ｃｒ合金の水
素脆化率とＮｉ量との関係図、第５図は、鋭敏化（５５
０℃Ｘ５００Ｈｒ）による結晶粒界のＣｒ欠乏状況説明
図、第６図は、中性子照射による結晶粒界のＣｒ欠乏状
況説明図である。 く符号の説明〉 １・・・平滑材の試験曲線、２・・・切欠材の試験曲線
。 ３・・・鋭敏化材の試験曲線、１１・・・４ＯＮｉ−３
０Ｃｒ−３０Ｆｅ合金成分、１２＝−６ＯＮｉ−３５Ｃ
ｒ−５Ｆｅ合金成分、１３・−４ＯＮｉ−３１Ｃｒ−２
９Ｆｅ合金成分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オーステナイト系Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金において、
   該合金の主要成分は、Ｎｉが４０〜６０％、Ｃｒが少く
   とも３０％であり、かつＣｒ当量の最大値を、３６．５
   ％としたことを特徴とするオーステナイト系Ｎｉ−Ｃｒ
   −Ｆｅ合金。 ２、請求項１記載の合金において、Ｃ含有量を、最大０
   ．０２％としたことを特徴とするオーステナイト系Ｎｉ
   −Ｃｒ−Ｆｅ合金。