JPH0425342B2

JPH0425342B2 -

Info

Publication number: JPH0425342B2
Application number: JP60227653A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Matsuzaki; Akishi Sasaki; Hiroshi Ootsubo; Tomoo Tanaka; Yutaka Oka; Shunichi Yuzuhara
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1992-04-30
Also published as: JPS6289840A

Description

[Detailed description of the invention]

（産業上の利用分野）本発明は、中性子照射を受ける高温環境下、例
えば高速増殖炉（FBR）、核融合炉（FER）等原
子炉容器の使途に供される鉄系金属材料に関する
ものである。（従来の技術）従来中性子照射環境下で使用される原子炉容器
用金属材料としては、例えば炭素鋼や低合金鋼、
ステンレス鋼、高合金等がある。これらの金属材
料は使用環境の温度、負荷応力等に応じて選択さ
れ使用に供されている。特に将来実現視されてい
る高速増殖炉等の用途においては、金属材料がク
リープ領域で使用されることになるから、クリー
プ特性は重要となる。すなわち高いクリープ破断特性を要求される場
合には、 (a) 従来の金属材料を高性能材料に代替する。 (b) 従来の金属材料に例えばNbやＶ，Ti，Mo
等の合金元素を添加してクリープ特性を向上さ
せる。 (c) 従来の金属材料に、ボロン(B)を添加し、焼入れ性を高め組織を改善する（炭素鋼）、析出する炭化物を制御する（Cr−Mo鋼、
高Crフエライト鋼）、粒界を強化する（ステンレス鋼、高合金）、こと等により、クリープ特性の向上を図つてい
る。しかしながら上述した従来技術の場合、まず(a)
および(b)は材料中に微量に含まれるＢにより中性
子照射脆化を招くことが明らかである。一方、上記従来技術(c)の場合については、安価
に金属材料の特性を改善できるが、中性子照射に
よりクリープ脆化がより顕著となるため、むしろ
逆効果を招くことが明らかとなつたのである。すなわち、上記金属材料中に添加したボロン
は、中性子照射条件下において次のような問題を
起こす。一般に、天然のボロンは、同位体の質量
数が10と11の２種の元素（以下これらを「¹⁰B」，
「¹¹B」という）から構成されており、それらの
うち¹⁰Bは、中性子照射により¹⁰B（ｎ，α）⁷Li核
反応が生じ、¹⁰Bが崩壊してHeガスを生成する。
その結果、どちらかというと粒界に偏在しやすい
傾向にあるボロンあるいはボロン化合物からHe
ガスが生成すると、粒界の結合力が弱められ、い
わゆるクリープ脆化を惹起することが知られてい
る。「ジヤーナルオブニユークリアマテリ
アルス（Journal of Nuclear Materials）16＜
’65＞68−73」従来、上述したクリープ脆化を防止する幾つか
の技術が提案されており、例えば特開昭53−
88499号では、合金中の¹⁰Bの絶対量を低減させ
ることを提案しているし、また「ジヤーナルオ
ブマテリアルス（Journl of Materials）No.103，
104 1981）p845」では、生成したHeをトラツプ
して凝集を阻止する方法について提案している。（発明が解決しようとする問題点）本発明が解決しようとする問題点は、上記従来
技術が抱える問題点；即ち製造に当たつて¹⁰Bの
量が自然存在比よりも高いＢ含有量を使つて低減
を図らねばならないことからコストアツプと製造
工程が煩雑になり、またその限界についても全く
不明であるという欠点（特開昭53−88499号）、お
よび実用化が困難である（He トラツプ法）と
いうところにあり、そして、本発明の目的は、ボロンを含有する金
属材料を熱中性子照射を受ける原子炉容器用材料
として使用する場合でも、¹⁰Bの存在に起因する
（ｎ，α）核反応によるHe脆化を有効に回避でき
る鉄系金属材料を提案することにある。（問題点を解決するための手段）ボロン含有鉄系金属材料の場合、上述したよう
に中性子照射脆化特性を向上させるには、粒界の
¹⁰Bの低減が必要であることがわかつた。ところ
が、粒界上の¹⁰B量を低減するためには、全Ｂ量
の低減を図らねばならない。しかし、この方法に
は限界があり、またＢ添加によるクリープ強度の
向上効果そのものが期待できないことになる。そこで、ボロン含有鉄系材料のボロンの挙動に
ついてさらに研究した結果、ボロン(B)は材料中の
オーステナイト域の熱間加工あるいは熱処理工程
において、オーステナイト結晶粒界に偏析しやす
いことが判つた。ただし、金属材料の種類、加工
条件、熱処理条件によつては、オーステナイト相
以外の相、例えばフエライトやマテンサイト、ベ
イナイト相の粒界あるいは亜粒界にＢが偏析す場
合もあるが、オーステナイト粒界上への偏析量に
比べるとその量は著しく小さい。かような知見のもとで本発明者らは、脆化の原
因がオーステナイト結晶粒界上の¹⁰Bに起因する
点に着目し、¹⁰B量とオーステナイト結晶粒度と
の組合せを適切なものにすれば、結晶粒界上のＢ
を著しく低減できることを知見し、本発明を完成
するに至つた。すなわち本発明の要旨構成を列記すると次のと
おりである。本発明は、同位体の質量数が10のＢを
0.00004wt％以下含有し、ASTM表示による結
晶粒度番号が０以上を示すFe基材料からなり、
上記Fe基材料は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 0.01wt％≦Cr≦5.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦1.5wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.020wt％，を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第
１発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 5.0wt％＜Cr≦12.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦3.0wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.10wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第
２発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 5.0wt％＜Cr≦12.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦3.0wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.10wt％を含有し、さらに、Ｖ≦1.0wt％，Ti≦1.0wt％， Nb≦1.0wt％，Ｗ≦1.0wt％および Zr≦0.5wt％のうちのいずれか少なくとも１種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物（第３発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％≦，Si≦5.0wt％， Mn≦10.0wt％， 16.0wt％≦Cr≦26.0wt％， 4.0wt％≦Ni≦22.0wt％，Ｎ≦0.25wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第４発明）であり同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦5.0wt％， Mn≦10.0wt％， 16.0wt％≦Cr≦26.0wt％， 4.0wt％≦Ni≦22.0wt％，Ｎ≦0.25wt％を含有し、さらに Mo≦4.0wt％，Ｖ≦1.0wt％， Ti≦0.6wt％およびNb≦1.0wt％のうちのいずれか少なくとも１種を含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物（第５発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％，を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第
６発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％ Ni≦3.0wt％，を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第
７発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％，を含有し、さらに、Ｖ≦1.0wt％，Ti≦0.8wt％， Nb≦0.8wt％，Mo≦2.5wt％および Zr≦0.8wt％，のうちのいずれか少なくとも１種を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物（第８発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt％≦Ｃ≦0.50wt％， Si≦2.0wt％≦，Mn≦2.0wt％， 9.0wt％≦Cr≦30.0wt％， 20.0wt％≦Ni≦50.0wt％， Ti≦3.0wt％，Al≦6.0wt％，Ｐ≦0.04wt％，Ｓ≦0.01wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第９発明）で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案する。また本発明は同位体の質量数が10のＢを
0.00004wt％以下含有すると共に全Ｂ量では
0.0005〜0.0050wt％含有し、ASTM表示による
結晶粒度番号が０以上を示すFe基材料からな
り、上記Fe基材料は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 0.01wt％≦Cr≦5.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦1.5wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.020wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第10発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 5.0wt％＜Cr≦12.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦3.0wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.10wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第11発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt％≦Ｃ≦0.4wt％， 0.005wt％≦Si≦1.0wt％， 0.1wt％≦Mn≦1.5wt％， 5.0wt％＜Cr≦12.0wt％， 0.1wt％≦Mo≦3.0wt％， 0.001wt％≦Al≦0.10wt％，Ｎ≦0.10wt％を含有し、さらに、Ｖ≦1.0wt％，Ti≦1.0wt％， Nb≦1.0wt％，Ｗ≦1.0wt％および Zr≦0.5wt％のうちのいずれか少なくとも１種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物（第12発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％≦，Si≦5.0wt％， Mn≦10.0wt％， 16.0wt％≦Cr≦26.0wt％， 4.0wt％≦Ni≦22.0wt％，Ｎ≦0.25wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第13発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦5.0wt％， Mn≦10.0wt％， 16.0wt％≦Cr≦26.0wt％， 4.0wt％≦Ni≦22.0wt％，Ｎ≦0.25wt％を含有し、さらに Mo≦4.0wt％，Ｖ≦1.0wt％， Ti≦0.6wt％およびNb≦1.0wt％のうちのいずれか少なくとも１種を含有し、残部がFe
および不可避的不純物（第14発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第15発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％ Ni≦3.0wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第16発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、Ｃ≦0.10wt％，Si≦1.0wt％， Mn≦2.0wt％， 12.0wt％＜Cr≦20.0wt％，を含有し、さらに、Ｖ≦1.0wt％，Ti≦0.8wt％， Nb≦0.8wt％，Mo≦2.5wt％および Zr≦0.8wt％のうちのいずれか少なくとも１
種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
（第17発明）であり、同位体の質量数が10のＢを0.00004wt％以下
含有すると共に全Ｂ量では0.0005〜0.0050wt％
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が０
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt％≦Ｃ≦0.50wt％， Si≦2.0wt％≦，Mn≦2.0wt％， 9.0wt％≦Cr≦30.0wt％， 20.0wt％≦Ni≦50.0wt％， Ti≦3.0wt％，Al≦6.0wt％，Ｐ≦0.04wt％，Ｓ≦0.01wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物（第18発明）で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案するものである。要するに本発明は、基本的に、Ｂ含有鉄系金属
材料であり、¹⁰Bと結晶粒度番号が上記のように
限定されるが、その理由は次のとおりである。Ｂについて、通常、Ｂは金属材料中に不純物あるいは添加物
として含まれるが、第５図に示すように、
0.0005wt％以上添加することにより、クリープ寿
命が増加するが、一般的に過剰に添加すると延性
の低下をもたらすので、上限は0.0050wt％とす
る。一方、表４および第４図に示すように、全Ｂ中
の¹⁰Bおよび粒度を前述のように限定すれば、粒
界上の¹⁰Bを著しく低減できる。以上のことから
¹⁰Bを0.00004wt％以下とするとともに全Ｂ量では
0.0005wt％以上、0.0050wt％以下とする。¹⁰ Bについて、 ¹⁰Bは、通常、金属材料中に不純物あるいは添
加物として含まれるＢ中に同位体として含有され
ているが、第１図，第３図，第４図に示すよう
に、¹⁰Bを0.00004wt％以下にすることにより結晶
粒度との組合せで粒界上に存在する¹⁰Bを著しく
低減できるので、¹⁰Bは0.00004wt％以下とする。結晶粒度について、オーステナイト結晶粒度は、第１図，第３図お
よび第４図に示すように、ASTM表示による結
晶粒度No.を０以上の細粒にすることにより、¹⁰B
の軽減との相互作用で、粒界上の¹⁰Bを著しく低
減できるので、結晶粒度番号での表示で０以上と
する。次に、本発明のFe系材料が、上記〜およ
び〜のように限定される理由につき、便宜
上、それぞれ同種作用効果をもつものに分けて詳
しく説明する。上記Fe基材料およびについて；Ｃは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr，Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02wt％
（以下は単に「％」で表示する）未満ではその効
果が小さく所定の強度が得られない。一方0.4％
を超えると溶接割れ等の弊害を生じるため、0.02
〜0.4％とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005％未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
％を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用な元素であり、0.1％以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
％以下とする。 Crは焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上さ
せる元素であり、0.01％以上添加するが、5.0％
を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化させるの
で、0.01〜5.0％とする。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1％以
上添加するが、1.5％を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を1.5％とする。 Alは、脱酸剤として0.001％以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10％以
下とする。Ｎは、高温強度の向上に寄与するが、0.020％
以上のＮは靭性に悪影響を及ぼすため、0.020％
以下とする。上記Fe基材料，，およびについて；Ｃは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr，Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02％未満
ではその効果が小さく所定の強度が得られない。
一方0.4％を超えると溶接割れ等の弊害を生じる
ため、0.02〜0.4％とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005％未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
％を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用の元素であり、0.1％以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
％以下とする。 Crは、焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上
させる元素であり、5.0％を超えて添加するが、
12.0％を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化さ
せるので、5.0％超え12.0％以下に限定する。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1％以
上添加するが、3.0％を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を3.0％とする。 Alは、脱酸材として0.001％以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10％以
下とする。Ｎは不可避的に混入するＢをBNとして粒内に
分散させ、高温強度を高めるとともに、粒界Ｂ濃
度を低下させるのに必要であるが、0.10％を超え
るＮは靭性に悪影響を及ぼすため、0.10％以下と
する。さらにこれらのFe基金属材料では、任意成分
としてNb，Ｖ，Ti，ＷおよびZrの１種以上を添
加することも可能である。以下その効果と添加量
を説明する。 Nb，Ｖ，Ti，Ｗは炭化物を形成して高温強度
を高める元素であるが、1.0％を超えるとコスト
増加を招くため、1.0％以下とする。また、Zrも
同様の効果を有するが、0.5％を超えるとコスト
増加を招くため、0.5％以下とする。上記Fe基材料，，およびについて；Ｃは、オーステナイト相を安定して強度の向上
にも効果があるが、0.10％を超える添加は耐食性
を低下させるので、0.10％以下に限定する。 Siは、通常脱酸剤および耐酸化性向上を目的と
して添加されるが、5.0％を超える添加は鋼の熱
間加性が低下し、製造性を害するので5.0％以下
にする。 Mnは、オーステナイト相を安定にして鋼の熱
間加工性を向上させる効果があるが、10.0％を超
える添加は耐食性が著しく低下するので10.0％以
下とする。 Crは、耐食性を向上させるのに著しい効果が
あり、ステンレス鋼には欠かせない元素であり、
オーステナイト系ステンレス鋼としてオーステナ
イト相をNiとともに安定化させる。この効果を
十分に発揮させるためには、16.0％以上の添加が
必要である。一方26.0％を超えると耐食性の効果
も飽和する傾向にあり、コスト高になるので、
26.0％以下とする。 Niは、Crとともに添加することにより耐食性
を一層向上させるとともにオーステナイト系ステ
ンレス鋼としてオーステナイト相をCrとともに
安定化させる。この効果を十分に発揮させるため
には4.0％以上の添加が必要である。一方22.0％
を超えるとその効果は飽和するので、それ以上の
添加はコスト高になる。したがつて上限を22.0％
とする。Ｎは、オーステナイト相を安定にし、さらに強
度上昇にも効果があるが、0.25％を超えると熱間
加工性を低下させるので、0.25％以下に限定す
る。これらのFe基材料には、任意成分としてMo，
Ti，Nb，Ｖを添加することができる。これらは
いずれも固溶強化あるいは炭化物等の析出硬化に
より高温強度を高めるが、あまり多過ぎるとコス
ト増、製造性の低下を招くため添加の上限はそれ
ぞれ4.0％，0.6％，1.0％，1.0％とする。上記Fe基材料，，，，およびＣは、フエライト系またはマルテンサイト系ス
テンレス鋼において、引張り強さなどの機械的性
質をきわめて有効に作用する元素であり、用途に
あわせて強度を調節するためのものである。しか
し多量の添加は引張り強さの向上には効果がある
ものの、延性や靭性などの低下を招くので、その
上限は0.10％とする。 Siは、通常、脱酸剤として添加されるが、1.0
％を超える添加は鋼の熱間加工性を低下させ製造
性を害するので、1.0％以下にする。 Mnは、脱酸作用や鋼の熱間加工性を向上させ
る効果があるが、多量の添加は鋼の脆化をもたら
す傾向にあるのでその上限を2.0％とする。 Crは、12.0％以下ではステンレス鋼としての耐
食性が発揮されず、また多量の添加は伸び及び衝
撃値の低下を招くので、12.0超〜20％とする。 Niは、靭性の向上に効果がある元素であるが、
3.0％を超える添加でもその効果が持続するが、
高価な元素であり、コストアツプとなるので上限
を3.0％とする。これらFe基材料には、さらに任意成分として、
Ｖ，Ti，Nb，Mo，Zrを添加することができる。
これらの元素は、高温強度の向上に寄与する元素
であるが、あまり多過ぎるとコストアツプとなる
ので、上限はそれぞれ、1.0％，0.8％，0.8％，
2.5％，0.8％とする。上記Fe基材料およびについて；Ｃは、0.002％未満では耐熱材料として必要な
高温強度を得ることが困難である。一方、Ｃは多
ければ多いほど高温強度を高めるが、0.50％を超
えて添加してもその効果は飽和する。そこで、
0.002％以上、0.50％以下に限定した。 Siは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
2.0％を超えて添加すると、σ相等の金属間化合
物が析出しやすくなる。そこで、2.0％を上限と
した。 Mnは、オーステナイトを安定化させる元素で
あり、Niの代替として使用される。しかしなが
ら、2.0％を超えて添加すると、σ相の析出が容
易になる。そこで、2.0％を上限とした。Ｐは、熱間加工性を阻害する元素であり、0.04
％を超えると鍛造、圧延等の熱間加工性が困難と
なる。そこで、0.04％を上限とした。ＳもＰと同様、熱間加工性を阻害する元素であ
り、0.01％を超えると、鍛造、圧延等の熱間加工
が困難となる。そこで、0.01％を上限とした。 Crは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
9.0％未満では効果はなく30.0％を超えて添加し
ても効果は飽和し、しかもσ相の析出が容易にな
る。そこで9.0％以上、30.0％以下とした。 Niは、オーステナイトを安定化する元素であ
り、低いとフエライト相が出現し高温強度が低く
なる。そこで20.0％以上とした。また多過ぎるとコスト増を招くため上限は50.0
％とした。 Alは、高温強度確保のために添加されるが、
6.0％を超えると靭性が低下するため上限は6.0％
とする。 Tiは、炭素の固定、高温強度の確保のために
添加されるが、多過ぎると靭性が低下するため上
限は3.0％とする。次に上述したFe基材料；すなわち表１に示す
成分を有する鋼を、溶製後、25mm厚さに熱間圧延
し、さらに表２に示すように溶体化温度の条件に
より結晶粒度を種々に変化させた。¹⁰Bおよび¹¹B
の量比は、天然Ｂおよび¹¹Bを濃縮したＢの添加
量により調節した。これらの鋼について、フイツ
シヨントラツクエツチング（FTE）により粒界
上のＢの存在の有無を観察した。FTE法とは、
中性子線照射により鋼中Ｂのうち¹⁰Bが核変換
し、その際放射されるα線を検知する手法であ
り、¹⁰Bの存在位置の分析ができる。結晶粒度と
しては、ASTM結晶粒度No.で整理した。また、
室温でオーステナイト相以外の金属材料は、旧オ
ーステナイト粒度を測定した。その結果を第１図
に示す。この図から明らかなように、鋼中の¹⁰B量が、
0.4ppm以下、かつオーステナイト結晶粒度No.０
以上の場合にのみ、粒界上のＢすなわち¹⁰Bは検
出されない。また、図中の△，〓印は天然Ｂを添
加した鋼または〇，●は¹¹B濃縮原料を添加した
鋼であるが、天然Ｂ添加鋼の挙動すなわちFTE
による粒界上のＢの検出度合におよぼす¹⁰B量と
粒度の関係については¹¹B富化鋼と同様の結果を
示している。すなわち、粒界上の¹⁰Bの存在の有
無は、¹¹B量に関係なく、¹⁰B量および結晶粒度の
みに依存することを示している。また、これらの
鋼について実施したクリープ試験結果を第２図に
示すが、全Ｂ量が5ppm以上で優れたクリープ破
断寿命を有していることがわかる。しかも、この
傾向は¹¹Bの富化には関係なく全Ｂ量で決まる。以上のことから、¹⁰B量を0.4ppm以内に低減し
かつ結晶粒度をASTM表示による粒度番号がNo.
０以上の細粒にすることにより、粒界上の¹⁰Bが
著しく低減されることが明らかである。また、さ
らに¹¹Bを添加しかつ¹⁰B量、結晶粒度を上述の
ように制御することにより、粒界上の¹⁰Bを低減
したままで高温強度の向上に著しく効果があるこ
とも明らかであり、そのための適正Ｂ量は5ppm
以上である。なお、本発明において、¹⁰Bを0.00004％以下に
低減する具体的方法としては、例えば金属材料の
製錬工程の末期で脱Ｂ製錬を行うことにより達成
し得る。また、¹¹Bを富化した金属材料の製造方
法としては、例えば¹¹Bを高濃度に富化した原料
を添加する方法、あるいはそれを添加後脱Ｂ精錬
を行い、さらに¹¹Bを富化したＢを添加すること
により¹⁰Bを低減し、かつ所定のＢ量を含有させ
ることができる。また、結晶粒度は例えば金属材料の加工、熱処
理工程において、加工条件、熱処理条件の適切な
る選定により調整できる。 (Field of Industrial Application) The present invention relates to ferrous metal materials that are used in nuclear reactor vessels such as fast breeder reactors (FBRs) and nuclear fusion reactors (FERs) under high-temperature environments subjected to neutron irradiation. be. (Prior art) Conventionally, metal materials for reactor vessels used in neutron irradiation environments include carbon steel, low alloy steel,
There are stainless steel, high alloy, etc. These metal materials are selected and used according to the temperature, load stress, etc. of the usage environment. In particular, in applications such as fast breeder reactors that are expected to be realized in the future, metal materials will be used in the creep region, so creep characteristics will be important. In other words, when high creep rupture properties are required, (a) replace conventional metal materials with high-performance materials; (b) Conventional metal materials such as Nb, V, Ti, and Mo
The creep properties are improved by adding alloying elements such as. (c) Boron (B) is added to conventional metal materials to increase hardenability and improve the structure (carbon steel), and to control precipitated carbides (Cr-Mo steel,
Creep characteristics are improved by strengthening grain boundaries (stainless steel, high alloys), etc. However, in the case of the above-mentioned conventional technology, first (a)
In case of (b), it is clear that the trace amount of B contained in the material causes neutron irradiation embrittlement. On the other hand, in the case of conventional technology (c) above, although the properties of the metal material can be improved at low cost, it has become clear that the creep embrittlement becomes more pronounced due to neutron irradiation, so it has become clear that it actually has the opposite effect. . That is, boron added to the metal material causes the following problems under neutron irradiation conditions. In general, natural boron is composed of two elements with isotopic mass numbers of 10 and 11 (hereinafter referred to as " ¹⁰ B").
Among them, ¹⁰ B causes ^{a 10} ^B (n,α) ⁷ Li nuclear reaction when irradiated with neutrons, and ¹⁰ B decays to generate He gas.
As a result, He
It is known that when gas is generated, the bonding strength of grain boundaries is weakened, causing so-called creep embrittlement. “Journal of Nuclear Materials 16<
'65>68-73'' Several techniques have been proposed to prevent the above-mentioned creep embrittlement.
No. 88499 proposes reducing the absolute amount of ¹⁰ B in alloys, and Journal of Materials No. 103,
104 1981) p845" proposed a method to trap the generated He and prevent its aggregation. (Problems to be Solved by the Invention) The problems to be solved by the present invention are the problems faced by the above-mentioned prior art; namely, during production, the amount of ^B is higher than the natural abundance ratio. The drawbacks are that the cost increases and the manufacturing process is complicated because the helium has to be reduced by using He traps, and its limits are completely unknown (Japanese Patent Application Laid-open No. 88499/1983), and it is difficult to put it into practical use (He trap method ), and the purpose of the present invention is that even when a metal material containing boron is used as a material for a reactor vessel subjected to thermal neutron irradiation, the (n, α) nucleus due to the presence of ¹⁰ B is The purpose of this project is to propose iron-based metal materials that can effectively avoid He embrittlement caused by reactions. (Means for solving the problem) In the case of boron-containing iron-based metal materials, as mentioned above, in order to improve the neutron irradiation embrittlement characteristics, it is necessary to
It was found that a reduction of ¹⁰ B was necessary. However, in order to reduce the amount of ¹⁰ B on the grain boundaries, it is necessary to reduce the total amount of B. However, this method has limitations, and the effect of improving creep strength by adding B cannot be expected. Therefore, as a result of further research on the behavior of boron in boron-containing iron-based materials, it was found that boron (B) tends to segregate at austenite grain boundaries during hot working or heat treatment of the austenite region in the material. However, depending on the type of metal material, processing conditions, and heat treatment conditions, B may be segregated at grain boundaries or subgrain boundaries of phases other than austenite, such as ferrite, martensite, and bainite. The amount is extremely small compared to the amount of segregation onto the boundary. Based on such knowledge, the present inventors focused on the fact that the cause of embrittlement is due to ¹⁰ B on austenite grain boundaries, and set an appropriate combination of ¹⁰ B amount and austenite grain size. Then, B on the grain boundary
They found that it is possible to significantly reduce the amount of oxidation, and have completed the present invention. That is, the gist of the present invention is listed as follows. The present invention uses B whose isotopic mass number is 10.
Made of Fe-based material containing 0.00004wt% or less and showing a grain size number of 0 or more according to ASTM,
The above Fe-based materials are: 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦ Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, the balance is Fe and unavoidable impurities (first invention), B with an isotopic mass number of 10 Contains 0.00004wt% or less, and the grain size number according to ASTM is 0.
The Fe-based material has the following properties: 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr ≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, the balance being Fe and inevitable impurities (second invention), and the same level. Contains 0.00004wt% or less of B with a body mass number of 10, and the grain size number according to ASTM is 0.
The Fe-based material has the following properties: 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr Contains ≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, and further contains V≦1.0wt%, Ti≦1.0wt%, Nb≦ 1.0wt%, W≦1.0wt% and Zr≦0.5wt%, the remainder being Fe and unavoidable impurities (third invention), and the mass number of isotopes is 10. Contains 0.00004wt% or less of B, and has a grain size number of 0 according to ASTM.
The Fe-based material has the following properties: C≦0.10wt%≦, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦ Contains 22.0wt%, N≦0.25wt%, the balance is Fe and unavoidable impurities (fourth invention), contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and has a grain size number according to ASTM. is 0
The Fe-based material has the following properties: C≦0.10wt%, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0 wt%, N≦0.25wt%, and further contains at least one of Mo≦4.0wt%, V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%, and Nb≦1.0wt%, with the remainder being
Contains Fe and unavoidable impurities (fifth invention), contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and has a grain size number of 0 according to ASTM.
The above Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, and the remainder is Fe. and unavoidable impurities (sixth invention), which contain 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and have a grain size number of 0 according to ASTM.
The above Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, Ni≦3.0wt%. However, the remainder is Fe and unavoidable impurities (7th invention), contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and has a grain size number of 0 according to ASTM.
The Fe-based material is made of an Fe-based material having the following properties: C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, and further contains V. ≦1.0wt%, Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%, Mo≦2.5wt% and Zr≦0.8wt%. 8 invention), contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and has a grain size number of 0 according to ASTM.
The Fe-based material has the following properties: 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦, Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt% %≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%, Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%, S≦0.01wt%, and the balance is Fe and inevitable impurities (9th invention). We propose iron-based metal materials with excellent neutron irradiation embrittlement properties. In addition, the present invention uses B whose isotopic mass number is 10.
Contains less than 0.00004wt% and total B content
It is made of an Fe-based material containing 0.0005 to 0.0050wt% and exhibiting a grain size number of 0 or more according to ASTM. , 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, The remainder is Fe and unavoidable impurities (10th invention), and contains 0.00004 wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and the total B amount is 0.0005 to 0.0050 wt%.
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material has the following properties: 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr Contains ≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, the balance being Fe and unavoidable impurities (11th invention), and the same level. Contains 0.00004wt% or less of B with a body mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material has the following properties: 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr Contains ≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, and further contains V≦1.0wt%, Ti≦1.0wt%, Nb≦ 1.0wt%, W≦1.0wt% and Zr≦0.5wt%, the remainder being Fe and unavoidable impurities (12th invention), and the mass number of isotopes is 10. Contains 0.00004wt% or less of B, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material has the following properties: C≦0.10wt%≦, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦ 22.0wt%, N≦0.25wt%, the balance is Fe and unavoidable impurities (13th invention), and contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and the total B amount is 0.0005 ~0.0050wt%
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material has the following properties: C≦0.10wt%, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0 wt%, N≦0.25wt%, and further contains at least one of Mo≦4.0wt%, V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%, and Nb≦1.0wt%, with the remainder being Fe
and unavoidable impurities (14th invention), containing 0.00004 wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B amount being 0.0005 to 0.0050 wt%.
Contains grain size number 0 according to ASTM
The above Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, and the balance is Fe and It is an unavoidable impurity (15th invention) and contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B amount is 0.0005 to 0.0050wt%.
Contains grain size number 0 according to ASTM
The above Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, Ni≦3.0wt%. , the remainder is Fe and unavoidable impurities (16th invention), and contains 0.00004 wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B amount is 0.0005 to 0.0050 wt%.
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material is made of an Fe-based material having the following properties: C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, and further contains V. At least one of ≦1.0wt%, Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%, Mo≦2.5wt%, and Zr≦0.8wt%
The remainder is Fe and unavoidable impurities (17th invention), and contains 0.00004 wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B amount is 0.0005 to 0.0050 wt%.
Contains grain size number 0 according to ASTM
The Fe-based material has the following properties: 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦, Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt% %≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%, Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%, S≦0.01wt%, and the balance is Fe and inevitable impurities (18th invention). This paper proposes iron-based metal materials with excellent neutron irradiation embrittlement properties. In short, the present invention is basically a B-containing iron-based metal material, and ^{the 10} B and grain size numbers are limited as described above for the following reasons. Regarding B, B is usually contained in metal materials as an impurity or additive, but as shown in Figure 5,
By adding 0.0005wt% or more, the creep life increases, but since excessive addition generally causes a decrease in ductility, the upper limit is set to 0.0050wt%. On the other hand, as shown in Table 4 and FIG. 4, if ^{the 10} B in the total B and the grain size are limited as described above, ^{the 10} B on the grain boundaries can be significantly reduced. From the above
¹⁰ Keep B below 0.00004wt% and reduce total B amount
0.0005wt% or more and 0.0050wt% or less. Regarding ^10B , ^10B is normally contained as an isotope in B, which is included as an impurity or additive in metal materials, but as shown in Figures 1, 3, and 4, ^{10B is} By reducing B to 0.00004wt% or less, ^10B existing on grain boundaries can be significantly reduced in combination with the grain size, so ^10B is set to 0.00004wt% or less. Regarding grain size, as shown in Figures 1, 3, and 4, the austenite grain size is determined by making the grain size number 0 or more fine according to ASTM indication ^.
¹⁰ B on the grain boundaries can be significantly reduced through the interaction with the reduction of Next, for convenience, the reason why the Fe-based material of the present invention is limited to the above-mentioned ~ and ~ will be explained in detail by dividing it into materials having similar functions and effects. Regarding the above Fe-based materials: C is an essential component to ensure hardenability and strength, and forms carbides with other alloying elements such as Cr and Mo to increase high-temperature strength, but it is 0.02wt%.
(hereinafter simply expressed as "%"), the effect is small and a predetermined strength cannot be obtained. On the other hand, 0.4%
If it exceeds 0.02, problems such as weld cracks will occur.
~0.4%. Si is added to deoxidize and ensure strength, but
If it is less than 0.005%, the effect is not sufficient; on the other hand, if it is 1.0
%, the toughness deteriorates. Mn is a useful element for ensuring the hardenability of steel and improving hot workability, and it is necessary to add 0.1% or more. However, adding too much will have a negative effect on toughness and weldability, so 1.5
% or less. Cr is an element that improves hardenability, oxidation resistance, and high-temperature strength, and is added at least 0.01%, but 5.0%
Addition exceeding 0.01% to 5.0% deteriorates weldability and base metal toughness. Mo is added in an amount of 0.1% or more to ensure hardenability and improve high-temperature strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening, but if it exceeds 1.5%, weldability decreases.
The upper limit is set at 1.5% to avoid an increase in costs. Al is added as a deoxidizer at 0.001% or more, but
If added in large amounts, the toughness will deteriorate, so it should be kept at 0.10% or less. N contributes to improving high temperature strength, but 0.020%
More than 0.020% N has a negative effect on toughness.
The following shall apply. Regarding the above Fe-based materials, C is an essential component to ensure hardenability and strength, and forms carbides with other alloying elements such as Cr and Mo to increase high-temperature strength, but 0.02% If it is less than that, the effect is small and the desired strength cannot be obtained.
On the other hand, if it exceeds 0.4%, problems such as weld cracking will occur, so it should be set at 0.02 to 0.4%. Si is added to deoxidize and ensure strength, but
If it is less than 0.005%, the effect is not sufficient; on the other hand, if it is 1.0
%, the toughness deteriorates. Mn is an element useful for ensuring the hardenability of steel and improving hot workability, and it is necessary to add 0.1% or more. However, adding too much will have a negative effect on toughness and weldability, so 1.5
% or less. Cr is an element that improves hardenability, oxidation resistance, and high-temperature strength, and is added in excess of 5.0%.
Addition of more than 12.0% deteriorates weldability and base metal toughness, so it is limited to more than 5.0% and 12.0% or less. Mo is added in an amount of 0.1% or more to ensure hardenability and improve high-temperature strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening, but if it exceeds 3.0%, weldability decreases.
The upper limit is set at 3.0% to avoid an increase in costs. Al is added as a deoxidizer at 0.001% or more, but
If added in large amounts, the toughness will deteriorate, so it should be kept at 0.10% or less. N is necessary to disperse the unavoidably mixed B in the grains as BN, increase high-temperature strength, and lower the grain boundary B concentration, but N exceeding 0.10% has a negative effect on toughness. 0.10% or less. Furthermore, in these Fe-based metal materials, it is also possible to add one or more of Nb, V, Ti, W, and Zr as an optional component. The effect and amount added will be explained below. Nb, V, Ti, and W are elements that form carbides and increase high-temperature strength, but if they exceed 1.0%, the cost will increase, so they should be kept at 1.0% or less. Further, Zr has a similar effect, but if it exceeds 0.5%, it will increase the cost, so it is set to 0.5% or less. Regarding the above-mentioned Fe-based materials, and: C is effective in stabilizing the austenite phase and improving strength, but addition of more than 0.10% lowers corrosion resistance, so it is limited to 0.10% or less. Si is usually added for the purpose of acting as a deoxidizing agent and improving oxidation resistance, but addition of more than 5.0% lowers the hot workability of the steel and impairs manufacturability, so it should be kept at 5.0% or less. Mn has the effect of stabilizing the austenite phase and improving the hot workability of steel, but addition of more than 10.0% significantly reduces corrosion resistance, so it should be kept at 10.0% or less. Cr has a remarkable effect on improving corrosion resistance and is an essential element for stainless steel.
As an austenitic stainless steel, the austenite phase is stabilized together with Ni. In order to fully exhibit this effect, it is necessary to add 16.0% or more. On the other hand, if it exceeds 26.0%, the corrosion resistance effect tends to be saturated and the cost will increase.
26.0% or less. By adding Ni together with Cr, the corrosion resistance is further improved, and the austenite phase is stabilized together with Cr as austenitic stainless steel. In order to fully exhibit this effect, it is necessary to add 4.0% or more. On the other hand, 22.0%
If the amount is exceeded, the effect will be saturated, and adding more will increase the cost. Therefore, the upper limit is 22.0%.
shall be. N stabilizes the austenite phase and is also effective in increasing strength, but if it exceeds 0.25%, hot workability decreases, so it is limited to 0.25% or less. These Fe-based materials contain Mo,
Ti, Nb, and V can be added. All of these increase high-temperature strength through solid solution strengthening or precipitation hardening of carbides, etc., but too much will increase costs and reduce productivity, so the upper limits of addition are 4.0%, 0.6%, 1.0%, and 1.0%, respectively. shall be. The above Fe-based materials, , , and C are elements that extremely effectively affect mechanical properties such as tensile strength in ferritic or martensitic stainless steel, and are used to adjust the strength according to the application. It is something. However, although adding a large amount of Ni is effective in improving tensile strength, it leads to a decrease in ductility, toughness, etc., so the upper limit is set at 0.10%. Si is usually added as a deoxidizing agent, but 1.0
Addition of more than 1.0% lowers the hot workability of the steel and impairs manufacturability, so it should be kept at 1.0% or less. Mn has the effect of deoxidizing and improving hot workability of steel, but addition of a large amount tends to cause embrittlement of steel, so the upper limit is set at 2.0%. If Cr is less than 12.0%, the corrosion resistance of stainless steel will not be exhibited, and addition of a large amount will cause a decrease in elongation and impact value, so the content should be more than 12.0% to 20%. Ni is an element that is effective in improving toughness, but
The effect persists even when added in excess of 3.0%, but
Since it is an expensive element and increases costs, the upper limit is set at 3.0%. These Fe-based materials further include, as an optional component,
V, Ti, Nb, Mo, and Zr can be added.
These elements contribute to improving high-temperature strength, but too much will increase costs, so the upper limits are 1.0%, 0.8%, 0.8%, and 0.8%, respectively.
2.5%, 0.8%. Regarding the above Fe-based material: If C is less than 0.002%, it is difficult to obtain the high temperature strength required as a heat-resistant material. On the other hand, the higher the amount of C, the higher the high-temperature strength, but even if it is added in an amount exceeding 0.50%, the effect is saturated. Therefore,
Limited to 0.002% or more and 0.50% or less. Si is an element that improves oxidation resistance,
When added in excess of 2.0%, intermetallic compounds such as σ phase tend to precipitate. Therefore, the upper limit was set at 2.0%. Mn is an element that stabilizes austenite and is used as a substitute for Ni. However, when added in excess of 2.0%, precipitation of the σ phase becomes easy. Therefore, the upper limit was set at 2.0%. P is an element that inhibits hot workability, and is 0.04
If it exceeds %, hot workability such as forging and rolling becomes difficult. Therefore, the upper limit was set at 0.04%. Like P, S is an element that inhibits hot workability, and when it exceeds 0.01%, hot working such as forging and rolling becomes difficult. Therefore, the upper limit was set at 0.01%. Cr is an element that improves oxidation resistance,
If it is less than 9.0%, it has no effect, and if it exceeds 30.0%, the effect is saturated, and furthermore, the precipitation of the σ phase becomes easy. Therefore, it was set at 9.0% or more and 30.0% or less. Ni is an element that stabilizes austenite, and if it is low, a ferrite phase will appear and the high temperature strength will decrease. Therefore, it was set at 20.0% or more. Also, if there is too much, the cost will increase, so the upper limit is 50.0
%. Al is added to ensure high-temperature strength, but
If it exceeds 6.0%, the toughness will decrease, so the upper limit is 6.0%.
shall be. Ti is added to fix carbon and ensure high-temperature strength, but if too much Ti decreases toughness, the upper limit is set at 3.0%. Next, the above-mentioned Fe-based material; that is, the steel having the components shown in Table 1, was melted and then hot-rolled to a thickness of 25 mm, and the crystal grain size was varied according to the solution temperature conditions as shown in Table 2. Changed. ^10B and ^11B
The ratio of amounts was adjusted by adding the amounts of natural B and ¹¹ B-concentrated B. For these steels, the presence or absence of B on the grain boundaries was observed by fiber tracking (FTE). What is the FTE method?
This is a method in which ¹⁰ B of the B in steel undergoes nuclear transmutation by irradiation with neutron beams, and the alpha rays emitted at this time are detected, allowing analysis of the location of ¹⁰ B. The grain size was organized by ASTM grain size number. Also,
For metallic materials other than austenite phase at room temperature, prior austenite grain size was measured. The results are shown in FIG. As is clear from this figure, the amount of ¹⁰ B in steel is
0.4ppm or less and austenite grain size No.0
Only in the above case, B on the grain boundary, that is, ¹⁰ B, is not detected. In addition, the △ and 〓 marks in the figure are steels with addition of natural B, and the 〇 and ● are steels with addition of ^11B concentrated raw materials.
Regarding the relationship between the amount of ¹⁰ B and grain size on the degree of B detection on grain boundaries, the results are similar to those of the ¹¹ B-enriched steel. In other words, the presence or absence of ¹⁰ B on the grain boundary is independent of ^{the 11} B amount and depends only on ^{the 10} B amount and the grain size. Further, the results of the creep test conducted on these steels are shown in FIG. 2, and it can be seen that they have excellent creep rupture life when the total B content is 5 ppm or more. Moreover, this trend is determined by the total B content, regardless of ¹¹ B enrichment. From the above, we have reduced the ^10B amount to within 0.4ppm and the grain size has the No. 1 grain size number according to ASTM.
It is clear that by making the grains finer than 0, ^{the 10} B on the grain boundaries is significantly reduced. It is also clear that adding ¹¹ B and controlling the amount of ¹⁰ B and grain size as described above can significantly improve high-temperature strength while reducing the amount of ¹⁰ B on the grain boundaries. , the appropriate B amount for that is 5ppm
That's all. In the present invention, a specific method for reducing ¹⁰ B to 0.00004% or less can be achieved, for example, by performing B-removal smelting at the final stage of the smelting process of the metal material. In addition, methods for producing metal materials enriched with ^11B include, for example, adding a raw material enriched with ^11B at a high concentration, or refining to remove B after adding it, and further enriching with ^11B . By adding B, ¹⁰ B can be reduced and a predetermined amount of B can be contained. Further, the crystal grain size can be adjusted by appropriately selecting processing conditions and heat treatment conditions, for example, in the processing and heat treatment of metal materials.

【表】【table】

【表】（実施例）表３に示す金属材料を溶製後30Kg鋼塊とし、熱
間圧延により25mmの厚さの板とした。なお、原料
のＢは天然Ｂであり、溶解後の鋳込み時に適量づ
つ添加したものである。さらに熱処理時に溶体化
温度を変化させることにより結晶粒度をNo.８〜−
1.5に調整した。その後、前述のようにFTE法を
もちいて粒度上のＢを分析した。その結果を表３
および第３図に示す。本発明にかかる鋼において
は、いずれも粒界Ｂは検出されず、粒界上の¹⁰B
の低減に極めて有効であることが明らかである。また、同様の金属材料について¹¹Bを富化した
Ｂ原料を添加した結果を同様に表４および第４図
に示す。¹¹Bを富化した本発明にかかる金属材料
においては、同様に粒界Ｂが検出されず、本発明
が有効であることを示している。また、表３およ
び表４の金属材料について実施したクリープ破断
試験の結果を第５図に示す。比較材は、表３（表
４）中の金属材料と同様であり、Ｂ無添加材であ
る。なお、分析の結果Ｂ無添加材のＢ量は高々
0.2ppmであつた。またクリープ試験条件は550
℃，30Kgｆ／mm²とした。¹⁰Bまたは¹¹Bの量比に関
係なく、クリープ破断強度は全Ｂ量が5ppm以上
で著しく向上することが明らかである。（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、高温、中
性子照射環境下で使用される鉄系金属材料とし
て、高温短時間強度特性およびクリープ特性に優
れたものが得られるから、原子炉構造用材料とし
て信頼性が向上する。[Table] (Example) The metal materials shown in Table 3 were melted into a 30 kg steel ingot, and hot rolled into a 25 mm thick plate. The raw material B is natural B, which is added in appropriate amounts at the time of casting after melting. Furthermore, by changing the solution temperature during heat treatment, the grain size can be increased from No. 8 to -
Adjusted to 1.5. Thereafter, B on particle size was analyzed using the FTE method as described above. Table 3 shows the results.
and shown in FIG. In the steel according to the present invention, grain boundaries B were not detected in any case, and ¹⁰ B on the grain boundaries
It is clear that this method is extremely effective in reducing Table 4 and FIG. 4 also show the results of adding a B raw material enriched with ¹¹ B to similar metal materials. In the metal material according to the present invention enriched with ¹¹ B, no grain boundary B was similarly detected, indicating that the present invention is effective. Further, the results of creep rupture tests conducted on the metal materials in Tables 3 and 4 are shown in FIG. The comparative material is the same as the metal material in Table 3 (Table 4), and is a B-free material. In addition, as a result of the analysis, the amount of B in the material without B additives is at most
It was 0.2ppm. Also, the creep test conditions are 550
℃, 30Kgf/ ^mm2 . It is clear that regardless of the amount ratio of ¹⁰ B or ¹¹ B, the creep rupture strength is significantly improved when the total B amount is 5 ppm or more. (Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, an iron-based metal material that is used in a high-temperature, neutron irradiation environment can be obtained with excellent high-temperature short-term strength characteristics and creep characteristics. Improves reliability as a furnace structural material.

[Brief explanation of drawings]

第１図は、本発明にかかるFe基金属材料を説
明するための粒界上の¹⁰Bの存在域を示すグラ
フ、第２図は、クリープ破断寿命に対するＢ添加
の効果を示すグラフ、第３図は、天然Ｂ添加Fe
基金属材料の粒界Ｂの有無を示すグラフ、第４図
は、¹⁰Bを富化したＢを添加したFe基金属材料の
粒界Ｂの有無を示すグラフ、第５図は、クリープ
寿命におよぼすＢ添加の効果を示すグラフであ
る。 FIG. 1 is a graph showing the presence area of ¹⁰ B on grain boundaries to explain the Fe-based metal material according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the effect of B addition on creep rupture life, and FIG. The figure shows natural B-added Fe
Figure 4 is a graph showing the presence or absence of grain boundaries B in base metal materials, and Figure 5 is a graph showing the presence or absence of grain boundaries B in Fe-based metal materials enriched with ¹⁰ B. 3 is a graph showing the effect of B addition.

Claims

[Claims] 1 An Fe-based material containing 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10 and having a grain size number of 0 or more according to ASTM, wherein the Fe-based material contains 0.02wt% or less of B. ≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt% ≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, The iron-based metal material has excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized in that the remainder is Fe and unavoidable impurities. 2 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material is 0.02wt%≦C≦0.4wt% , 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%＜Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt% , N≦0.10wt%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and having excellent neutron irradiation embrittlement resistance. 3 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material is 0.02wt%≦C≦0.4wt% , 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%＜Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt% , N≦0.10wt%, and further contains at least one of V≦1.0wt%, Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%, W≦1.0wt% and Zr≦0.5wt%. An iron-based metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized in that the remainder is Fe and unavoidable impurities. 4 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material has C≦0.10wt%≦, Si≦ 5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. A ferrous metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance. 5 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10 and has a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material has C≦0.10wt%, Si≦5.0 wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, and further contains Mo≦4.0wt%, V≦1.0wt% , Ti≦0.6wt% and Nb≦1.0wt%, an iron-based material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance characterized by containing at least one of the following, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. Metal material. 6 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material has C≦0.10wt%, Si≦1.0 wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, and having excellent neutron irradiation embrittlement resistance. . 7 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material has C≦0.10wt%, Si≦1.0 wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, Ni≦3.0wt%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.It has excellent neutron irradiation embrittlement resistance. iron-based metal materials. 8 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material has C≦0.10wt%, Si≦1.0 wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, and further contains V≦1.0wt%, Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%, Mo≦2.5wt%, Zr An iron-based metal material having excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized in that it contains at least one of ≦0.8wt%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. 9 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and is made of an Fe-based material with a grain size number of 0 or more according to ASTM, and the Fe-based material is 0.002wt%≦C≦0.5wt% , Si≦2.0wt%≦, Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%, Al≦6.0wt%, P≦0.04wt %, S≦0.01wt%, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. 10 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦ Contains Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, and the remainder is Fe and An iron-based metal material with excellent resistance to neutron irradiation embrittlement, characterized by the presence of unavoidable impurities. 11 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦ Contains Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, with the remainder being Fe and An iron-based metal material with excellent resistance to neutron irradiation embrittlement, characterized by the presence of unavoidable impurities. 12 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%.
0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦ Contains Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, and furthermore, V≦1.0 wt%, Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%, W≦1.0wt%, and Zr≦0.5wt%, with the remainder being Fe and inevitable impurities. Iron-based metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance. 13 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
The Fe-based material contains C≦0.10wt%≦, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr. ≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, and the balance is Fe and unavoidable impurities.An iron-based material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance. Metal material. 14 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
The Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦. Contains 26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, and further contains Mo≦4.0wt%, V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%, and Nb≦1.0wt%. An iron-based metal material having excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized in that it contains at least one of the following, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. 15 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotope mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
The Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦. An iron-based metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized by containing 20.0wt%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. 16 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%.
The Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦. An iron-based metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance, containing 20.0wt% Ni≦3.0wt%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. 17 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
The Fe-based material contains C≦0.10wt%, Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦. 20.0wt%, and further contains at least one of V≦1.0wt%, Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%, Mo≦2.5wt%, and Zr≦0.8wt%. An iron-based metal material with excellent neutron irradiation embrittlement resistance, characterized in that the remainder is Fe and unavoidable impurities. 18 Contains 0.00004wt% or less of B with an isotopic mass number of 10, and the total B content is 0.0005 to 0.0050wt%
The Fe-based material contains: 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦, Mn≦2.0wt%, 9.0 wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%, Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%, S≦0.01wt%, and the remainder is Fe. Iron-based metal materials with excellent neutron irradiation embrittlement resistance characterized by the presence of unavoidable impurities.