JPH06207207A

JPH06207207A - 延性、靱性、耐食性に優れた使用済み核燃料キャスク内バスケット用ボロン含有ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH06207207A
Application number: JP3053694A
Authority: JP
Inventors: Norimi Wada; 典巳和田; Hoshiaki Terao; 星明寺尾; Jun Ota; 潤太田; Kazuhiko Oo; 和彦大尾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-07-26
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2653258B2

Abstract

(57)【要約】【目的】使用済み核燃料の輸送ないし貯蔵用キャスク
の燃料バスケット材などに使用されるＢ含有オーステナ
イト系ステンレス鋼の延性、靱性、耐食性を向上しよう
とするものである。【構成】Ｂ，Ｃ，Si, Cr, Ni, Mo, ＮおよびＯを特定
範囲内で含有した５００μm 以下の窒素ガスアトマイズ
粉を特定の軟鋼製缶に充填し、真空密封した後、特定温
度および圧力条件でＨＩＰ処理する。【効果】ボライドの微細化を達成し、鋼板の延性、靱
性、耐食性を向上し、熱間圧延時の耳割れを皆無化し、
鋼板精製時に軟鋼部分を効率的に除去せしめ得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は使用済核燃料の輸送ない
し貯蔵用キャスクの燃料バスケット材に使用されるＢ含
有オーステナイト系ステンレス鋼（及び使用済み核燃料
の貯蔵ないし冷却用プールの燃料ラック材に使用される
Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】使用済み核燃料の輸送及び貯蔵用キャスク
の燃料バスケット用材料として要求される性能として
は、(1) 熱中性子吸収能、(2) 加工性、(3) 靱性、(4)
耐食性である。Ｂは高い熱中性子吸収能を有しているた
め、Ｂを0.３〜3.０wt％含有したオーステナイト系ステ
ンレス鋼が上記バスケットに使用される。バスケットの
サイズは以下の２種類が一般的である:沸騰水型燃料棒
用バスケット(BWR用): 155mm角（内寸）×約５ｍ長×肉
圧５mm加圧水型燃料棒用バスケット(PWR用): 230mm角
（内寸）×約５ｍ長×肉圧10mm

【０００３】このようなＢ含有オーステナイト系ステン
レス鋼バスケットは、従来、溶解→鋳造→熱間圧延でま
ず鋼板とし、その後、曲げ加工→シーム溶接というプロ
セスを経て製造される。しかし、一般にＢ含有ステンレ
ス鋼では、延性が低く、熱間圧延時に耳割れが発生した
り、また曲げ加工時には割れが発生するという問題があ
る。また、靱性が低く、輸送時の安全性が懸念される。
また、Ｂを含有したステンレス鋼では、Ｂを含有してい
ないステンレス鋼に比べると著しく耐食性が劣ってしま
う。

【０００４】熱間圧延時の耳割れを抑制する技術とし
て、Ｂ含有ステンレス鋼を炭素鋼でパックして圧延する
方法が提案されている（特開昭63-220904 号公報, 特開
昭63-50429号公報) 。しかし、この方法では、根本的に
Ｂ含有ステンレス鋼の材質を改善しているわけではな
く、上記 (2)〜(4) の要求を満足しない。

【０００５】Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼の材
質において、主に延性を向上させる新しい製造方法とし
て、粉末冶金による製造方法についていくつかの提案が
なされている（例えば、特公昭57-6486 号公報, 特開平
2-25541 号公報等) 。即ち、特公昭57-6486 号公報は、
基本的に、Ｂ含有ステンレスとＢ無添加のステンレスの
クラッド鋼板の製造方法に関するものである。実施例で
は、1.75％Ｂ含有ステンレス粉末をＳＵＳ３０４製の缶
に充填し、ＨＩＰ（1121℃×1054kg/cm²) →圧延するこ
とでクラッド鋼板を製造している。粉末冶金の手法を使
用することでボライドが微細化し延性が向上すること
（冶金メカニズムには言及していない）、またＢ無添加
のステンレスとクラッド化することで耐食性が向上する
としている。このものでは、缶の肉厚は均一なことが最
善と述べており、実施例でも2.５mm厚のものを使用して
いる。しかし、肉厚が2.５mm程度では、熱間圧延時の耳
割れを完全に防ぐには不十分である（実施例では、熱間
圧延時、耳割れが発生しなかったとしている）。

【０００６】後述するように、この記述は発明者等の結
果と反していることから、ここでは多ヒート圧延を実施
したものと推察するが、また、後述するように一様な肉
厚構成というのも不合理である。

【０００７】さらに、Ｂ無添加のＳＵＳ３０４とクラッ
ドすれば耐食性の向上というメリットも有しているが、
それによるデメリットも有している。デメリットの１つ
として、Ｂ無添加ＳＵＳ３０４部分は熱中性子吸収能が
低いので、その部分を補うために Core のＢ含有ステン
レス部分は、高いＢ添加量が必要となるが、前述したと
おり、Ｂ添加量が高くなると、延性、靱性、溶接性が劣
化することになる。デメリットの２つめとして、以下の
ようなケースが考えられる。実際の製造では、しばしば
表面傷（ロール傷やスケール傷）が発生するので、グラ
インダーなどを用いて部分手入れを実施する。この特公
昭57-6486 号公報に記載の実施例のようにクラッド厚が
0.127mm しかない場合、部分手入れするとその部分だけ
クラッド部分が除去されてしまい、 Core の部分が剥き
出しになる。このような鋼板を腐食環境下におくと、 C
ore の剥き出しになった部分が局部的に激しく腐食する
（ガルバニック腐食）。以上述べたことから、クラッド
鋼板よりもソリッド鋼板を製造する方が現実的であり、
そのための最適製造方法が求められている。（なお、前
記した特開平2-25541 号公報に記載のものは、ボライド
の面積率や分布の状態を規定した発明であり、本質的に
は特公昭57-6486 号公報のものと同じものである。実施
例も全く同じ内容であるため、ここでは言及しない。）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】まず、通常の鋳造→圧
延プロセスで製造したＢ含有ステンレス鋼が延性、靱性
が低い理由について説明すると、Ｂ含有オーステナイト
ステンレス鋼は、鋳造時、共晶反応により数10μm もの
大型の硼化物（ボライド： (Fe, Cr)₂Ｂ）を晶出する。
ボライドは非常に硬くて脆いので、ボライドそれ自身が
割れたり、地鉄との界面が剥離し易く、延性、靱性が極
めて低いものである。

【０００９】次に、Ｂ含有ステンレス鋼の耐食性がＢ無
添加のステンレス鋼より劣る理由については、まだはっ
きりしない。１つの有力説としては、ボライド形成のた
めに地に固溶しているCr量が減少する（１％Ｂ添加で５
％のCrがボライドとして消費される）ために耐食性が劣
化するという説がある。しかしながら、本発明者等の研
究では、通常の鋳造→圧延プロセスで製造したＢ含有ス
テンレス鋼ではボライドの分布も均一でなく、よりボラ
イドが集積している部分で孔食が発生し、その発生位置
は、ボライドと地の界面である。したがって、Ｂ含有ス
テンレス鋼の耐食性は、地の固溶Cr量の他に、ボライド
のサイズ、分布に支配されていると考えられる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な従来の技術における課題を解決するように検討を重ね
創案されたものであって、急速凝固粉を素材として採用
することによりボライドの微細化を図り、延性および靱
性を著しく向上せしめ、またボライドを微細に分布させ
ることにより耐食性を向上せしめたものである。

【００１１】また、本発明では、熱間圧延時の耳割れを
完全に防止することを狙っている。急速凝固粉を素材と
すれば熱間圧延が向上し耳割れが抑制される方向にある
が、バスケット用鋼板のように５mm〜10mm厚まで１ヒー
ト圧延しなければならない場合、耳割れを完全に防止す
ることは困難である。本発明では、特殊な形状を有する
粉末充填缶を使用することで、熱間圧延時の耳割れを完
全に防止することに成功した。

【００１２】さらに、本発明では、粉末充填缶の部分を
効率よく除去することを狙っている。粉末を炭素鋼やス
テンレス製の缶に充填してＨＩＰ処理すると、粉末の固
化と同時に、缶と粉末部分が接合し、クラッド鋼塊がで
きる。最終的にソリッド鋼板を製造するには、缶の部分
を除去しなければならない。本発明では、特殊な構成を
有する粉末充填缶を使用することで、除去作業の効率化
に成功したものであって、以下の如くである。

【００１３】(1) 重量％で、Ｂ: 0.３〜3.０％，Ｃ: 0.
08％以下，Si: 0.01〜2.０％，Mn:2.00％以下，Cr: 16.
00 〜20.00 ％，Ni: 8.00〜15.00 ％，Mo: 3.０％以
下，Ｎ: 0.２％以下，Ｏ: 0.06％以下を含有し、残部が
鉄および不可避的不純物からなる５００μm 以下のサイ
ズの窒素ガスアトマイズ粉を肉厚１５mm以上の側板と肉
厚２〜５mmの上下板と蓋及び脱気口を基本構成とする軟
鋼製の缶に充填し、真空密封した後、温度１１００〜１
１７０℃で圧力１５００kgf/cm²以上の条件でＨＩＰ処
理することを特徴とするボロン含有ステンレス鋼塊の製
造方法。

【００１４】(2) 重量％で、Ｂ: 0.３〜3.０％，Ｃ: 0.
08％以下，Si: 0.01〜2.０％，Mn:2.00％以下，Cr: 16.
00 〜20.00 ％，Ni: 8.00〜15.00 ％，Mo: 3.０％以
下，Ｎ: 0.２％以下，Ｏ: 0.06％以下を含有し、残部が
鉄および不可避的不純物からなる５００μm 以下のサイ
ズの窒素ガスアトマイズ粉を肉厚１５mm以上の側板と肉
厚0.２〜0.５mmの鋼箔がアルミナ粉（剥離材）を介して
肉厚２mm以上の外板に内張りされた上下板部と蓋及び脱
気口を基本構成とする軟鋼製の缶に充填し、真空密封し
た後、温度１１００〜１１７０℃で圧力１５００kgf/cm
²以上の条件でＨＩＰ処理することを特徴とするボロン
含有ステンレス鋼塊の製造方法。

【００１５】(3) 前記(1) および(2) に記載の鋼塊を圧
延素材とし、１１００〜１１７０℃に加熱した後、１５
mm以上の軟鋼が接合している部分が圧延幅端になるよう
に配置し、圧延比５以上の連続圧延（１ヒート）を施す
ことを特徴とするボロン含有ステンレス鋼板の製造方
法。

【００１６】

【作用】まず、Ｂ含有オーステナイト系ステンレスアト
マイズ粉の成分の限定理由について述べると、Ｂは自然
状態で約２０％の同位元素¹⁰Ｂを含んでおり、¹⁰Ｂは中
性子吸収断面積の大きい元素であって、中性子遮断（ま
たは吸収）のために使用する本材料においては、最も重
要な元素である。しかし、0.３％以下では、バスケット
の一般的板厚を考慮すると熱中性子の吸収性能が十分で
なく、3.０％以上では、硼化物の体積率が４０％以上に
も達し、熱間加工性や常温の延性、靱性が著しく劣化す
るのでＢ：0.３〜3.０％に限定した。

【００１７】Ｃは、0.08％以上になると、炭化物が生成
しやすく、そのため耐食性が劣化するので、Ｃ：0.08％
以下と限定した。

【００１８】Siは、脱酸のために添加する必要がある。
0.01％以下では脱酸が十分でなく、2.０％を超えると脆
化が生じるため、Si：0.01〜2.０％に限定した。

【００１９】Mnも脱酸効果を持つ元素であるが、2.０％
を超えると耐食性が低下するので、Mn：2.０％以下とし
た。

【００２０】Crは耐食性を保持するためには１6.０％は
必要であり、２0.０％を超えるとσ相が析出し脆化しや
すくなるので、Cr：１6.０〜２0.０％に限定した。

【００２１】Niは、組織をオーステナイトにするのに必
要な元素であり、そのためには8.０％以上必要である。
しかし、高価な元素であるため、Ni：8.０〜１5.０％に
限定した。

【００２２】Moは、耐食性の中でも耐孔食性に有効な元
素である。したがって、高い耐孔食性が要求される場合
にはMoを添加するが、Moが3.０％を超える場合にはσ相
の析出により脆化しやすくなるので、Mo：3.０％以下と
限定した。

【００２３】Ｎは、耐孔食性及び強度上昇に有効な元素
である。しかし、0.２％を超えると脆化が著しいので
Ｎ：0.２％以下と限定した。

【００２４】次に、本発明の特徴である上記成分のアト
マイズ粉を素材として使用する理由について述べる。硼
化物は凝固時に晶出するものであり、凝固速度を上げる
ことで細かくなる傾向にあるが、通常のインゴット鋳造
や連続鋳造のプロセスでは、凝固速度を上げるにしても
限界があり、顕著な硼化物の微細化は達成できない。一
方、アトマイズ処理は、細孔から溶鋼を流出させ、その
溶鋼流に高圧の水、カス、油等を吹付け、粒状に急速凝
固せしめるプロセスであり、非常に高い冷却速度を達成
することができる。窒素アトマイズ処理された５００μ
m 以下の粒度を有するＢ含有オーステナイト系ステンレ
ス鋼粉では、図３のようにアトマイズままではボロンが
固溶していること、固化するために加熱すると図４のよ
うに析出が１〜３μm のサイズの微細硼化物（ボライ
ド）の状態に止まることを発見した。

【００２５】一方、水アトマイズ粉では酸素含有量が高
いため、鋼板中に多くの酸化物系介在物が存在すること
となり、十分な延性・靱性が得られないので限定から除
外した。また、油アトマイズでは、カーボンの混入が避
けられず、耐食性が要求されるバスケット材には不適な
ので除外した。また、アルゴンアトマイズでは、窒素ア
トマイズに比較すると高い冷却速度が得られず粉末状態
でのボライド晶出抑制が十分でなく、加熱固化後、部分
的に粗大なボライドが存在する。その上、アルゴンアト
マイズ粉のＨＩＰ鋼塊では、ポアーを含み易いので、除
外し、又Heアトマイズ粉は、非常に高い冷却速度が得ら
れるものの、高価であるため除外して、本発明では、窒
素アトマイズ処理されたＢ含有オーステナイト系ステン
レス鋼粉を素材として使用することにした。

【００２６】次に、粉末充填缶の特徴について記述す
る。第１発明では、上記の窒素アトマイズ粉を図１のよ
うな特殊な構成を成す直方体形状の軟鋼製の缶に充填す
ることを特徴としている。ＨＩＰ処理を実施すると、内
部がＢ含有ステンレス鋼で、表面が炭素鋼で覆われたク
ラッド鋼塊が製造できる。図中の上下板の部分は、次工
程の熱間圧延時、上下面に相当する部分であり、圧延
後、取り除かねばならない部分である。したがって、薄
いほど望ましいが、缶に粉末を充填して吊り作業を実施
しても変形等が起こらない程度の剛性を有している必要
がある。そこで、上下板の肉厚を２〜５mmに限定した。
また、側板の部分は、圧延時の幅端に相当する部分であ
り、この部分の肉厚を厚くしたことに特徴がある。

【００２７】一般にＢ含有ステンレス鋼を熱間圧延した
時耳割れが発生する理由として、熱間延性が低い（特
に、圧延温度の低下とともに劣化する）、板圧延で
は、幅端部に引張応力が作用する、の２つが挙げられ
る。幅端部のある領域に炭素鋼を位置させることで、Ｂ
含有ステンレス部分を圧縮応力場にいれることが可能に
なり、耳割れを完全に防止できると考えられる（炭素鋼
は高い熱間延性を有しており、引張応力場に位置してい
ても耳割れは発生しない）。側板の厚みを具体的に１５
mm以上に限定した理由は、ＦＥＭの熱弾塑性解析結果に
基づいている。この計算では、Ｂ含有ステンレス鋼のス
ラブ〔１００ｔ×４００ｗ×１０００Ｌ（mm）と仮定し
た〕を１１５０℃に加熱後、１パス当たり２０％の圧下
率で１0.７mm厚まで連続圧延した場合を想定している
（パス間時間：１５秒、ロール径：１０００mm、ロール
回転速度：５０ｒｐｍと仮定）。図５は最も圧延温度が
低い、すなわち耳割れの観点から最も過酷な情況となる
最終パスでの応力分布を示している。この計算結果か
ら、幅端部から１５mmまでに炭素鋼を位置させること
で、耳割れを完全に防止することが可能であると推定さ
れた（このことは、実施例に示すように実験的にも確か
められる）。

【００２８】図２は、第２発明に対応する粉末充填缶の
構成について示している。その特徴は、次工程の圧延の
上下面に相当する上下板部分が軟鋼性の箔と板から構成
されており、その間に剥離材（アルミナ粉）が貼付され
ている点である。上述したように、上下板部分は最終的
に除去しなければならない部分であるが、その作業は、
グラインダー研削あるいは酸洗にしろ非常に手間のかか
る作業である。図２のように上下板部分を構成しておけ
ば、ＨＩＰ後、板の部分を容易に除去することが可能と
なる（溶接部分をガス切断し、マグネットクレーンで吊
れば容易に剥離する）。ここで、箔の部分の板厚を0.２
mmから0.５mmに限定した理由は、0.２mm以下の箔を使用
すると、剛性が少なく取り扱いが面倒であることとアル
ミナ粉と圧着させられた時に破れる危険性があるためで
ある。また、0.５mm以上にするとこのような工夫をする
メリットが少なくなるためである。更に、外板の厚みを
２mm以上にした理由は、缶の剛性を確保するためであ
る。このように、ＨＩＰ鋼塊の段階で圧延上下面の炭素
鋼の部分厚を0.５mm以下にしておき、圧延圧下比を１０
程度とれば、圧延の上下面にクラッドされている炭素鋼
厚は、0.０５mm以下となり除去する手間は大幅に短縮で
きる（酸洗で除去する場合も、酸洗液の劣化が軽減でき
る）。また、圧延加熱条件および圧延に引き続くＳＴ処
理条件によっては、炭素鋼部分はスケールオフし、特別
な除去作業が不要となる。

【００２９】以上のような特殊な構成を持つ缶にＢ含有
ステンレス窒素アトマイズ粉を充填した後、脱気し真空
密封させる。次に、ＨＩＰにて固化する。ＨＩＰ条件と
しては、１１００〜１１７０℃加熱、圧力１５００kgf
／cm²以上に限定したのは、作業性の観点からである。
加熱温度１１００℃以下、圧力１５００kgf ／cm²以下
でも焼結可能であるが、工業的な保持時間（たとえば３
時間以下）では、完全焼結が達成されない。よって、上
述のごとくＨＩＰ条件を限定した。

【００３０】鋼板の製造方法、即ち圧延条件として、圧
延加熱温度に関して、上限は本鋼の融点を考慮し１１７
０℃とし、下限は熱間加工性の観点から１１００℃とし
た。また、上述の鋼塊は、耳割れの完全防止のために、
１５mm厚以上の軟鋼部分が幅端になる向きに配置するこ
とが重要である。こうすることで、上述したように、１
ヒート圧延で、バスケット用鋼板が耳割れ皆無で製造可
能となる。

【００３１】ここで、圧延の目的について触れておく
と、本発明における圧延の目的は、鋼板形状にすると共
に、ボライドの均一分散を図り、製品の延性、靱性、耐
食性の向上にある（ＨＩＰ鋼塊では、ボライドは微細に
析出しているが、粒界により多く析出しており、分散状
態がやや不均一である。圧延することで地の再結晶が繰
り返され、ボライドの分布状態が均一になっていく：図
６，図７参照）。圧延圧下比が５未満では、ボライドの
分散状態がまだ不均一なため、本発明では、圧延圧下比
を５以上に限定した（したがって、ＢＷＲ用のＨＩＰ鋼
塊では厚み２５mm以上、ＰＷＲ用鋼塊では厚み５０mm以
上必要である）。

【００３２】圧延後、幅端部の炭素鋼部分（１５mm以
上）は切断除去し、上下面の炭素鋼部分は、研削あるい
は酸洗により、除去すればよい。このようにして、ボラ
イドが均一微細分散した延性・靱性・耐食性に優れたＢ
含有ステンレス鋼板が、耳割れも全くなく効率的に製造
できる。

【００３３】

【実施例】本発明によるものの具体的な実施例について
説明すると、先ず本発明者等が採用した鋼の化学成分、
性状を表１に示す。また、用いた粉末充填缶は、表２に
示す４種類のものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】それぞれの缶に粉末を充填し、常温で脱
気、引き続き600 ℃に加熱して脱気しながら、脱気管を
圧着し、真空密封させた。しかる後、1150℃×1900kgf/
cm²×２時間のＨＩＰ条件にて、固化せしめた。その
後、各ＨＩＰ鋼塊の脱気管を切断除去した。また、粉末
充填缶III を用いたＨＩＰ鋼塊に関しては、溶接部を鋸
切断し、マグネットクレーンにて吊ることで、外板部分
が容易に剥離した。その後、各鋼塊とも、サイズ測定及
び重量測定を実施した。その結果を表３に示す。各ＨＩ
Ｐ鋼塊とも真密度(7.9g/cc) に到達している。また、鋼
塊横断面のマクロ組織の一例( 鋼塊ＢII) を図８に示
す。

【００３７】

【表３】

【００３８】次は、各鋼塊を1150℃×2hour 加熱し、圧
延した( ただし、鋼塊Ｂ II は、上下面の炭素鋼部分
(4.2mm厚) を研削した後、圧延に供した) 。圧延は、鋼
塊の長辺が圧延方向となるように配置し実施した。表４
に圧延仕上厚および耳割れの状況について示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】圧延後、ＰＡＩ，ＰＤＩ鋼板に関しては、
側皮切断除去→ＳＴ（1050℃加熱水冷) →上下皮研削除
去し、10mm厚(PAI) および５mm厚(PDI) に仕上げ→酸
洗、という工程を経てＢ含有ステンレスソリッド鋼板と
した。ＰＢIIおよびＰＣIII 鋼板に関しては、圧延後、
側皮を切断除去→ＳＴ→酸洗という工程を経た。ＰＣII
I 鋼板では、上下皮の炭素鋼部分を研削除去する工程を
経なくとも、圧延加熱時およびＳＴ処理時にスケールオ
フしたりあるいは酸洗除去されることにより、約５mm厚
のＢ含有ステンレスソリッド鋼板となった。また、ＰＣ
IVの鋼板に関しては、耳割れ切断除去( この時点でＢ含
有ステンレス鋼部分の歩留り：約77%)→ＳＴ（1050℃加
熱水冷) →上下皮研削除去し、５mm厚に仕上げ→酸洗、
という工程を経て、Ｂ含有ステンレスソリッド鋼板とし
た。ＰＥ，ＰＦ鋼板は、圧延後、耳割れ切断除去（歩留
り：70% 以下) →ＳＴ（1050℃加熱水冷) →酸洗、とい
う工程を経た。

【００４１】以上の処理の後、各鋼板の引張試験(C方向
採取、全厚×12.5幅×50GL) 、シャルピー衝撃試験(C方
向採取、フルサイズ) 、曲げ試験(C方向採取、全厚×50
幅)および孔食電位の測定(JIS G0577に準拠) を実施し
た。その結果を表５に示す。

【００４２】

【表５】

【００４３】以上説明したような実施例によるときは、
本発明により、延性、靱性、耐食性に優れたＢ含有ステ
ンレス鋼板が耳割れも皆無でかつ非常に能率的に製造で
きることが実証された。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ｂ含
有ステンレス窒素ガスアトマイズ粉を素材に使用するこ
とで、ボライドの著しい微細化が達成され、鋼板の延性
（加工性）、靱性、耐食性が著しく向上すると同時に、
粉末重点缶の各壁を肉厚の異なる軟鋼で構成すること
で、熱間圧延時に耳割れが皆無の状態で鋼板が製造で
き、かつ鋼板精整時に軟鋼部分を効率的に除去すること
が可能となるもので、工業的にその効果の大きい発明で
ある。

【００４５】上述した本発明の効果は、以下の効果にも
つながる。 (1) Ｂ含有ステンレス鋼板の延性（加工性）の向上は、
使用済み核燃料貯蔵・輸送用キャスク内バスケットをよ
り小さい曲げ半径で製造できることを意味する。即ち、
キャスク内に使用済み核燃料をより高密度で収納できる
ことにつながる。 (2) Ｂ含有ステンレス鋼板の靱性の向上は、キャスク輸
送時の安全性向上を図る。 (3) 耐食性の向上はバスケットの寿命を向上せしめる。
（使用済み核燃料を装入して、貯蔵している時、腐食し
てもメンテナンスができないため、耐食性の向上は安全
性の向上にもつながる。） (4) 鋼板製造時の効率化は、安定供給（耳割れ等のトラ
ブルがないので納期管理が容易）を得しめる。従って今後、使用済み核燃料の処理が、社会的にますま
す重量な問題となることが予想され、以上に延べた本発
明の効果は大きな意義を持つものと言える。

【００４６】なお、本発明法によるＢ含有ステンレス鋼
板は、使用済み核燃料（冷却）貯蔵プールのラックにも
適用できる。プールはキャスクほどコンパクト性が要求
されないため、一般に、ラック材のＢ含有量は、バスケ
ットよりも低い。しかし、熱間圧延時の耳割れや曲げ加
工時の割れに関しては、程度の差はあるものの同様の問
題を抱えている。しかも、ラック材のサイズ及び要求性
能は、バスケット材と同じであるため、本発明はそのま
ま適用可能となる。（ラックとバスケットの違いは、呼
び方の違いだけである。）

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１発明の粉末充填缶の構成図
であって、実施例の缶Ｉ及びII（表２参照）にこのタイ
プの粉末充填缶を使用した。具体的には、(a) は見取り
図、(b) は正面図、(c) は平面図、(d) は側面図であ
る。なお、図中の各略号毎のサイズの規定値は次のとお
りである：ｗ₁＞ 15mm, ｔ₁: ２〜５mm。

【図２】本発明における第２発明の粉末充填缶の構成図
であって、実施例III （表２参照）にこのタイプの粉末
充填缶を使用した。具体的には、(a) は見取り図、(b)
は正面図、(c) は平面図、(d) は側面図、(e) は上下板
部拡大図である。なお、図中の各略号毎のサイズの規定
値は次のとおりである：ｗ₁＞ 15mm, ｔ₂:0.２〜
0.５mm, ｔ₃＞２mm。

【図３】1.7%Ｂ含有ステンレス鋼の鋳造材および窒素ア
トマイズ粉のＸ線回折チャートである。○印のついたピ
ークが地のオーステナイトの回折ピークであり、●と△
がボライドの回折ピークであって、この図により、急速
凝固した窒素アトマイズ粉中では、ボライドの晶出が抑
制され、ボロンが固溶状態で存在していることを発見し
た。

【図４】Ｂ含有ステンレス鋼の窒素ガスアトマイズ粉を
加熱し、ボライドの析出および成長について調べた結果
を示している。ボライドは、900 ℃前後で析出し始め、
加熱温度の上昇とともに粗大化するが、HIP の最適固化
条件(1100 〜1170℃) においても、そのサイズが３μｍ
以下と非常に微細であることを発見した。

【図５】Ｂ含有ステンレス鋼塊を連続圧延した時に発生
する圧延方向応力をFEM 熱弾塑性解析により計算した。
この図は、以下の仮定に基づく計算を実施した時の最終
パスでの幅端近傍応力分布を示している。鋼塊サイズ:100t × 400w × 1000 l (mm) 加熱温度:1150 ℃ 仕上げ厚: 10.7mm，圧下率: 20%/パス，パス間時間: 15
秒，ロール径: 1000mm，回転数 50rpm

【図６】本発明によるＨＩＰ鋼塊のミクロ組織を示す顕
微鏡写真であって、黒い粒状の析出物がボライドであ
る。鋼塊では、まだボライドの分布が不均一である。

【図７】本発明による鋼板のミクロ組織を示す顕微鏡写
真であって、黒い粒状の析出物がボライドである。鋼塊
ではまだボライドの分布が不均一であるのに対し、圧延
圧下比６をとった鋼板では、ボライドの分布が均一化し
ている。

【図８】本発明鋼塊（実施例のＢII）の外観および横断
面のマクロ組織を示す顕微鏡写真である。中央が、Ｂ含
有ステンレス鋼の部分であり、完全に焼結している。周
囲の色が異なった部分は炭素鋼の部分であり、Ｂ含有ス
テンレス鋼部分と完全に一体化している。

【符号の説明】

１側板（肉厚 15mm 以上): 軟鋼２上下板（肉厚 2〜5mm) : 軟鋼３蓋：軟鋼４脱気管：軟鋼５箔（肉厚 0.2〜0.5mm): 軟鋼６剥離材：アルミナ粉が好ましい７外板：軟鋼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｃ 19/32 Ｐ 8908−2ＧＧ２１Ｆ 5/012 (72)発明者大尾和彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｂ: 0.３〜3.０％，Ｃ: 0.08
％以下，Si: 0.01〜2.０％，Mn: 2.00％以下，Cr: 16.0
0 〜20.00 ％，Ni: 8.00〜15.00 ％，Mo: 3.０％以下，
Ｎ: 0.２％以下，Ｏ: 0.06％以下を含有し、残部が鉄お
よび不可避的不純物からなる５００μm 以下のサイズの
窒素ガスアトマイズ粉を肉厚１５mm以上の側板と肉厚２
〜５mmの上下板と蓋及び脱気口を基本構成とする軟鋼製
の缶に充填し、真空密封した後、温度１１００〜１１７
０℃で圧力１５００kgf/cm²以上の条件でＨＩＰ処理す
ることを特徴とするボロン含有ステンレス鋼塊の製造方
法。
【請求項２】重量％で、Ｂ: 0.３〜3.０％，Ｃ: 0.08
％以下，Si: 0.01〜2.０％，Mn: 2.00％以下，Cr: 16.0
0 〜20.00 ％，Ni: 8.00〜15.00 ％，Mo: 3.０％以下，
Ｎ: 0.２％以下，Ｏ: 0.06％以下を含有し、残部が鉄お
よび不可避的不純物からなる５００μm 以下のサイズの
窒素ガスアトマイズ粉を肉厚１５mm以上の側板と肉厚0.
２〜0.５mmの鋼箔がアルミナ粉（剥離材）を介して肉厚
２mm以上の外板に内張りされた上下板部と蓋及び脱気口
を基本構成とする軟鋼製の缶に充填し、真空密封した
後、温度１１００〜１１７０℃で圧力１５００kgf/cm²
以上の条件でＨＩＰ処理することを特徴とするボロン含
有ステンレス鋼塊の製造方法。
【請求項３】請求項１および請求項２に記載の鋼塊を
圧延素材とし、１１００〜１１７０℃に加熱した後、１
５mm以上の軟鋼が接合している部分が圧延幅端になるよ
うに配置し、圧延比５以上の連続圧延（１ヒート）を施
すことを特徴とするボロン含有ステンレス鋼板の製造方
法。