JPH0766072B2

JPH0766072B2 - 中性子遮蔽用複合板

Info

Publication number: JPH0766072B2
Application number: JP61055400A
Authority: JP
Inventors: 英雄林; 景朗北田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1986-03-13
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPS62211592A

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、核燃料集合体輸送用容器、核燃料保管用ラ
ック及び使用済み核燃料保管用ラック等に用いられる中
性子遮蔽用板に係り、B1.00wt％〜2.60wt％含有のCr16.
50wt％〜19.50wt％、Ni8.50wt％〜14.0wt％系オーステ
ナイトステンレス鋼を芯材とし、熱間加工性及び耐食性
にすぐれた中性子遮蔽用複合板に関する。

背景技術一般に、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼は、含有
するＢの中性子吸収断面積が大きいことより、中性子の
制御材及び遮蔽材として用いられている。

特に、高Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼は、核燃料
集合体輸送用容器、核燃料保管用ラック及び使用済み核
燃料保管用ラック等に用いられているが、今日、該容器
やラックの小形化と低コスト化のために、素材である該
ステンレス鋼の薄肉化が要望されている。

しかし、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼は、Ｂ含
有量が多くなると、Ｂがステンレス鋼に固溶せず、硼化
物が析出し、これが脆い性質を有するため、熱間加工時
に割れやすく、また一旦割れが発生すると、次々に硼化
物により割れが伝播していき、割れが少なく加工できる
熱間加工温度領域が狭く、難加工材となり、熱間圧延時
に圧延材の表面、特に冷却され易く引張力の掛る長手方
向の縁部に、割れやひび疵などが発生し易くなり、後工
程での加工などが不可能となり、製品化できず歩留が悪
い問題があった。

また、中性子遮蔽用容器のうち、核燃料保管用ラック及
び使用済み核燃料保管用ラックは、ホウ酸水中に保管さ
れ、核燃料集合体輸送用容器は各種ガスを含む大気中に
保管されるため、中性子遮蔽用に用いられる前記のＢ含
有オーステナイトステンレス鋼は、特にＢが1.0wt％以
上含有されると、ホウ酸水に対する耐食性が急激に劣化
し、また、大気中における耐食性も劣化する問題があっ
た。

このため、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼の熱間
圧延性改善として、Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼
にTiを含有させて、析出硼化物を改質し、熱間加工性を
改善する技術（特公昭36-8411号）が提案されている
が、耐食性の改善効果はなく、Tiを含有しないＢ含有オ
ーステナイトステンレス鋼と同様に耐食性に問題があっ
た。

また、出願人も先に、熱間加工性の改善のために、Ｂ含
有オーステナイトステンレス鋼のＣ量を0.005wt％以下
に低減させる技術（特願昭60-273691号）を提案した
が、前述した耐食性の改善効果が得られない問題があっ
た。

発明の目的この発明は、製造容易でかつ耐食性にすぐれた中性子遮
蔽用板を目的とし、中性子遮蔽用板に適したＢ含有のオ
ーステナイトステンレス鋼の鋳塊または鋼片の熱間加工
性の改善、及び製造された板の大気中またはホウ酸水に
対する耐食性の改善を目的としている。

発明の構成この発明は、 Cr16.50wt％〜19.50wt％、 Ni 8.50wt％〜14.0wt％、 B 1.00wt％〜 2.60wt％含有のＢ含有オーステナイトス
テンレス鋼を芯材とし、少なくともその４主面に、 Cr17.00wt％〜20.00wt％、 Ni8.0wt％〜13.0wt％含有のオーステナイトステンレス
鋼を溶着被覆してなることを特徴とする中性子遮蔽用複
合板である。

さらに、詳述すれば、この発明は、 a.Cr16.50wt％〜19.50wt％、 Ni 8.50wt％〜14.0wt％、 B 1.00wt％〜 2.60wt％含有のＢ含有オーステナイトス
テンレス鋼を、 b.例えば、鋳型の内壁に密着させて嵌入した、Cr17.00w
t％〜20.00wt％、Ni8.0wt％〜13.0wt％含有のオーステ
ナイトステンレス鋼からなり、鋳塊厚みの10％以上の肉
厚を有する鉄筒内に、真空あるいは無酸化雰囲気内で鋳
込み、 c.得られた鋳塊のすくなくとも４主面、すなわち、長手
方向の両端面を除く外周面の４主面に、オーステナイト
ステンレス鋼からなる鉄筒を溶着した鋼塊に造塊し、 d.上記鋼塊を950℃〜1250℃にて分塊圧延あるいは鍛造
し、整形した後、あるいは分塊圧延，鍛造加工すること
なく直接に、 e.950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下率10％〜7
0％で、少なくとも１回の熱間圧延を行ない、板厚5mm〜
10mm厚みとなし、（なお、この際の被覆ステンレス鋼板
の片面の厚みは、全板厚の８％以上で0.5mm〜1mmが好ま
しい。） f.そのままか、あるいは溶体化処理を施し、必要に応じ
て冷間圧延もしくはレベラーにより平坦度を矯正し、 g.熱間圧延時に圧延材の長手方向縁部に割れやひび疵の
ない品質良好な高Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼を
芯材とする複合板を得たのち、 h.得られた複合板を所要寸法、形状に仕上加工し、中性
子遮蔽用複合板を得る。

この発明において、芯材のＢ含有オーステナイトステン
レス鋼は、 c 0.12twt％以下、Si 1.0wt％以下、 Mn 2.0wt％以下、Cr16.50wt％〜19.50wt％、 Ni 8.50wt％〜14.0wt％、 B 1.00wt％〜 2.60wt％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、また、必要に応じて、Ti0.5wt％〜15wt％含有し、さら
に、Zr,Nb,V,Al,Ca,Mg,Beのうち少なくとも１種を2wt％
以下添加させて、機械的性質、特に衝撃抵抗を改善する
ことができる。

この発明において、上記b.の筒は、パイプ状や板材によ
る溶接組立体などが利用でき、筒内に溶鋼の鋳込みが可
能であればよく、鋳込時、下面に有底の容器でもよい。
また、溶着を十分確保するため、鋳込時鋳型内雰囲気は
非酸化性雰囲気が好ましく、真空中鋳込やAr雰囲気鋳込
がより効果的である。なお、長手両端面について、筒と
鋼塊とを溶接することは、熱間加工中の端面よりの鉄筒
の剥離を防止するのに有効である。

また、筒の材質、すなわち、該芯材の被覆オーステナイ
トステンレス鋼としては、 c 0.12twt％以下、Si 1.0wt％以下、 Mn 2.0wt％以下、 P 0.045wt％以下、S 0.03wt％以下、 Cr17.00wt％〜20.00wt％、 Ni 8.0wt％〜13.0wt％、残部実質的にFeからなるSUS 304クラス、SUS 305クラス
のオーステナイトステンレス鋼が好ましく、前記鋼の熱
処理の冷却速度の調整を容易にするため、Ｃは0.03wt％
以下が好ましい。

発明の効果この発明により、熱間加工性が大幅に改善され、熱間加
工時に加工材表面の微細な割れや長手方向縁部に割れや
びび疵のない品質良好な高Ｂ含有オーステナイト系ステ
ンレス鋼を芯材とする中性子遮蔽用板が得られるととも
に、外表面が、Cr17.00wt％〜20.00wt％、Ni8.0wt％〜1
3.0wt％含有のオーステナイトステンレス鋼にて被覆さ
れているため、前記用途のラック使用雰囲気であるホウ
酸水や大気に対する耐食性が著しく改善される。

この発明により、品質良好な高Ｂ含有オーステナイト系
ステンレス鋼を芯材とする中性子遮蔽用複合板が得られ
るが、その理由は、熱間圧延時のロール接触あるいは冷
却水及び周囲温度の影響により、加工材、特に縁部の温
度が低下するとともに加工時の種々の引張力がかかり、
上述の所謂耳われ等を生じるが、この発明鋼は、硼化物
とオーステナイト相との２相からなり、温度低下や引張
力がかかり、割れやひび疵などが一旦発生すると、硼化
物により次々と割れやひび疵が伝播進行し、製品化でき
なくなるので、特に初期に割れやひび疵を発生させない
ことが重要であり、この発明では鋼塊表面に密着させた
該ステンレス筒によって上記の温度低下が防止され、ま
た、長手方向の縁部に掛りやすい加工時の引張力が、前
記の良好な高温変形能を有する該筒により緩和されるた
めである。

この発明の製造方法の効果は、熱間圧延のみならず、分
塊圧延あるいは鍛造時にも同様に有効であり、鍛造はハ
ンマー鍛造，プレス鍛造のいずれでも有効である。

発明の限定理由この発明においてオーステナイトステンレス鋼の成分限
定理由は、以下のとおりである。

Ｂは、中性子の吸収効果を有するために含有するが、1.
00wt％未満では、中性子吸収効果が少なく、制御材，遮
蔽材としての板厚が大きくなり、前述の容器やラックが
大型化しコスト高となるため好ましくなく、また、2.60
wt％を超える含有では材料の延び及び衝撃値が著しく劣
化して構造材として不適となるため、1.00wt％〜2.60wt
％の範囲とする。

Crは、本系においてNiと共に耐食性を得るために含有す
るが、16.50wt％未満では、充分な耐食性が得られず、C
rの含有量の増加と共に耐食性は良好となるが、19.50wt
％を超える含有ではその効果が飽和し、コスト面で好ま
しくないため、実用性を考慮し、16.50wt％〜19.50wt％
の範囲とする。

Niは、本系においてCrと共に耐食性を得るために含有す
るが、8.50wt％未満では、還元性雰囲気にて充分な耐食
性が得られず、また、14.0wt％を超える含有ではその効
果が飽和し、コスト面で好ましくないため、実用性を考
慮し、8.50wt％〜14.0wt％の範囲とする。

この発明において、好ましいＢ含有オーステナイトステ
ンレス鋼は、 B 1.00wt％〜2.60wt％、 c 0.1wt％以下、Si 1.0wt％以下、 Mn 1.90wt％以下、 P 0.05wt％以下、S 0.03wt％以下、 Cr16.5wt％〜19.5wt％、 Ni 8.50wt％〜14.0wt％、残部Fe及び不可避的不純物からなるオーステナイトステ
ンレス鋼である。

Ｃは、0.1wt％を超えると粒界に炭化物を生成し易くな
り、粒界腐蝕を起し易くなり好ましくないため、0.1wt
％以下とする。

Siは、耐酸化性及び溶接性の改善に有効であるが、1.0w
t％を超える含有はその効果が飽和してコスト的に好ま
しくないため、1.0wt％以下とする。

Mnは、高温での耐酸化性が得られるが、1.90wt％を超え
るとかえって低下するため、1.90wt％以下とする。

P,Sは、応力腐蝕割れを招来するので、P0.05wt％以下、
S0.03wt％以下とする必要がある。

また、外表面を被覆するオーステナイトステンレス鋼
は、 c 0.12twt％以下、Si 1.0wt％以下、 Mn 2.0wt％以下、 P 0.045wt％以下、S 0.03wt％以下、 Cr17.00wt％〜20.00wt％、 Ni 8.0wt％〜13.0wt％、残部Fe及び不可避的不純物からなるオーステナイトステ
ンレス鋼が好ましい。

Crは、17.00wt％未満では、充分な耐食性が得られず、
また、Crの含有量の増加と共に耐食性は良好となるが、
20.00wt％を超える含有ではその効果が飽和し、コスト
面で好ましくないため、実用性を考慮し、17.00wt％〜2
0.00wt％の範囲とする。

Niは、8.00wt％未満では、還元性雰囲気にて充分な耐食
性が得られず、13.00wt％を超える含有ではその効果が
飽和し、コスト面で好ましくなく、また靱性を考慮し、
8.00wt％〜13.00wt％の範囲とする。

Ｃは、0.12wt％を超えると粒界にCr炭化物を生成し易く
なり、粒界腐蝕を起し易くなり好ましくないため、0.12
wt％以下とする。

Mnは、2.00wt％を超えると高温での耐酸化性が低下する
ため、2.00wt％以下とする。

P,Sは、応力腐蝕割れを招来し、熱間加工性も劣化させ
るため、P0.045wt％以下、S0.03wt％以下とする必要が
ある。

また、この発明による複合板の製造において、分塊圧
延，鍛造並びに熱間圧延の温度を950℃〜1250℃とした
のは、950℃未満では、成形鋼塊の変形抵抗が大きく、
かつ変形能が低下し、われ疵などを発生するため好まし
くなく、また、1250℃を超えると、結晶粒の粗大化が起
り、われ発生を惹起するためである。

また、１パス当りの圧下率を10％〜70％としたのは、10
％未満では硼化物の充分な微細分散化を計ることができ
ず、また、70％を超えると加工度が大きくなりすぎ、割
れまたはひび疵が発生し易くなるためである。

なお、芯材のＢ含有オーステナイトステンレス鋼を有効
に被覆する手段として、鋳塊厚みの10％以上の厚みの前
記筒と同組成の板材を用いて、芯材の少なくとも４主面
を密着して包み、その後、この被覆鋳塊を前記の分塊圧
延，鍛造並びに熱間圧延により、加工して前記複合板を
製造することもできる。

実施例実施例１内寸上辺48.5mm×横78.5mm, 下辺縦48.5mm×横78.5mm、高さ161mm、鋳型厚み20mmの鋳型内に、外寸上辺48mm×横78mm, 下辺縦48mm×横78mm、高さ161mm、板厚み4.0mm寸法の、 C 0.02wt％、 Si 0.82wt％、Mn 1.78wt％、 Cr18.73wt％、Ni10.82wt％ P 0.013wt％、S 0.008wt％、残部実質的にFeからなるオーステナイトステンレン鋼か
らなる有底筒を嵌入し、 B 2.10wt％、C 0.023wt％、 Si 0.52wt％、Mn 1.62wt％、 Cr19.20wt％、Ni 9.87wt％ P 0.020wt％、S 0.006wt％、残部実質的にFeからなるＢ含有オーステナイトステンレ
ン鋼の溶鋼を、前記鋳型の筒内に、Arガス雰囲気で鋳込み、外周面に厚
さ4.0mmのステンレス筒を溶着した4.5kgの鋼塊に造塊し
た。

その後、上記鋳塊の押湯部を切除し、この部分に筒と同
一材質のステンレス鋼板を当て封止し、ついで、この鋼
塊を1180℃に加熱し、１パス当りの圧下率10〜70％範囲
内のプレス鍛造を施し、厚さ30mm×幅87mm×長さ240mm
寸法の熱間圧延素材に整形した。

その後、1180℃に加熱し、１パス当りの圧下率17％,28
％,28％,23％,20％,25％の熱間圧延を行ない、６パスで
板厚6.0mm×幅109mm×長さ945mm寸法の複合板材となし
た。

また、比較例として、上記の芯材と同一組成のＢ含有オ
ーステナイトステンレス鋼をそのまま鍛造及び熱間圧延
し、同様の最終仕上寸法の板材となした。

得られた２種のＢ含有オーステナイトステンレス熱間圧
延材の加工における各々の加熱回数と耳割れ状況及び製
品歩留（最終製品／鋼塊×100％）を調べ、さらに腐食
速度試験を実施し、第１表にその結果を示す。

また、腐食速度試験は下記方法で実施した。まず、本発
明複合材の熱間圧延板より幅10mm×長さ40mm×厚み5.6m
m寸法、比較例圧延板材から幅10mm×長さ40mm×厚み3mm
寸法に切断加工し、熱処理条件は、溶体化処理1050℃×
10分，水冷後、鋭敏化処理は上記の溶体化処理後に650
℃×２時間保持した後放冷の条件で実施した。

腐食速度試験片は、各試験片表面を湿式にて320番仕上
げを施し、脱脂洗浄乾燥後、化学天秤で秤量した。

また、採取した試験片は腐食試験前に切断面を保護する
ためシリコン樹脂を塗布した。

試験装置に溶液の蒸発を防ぐコンデンサー付フラスコを
用い、該フラスコに腐食液として塩素イオン500ppmを含
有する中性H₃BO₃を入れ、80℃で空気飽和の状態で、こ
こに試験片を浸漬して720時間放置し、その後の試験片
の重量を秤量し、腐食速度を算出した。

腐食速度（g/m²h）＝Δw/SH Δw;w₁−w₂、 w₁；腐食試験前の試験片重量、 w₂；腐食試験後の試験片重量 S;表面積、 H;試験時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Cr16.50wt％〜19.50wt％、 Ni8.50wt％〜14.0wt％、 B1.00wt％〜2.60wt％含有のＢ含有オーステナイトステ
ンレス鋼を芯材とし、少なくともその４主面に、 Cr17.00wt％〜20.00wt％、 Ni8.0wt％〜13.0wt％含有のオーステナイトステンレス
鋼を溶着被覆してなることを特徴とする中性子遮蔽用複
合板。