JPH08165545A - 中性子照射下で使用される構造部材 - Google Patents
中性子照射下で使用される構造部材Info
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- JPH08165545A JPH08165545A JP6310308A JP31030894A JPH08165545A JP H08165545 A JPH08165545 A JP H08165545A JP 6310308 A JP6310308 A JP 6310308A JP 31030894 A JP31030894 A JP 31030894A JP H08165545 A JPH08165545 A JP H08165545A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的強度を低下することなく、耐中性子照
射脆性向上をはかれること。 【構成】 中性子照射下で使用される構造部材であっ
て、その少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.０５％
以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５％を満たす成分のオーステナイト鋼で構成され
ていること。
射脆性向上をはかれること。 【構成】 中性子照射下で使用される構造部材であっ
て、その少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.０５％
以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５％を満たす成分のオーステナイト鋼で構成され
ていること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放射線照射下で高温高
圧水に接するオーステナイト鋼からなる構造部材に関わ
り、特に中性子照射下で使用される構造部材、改質用部
材及びそれを用いた原子炉、核融合炉に関する。
圧水に接するオーステナイト鋼からなる構造部材に関わ
り、特に中性子照射下で使用される構造部材、改質用部
材及びそれを用いた原子炉、核融合炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、軽水炉の炉心構造物や機器のため
の構造部材にはＪＩＳ規格の３０４または３１６ステン
レス鋼が用いられており、これらには使用環境中での耐
食性や耐粒界割れ感受性向上のための方策がなされてい
る。例えば、中性子照射を受けたステンレス鋼に高温水
環境下で発生する粒界腐食や粒界型応力腐食割れ（以下
まとめて粒界脆化と呼ぶ）を軽減又は防止する方法とし
て、特公平１−１８１４３号公報、特開昭６２−２３８
３５５号公報、特開昭６２−２３８３５３号公報に開示
されているようにステンレス鋼中に含まれる炭素量を低
減し、ＮｂやＴｉなどのような炭化物安定元素を添加
し、粒界近傍のＣｒ枯渇現象を抑制、防止するものがあ
る。
の構造部材にはＪＩＳ規格の３０４または３１６ステン
レス鋼が用いられており、これらには使用環境中での耐
食性や耐粒界割れ感受性向上のための方策がなされてい
る。例えば、中性子照射を受けたステンレス鋼に高温水
環境下で発生する粒界腐食や粒界型応力腐食割れ（以下
まとめて粒界脆化と呼ぶ）を軽減又は防止する方法とし
て、特公平１−１８１４３号公報、特開昭６２−２３８
３５５号公報、特開昭６２−２３８３５３号公報に開示
されているようにステンレス鋼中に含まれる炭素量を低
減し、ＮｂやＴｉなどのような炭化物安定元素を添加
し、粒界近傍のＣｒ枯渇現象を抑制、防止するものがあ
る。
【０００３】また特開昭６２−１０７０４７号公報に
は、中性子照射に起因する粒界脆化を防止する方法に関
して、ＳｉやＰを低減し、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉなどの安定
な炭化物を生成する元素を添加し、Ｃｒ炭化物の形成を
抑制することが開示されている。さらに特開平３−７２
０５４号公報には、ステンレス鋼中において母相の平均
原子体積に対するＣｒの原子体積の比が０.９００〜１.
０３０となるように成分配置を調整し、照射誘起粒界Ｃ
ｒ欠乏層の発生メカニズムを抑制することが開示されて
いる。これらの技術は、粒界近傍のＣｒ欠乏層の発生を
抑制することで粒界の耐食性を維持し、高温高圧水中に
おける耐粒界脆化性向上を目的に開発され、特に原子炉
炉心構造部品用、核融合炉第一壁用ステンレス鋼とし
て、適用が考えられている。
は、中性子照射に起因する粒界脆化を防止する方法に関
して、ＳｉやＰを低減し、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉなどの安定
な炭化物を生成する元素を添加し、Ｃｒ炭化物の形成を
抑制することが開示されている。さらに特開平３−７２
０５４号公報には、ステンレス鋼中において母相の平均
原子体積に対するＣｒの原子体積の比が０.９００〜１.
０３０となるように成分配置を調整し、照射誘起粒界Ｃ
ｒ欠乏層の発生メカニズムを抑制することが開示されて
いる。これらの技術は、粒界近傍のＣｒ欠乏層の発生を
抑制することで粒界の耐食性を維持し、高温高圧水中に
おける耐粒界脆化性向上を目的に開発され、特に原子炉
炉心構造部品用、核融合炉第一壁用ステンレス鋼とし
て、適用が考えられている。
【０００４】ところがこれらのステンレス鋼を原子炉炉
心に装荷したところ、不純物、特に窒素Ｎが中性子照射
によって生成する照射欠陥集合体の核となって材料の硬
化を加速し、耐中性子照射脆性を悪化させることがわか
った。またＮは中性子照射によって発生する照射誘起粒
界偏析現象を加速するため、粒界のＰ偏析およびＣｒ欠
乏を促進して粒界耐食性を悪化させることがわかった。
心に装荷したところ、不純物、特に窒素Ｎが中性子照射
によって生成する照射欠陥集合体の核となって材料の硬
化を加速し、耐中性子照射脆性を悪化させることがわか
った。またＮは中性子照射によって発生する照射誘起粒
界偏析現象を加速するため、粒界のＰ偏析およびＣｒ欠
乏を促進して粒界耐食性を悪化させることがわかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、Ｎ
が照射脆性および照射誘起粒界偏析を加速する因子とな
っていることへの配慮がなされていない。一方で、Ｎの
添加量が最適化されていないため、過度のＮ量低減によ
る機械的強度の低下を招き、実用上の問題がある。
が照射脆性および照射誘起粒界偏析を加速する因子とな
っていることへの配慮がなされていない。一方で、Ｎの
添加量が最適化されていないため、過度のＮ量低減によ
る機械的強度の低下を招き、実用上の問題がある。
【０００６】先に示されたようなステンレス鋼の耐中性
子照射脆性向上のための不純物制御は、それら不純物の
添加量を最適化し、機械的強度への影響や製鋼段階にお
けるコストアップ等への配慮がなされていない。
子照射脆性向上のための不純物制御は、それら不純物の
添加量を最適化し、機械的強度への影響や製鋼段階にお
けるコストアップ等への配慮がなされていない。
【０００７】本発明の目的は、照射脆性および照射誘起
粒界偏析を加速する要因となるＮ量を最適化し、耐中性
子照射脆性に優れた構造部材、改質用部材及びそれを用
いた原子炉、核融合炉を提供することにある。
粒界偏析を加速する要因となるＮ量を最適化し、耐中性
子照射脆性に優れた構造部材、改質用部材及びそれを用
いた原子炉、核融合炉を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、ステンレス鋼の耐中
性子照射脆性の向上、機械的強度の維持およびコストを
総合的に評価し、低減すべきＰおよびＮ量を最適化し、
上記の目的を達成するより安価なステンレス鋼を提供す
ることにある。
性子照射脆性の向上、機械的強度の維持およびコストを
総合的に評価し、低減すべきＰおよびＮ量を最適化し、
上記の目的を達成するより安価なステンレス鋼を提供す
ることにある。
【０００９】本発明の他の目的は、軽水炉、重水炉、核
融合炉の炉心およびその周辺機器において、１０23ｎ／
ｍ2以上の高速中性子または同等の粒子線照射損傷を受
け、かつ高温水に接する環境下で耐中性子照射脆性に優
れたオーステナイト鉄基合金によって構成された上記構
造物または機器を提供することにある。
融合炉の炉心およびその周辺機器において、１０23ｎ／
ｍ2以上の高速中性子または同等の粒子線照射損傷を受
け、かつ高温水に接する環境下で耐中性子照射脆性に優
れたオーステナイト鉄基合金によって構成された上記構
造物または機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願第１発明は、中性子
照射下で使用される構造部材であって、その少なくとも
表面が、重量％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％
以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分
のオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とする
ものである。
照射下で使用される構造部材であって、その少なくとも
表面が、重量％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％
以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分
のオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とする
ものである。
【００１１】本願第２発明は、中性子照射下で使用され
る構造部材であって、その少なくとも表面が、重量％
で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.
０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２
〜０.０３％、Ｓｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜
１.５％、Ｃｒ：９〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍ
ｏ：０.１〜３％、およびＦｅ：５０％以上を満たす成
分のオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とす
るのである。
る構造部材であって、その少なくとも表面が、重量％
で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.
０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２
〜０.０３％、Ｓｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜
１.５％、Ｃｒ：９〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍ
ｏ：０.１〜３％、およびＦｅ：５０％以上を満たす成
分のオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とす
るのである。
【００１２】本願第３発明は、中性子照射下で使用され
る構造部材であって、その少なくとも表面が、重量％
で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.
０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２
〜０.０３％、Ｓｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜
１.５％、Ｃｒ：９〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍ
ｏ：０.１〜３％、およびＦｅ：５０％以上、更にＮ
ｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，ＨｆおよびＶの一種又は二種以
上の合計量：１.０％以下を満たす成分のオーステナイ
ト鋼で構成されていることを特徴とするものである。
る構造部材であって、その少なくとも表面が、重量％
で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.
０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２
〜０.０３％、Ｓｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜
１.５％、Ｃｒ：９〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍ
ｏ：０.１〜３％、およびＦｅ：５０％以上、更にＮ
ｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，ＨｆおよびＶの一種又は二種以
上の合計量：１.０％以下を満たす成分のオーステナイ
ト鋼で構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】本願第４発明は、第２発明又は第３発明に
おいて、Ｍｏを含まないオーステナイト鋼で構成されて
いることを特徴とするものである。
おいて、Ｍｏを含まないオーステナイト鋼で構成されて
いることを特徴とするものである。
【００１４】本願第５発明は、中性子照射下で使用され
る構造部材であって、その表面からの深さで１mm以下の
領域が、第１発明〜第４発明のいずれかに記載の構造部
材で形成されていることを特徴とするものである。
る構造部材であって、その表面からの深さで１mm以下の
領域が、第１発明〜第４発明のいずれかに記載の構造部
材で形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】本願第６発明は、少なくとも表面が、重量
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、２８８
℃の大気中で歪速度３×１０~4／秒で引張試験したとき
の０.２％耐力および引張強さが６０kgf／mm2以下であ
るオーステナイト鋼からなることを特徴とするものであ
る。
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、２８８
℃の大気中で歪速度３×１０~4／秒で引張試験したとき
の０.２％耐力および引張強さが６０kgf／mm2以下であ
るオーステナイト鋼からなることを特徴とするものであ
る。
【００１６】本願第７発明は、少なくとも表面が、重量
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、３００
℃の高温高圧水中で３×１０7／秒の歪速度で引張試験
したときの破断面における粒界破断の面積率が５％以下
であるオーステナイト鋼からなることを特徴とするもの
である。
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、３００
℃の高温高圧水中で３×１０7／秒の歪速度で引張試験
したときの破断面における粒界破断の面積率が５％以下
であるオーステナイト鋼からなることを特徴とするもの
である。
【００１７】本願第８発明は、少なくとも表面が、重量
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けることで粒界に
発生するＰ偏析及びＣｒ欠乏が、重量％でそれぞれ０.
４％以下、４％以下に抑制されるオーステナイト鋼から
なることを特徴とするものである。
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換
算して５×１０26ｎ／ｍ2の照射を受けることで粒界に
発生するＰ偏析及びＣｒ欠乏が、重量％でそれぞれ０.
４％以下、４％以下に抑制されるオーステナイト鋼から
なることを特徴とするものである。
【００１８】本願第９発明は、少なくとも表面が、重量
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は、室温で０.２％耐力が１８kgf／mm2以上、引張
強さが４９kgf／mm2以上、かつ３００℃で０.２％耐力
が１０.８kgf／mm2以上、引張強さが３８.８kgf／mm2以
上であるオーステナイト鋼からなることを特徴とするも
のである。
％で、Ｐ：０.０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ
０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オース
テナイト組織を有するオーステナイト鋼からなる中性子
照射下で使用される構造部材であって、該オーステナイ
ト鋼は、室温で０.２％耐力が１８kgf／mm2以上、引張
強さが４９kgf／mm2以上、かつ３００℃で０.２％耐力
が１０.８kgf／mm2以上、引張強さが３８.８kgf／mm2以
上であるオーステナイト鋼からなることを特徴とするも
のである。
【００１９】本願第１０発明は、前記第１発明〜第９発
明のいずれかに記載の成分のオーステナイト鋼で箔、粉
末または溶接棒等の形状に構成された改質用部材であ
る。
明のいずれかに記載の成分のオーステナイト鋼で箔、粉
末または溶接棒等の形状に構成された改質用部材であ
る。
【００２０】本願第１１発明は、原子炉圧力容器内に中
性子源パイプ、炉心支持板、中性子計装管、制御棒挿入
パイプ、シュラウド、上部格子板、燃料集合体用被覆管
及びチャンネルボックスを備えた原子炉において、該原
子炉の前記構成部品の少なくとも一つが、前記第１発明
〜第９発明のいずれかに記載の成分のオーステナイト鋼
からなることを特徴とするものである。
性子源パイプ、炉心支持板、中性子計装管、制御棒挿入
パイプ、シュラウド、上部格子板、燃料集合体用被覆管
及びチャンネルボックスを備えた原子炉において、該原
子炉の前記構成部品の少なくとも一つが、前記第１発明
〜第９発明のいずれかに記載の成分のオーステナイト鋼
からなることを特徴とするものである。
【００２１】本願第１２発明は、水冷構造を有する真空
容器内にプラズマ側にセラミックスタイルが設けられ水
冷構造を有するダイバータ、およびプラズマ側にセラミ
ックスタイルが設けられ水冷構造を有する第一壁を備え
た核融合炉において、該核融合炉の前記構成部品の少な
くとも一つが、前記第１発明〜第９発明のいずれかに記
載の成分のオーステナイト鋼からなることを特徴とする
ものである。
容器内にプラズマ側にセラミックスタイルが設けられ水
冷構造を有するダイバータ、およびプラズマ側にセラミ
ックスタイルが設けられ水冷構造を有する第一壁を備え
た核融合炉において、該核融合炉の前記構成部品の少な
くとも一つが、前記第１発明〜第９発明のいずれかに記
載の成分のオーステナイト鋼からなることを特徴とする
ものである。
【００２２】
【作用】Ｎはステンレスの製鋼過程において混入する不
可避な不純物である。これらは鋼中の母相の格子間原子
位置に安定に存在し、中性子照射によって導入される照
射欠陥集合体の核形成サイトとして働く。その結果、ス
テンレス鋼の照射硬化を加速して耐中性子照射脆性を悪
化させる。併せて、Ｎには照射誘起偏析を加速する働き
があるため、これによって生じる粒界Ｐ偏析やＣｒ欠乏
を加速し、粒界の耐食性を損なう原因となる。したがっ
てＮは低減したほうがよいが、０．００２％未満では強
度を低めるため好ましくない。従って、重量％で０.０
４％以下含めるのが好ましい。より好ましくは０．００
５〜０．０２％である。
可避な不純物である。これらは鋼中の母相の格子間原子
位置に安定に存在し、中性子照射によって導入される照
射欠陥集合体の核形成サイトとして働く。その結果、ス
テンレス鋼の照射硬化を加速して耐中性子照射脆性を悪
化させる。併せて、Ｎには照射誘起偏析を加速する働き
があるため、これによって生じる粒界Ｐ偏析やＣｒ欠乏
を加速し、粒界の耐食性を損なう原因となる。したがっ
てＮは低減したほうがよいが、０．００２％未満では強
度を低めるため好ましくない。従って、重量％で０.０
４％以下含めるのが好ましい。より好ましくは０．００
５〜０．０２％である。
【００２３】Ｐは中性子照射によって誘起される粒界偏
析機構により粒界に偏析し、粒界の耐食性を著しく損な
う要因の一つとなる。よってＰは０.０５％以下が好ま
しい。より好ましくは０．０３％以下、特に０.０１％
以下が望ましいが、Ｐを低減することはより大きな労力
を要するので、０．００５％以上とするのが好ましい。
析機構により粒界に偏析し、粒界の耐食性を著しく損な
う要因の一つとなる。よってＰは０.０５％以下が好ま
しい。より好ましくは０．０３％以下、特に０.０１％
以下が望ましいが、Ｐを低減することはより大きな労力
を要するので、０．００５％以上とするのが好ましい。
【００２４】中性子照射誘起脆性感受性の大小と前述の
ＰおよびＮの鋼中含有量の相関は、それぞれが独立に寄
与しているわけではなく、ＰもしくはＮの少なくとも一
方の低減で本発明に関わる機能を十分発揮する。現在の
製鋼技術によれば、これら不純物の低減はともに可能で
あるが、これらを共に低減すると機械的強度に影響す
る。したがって、機械的強度維持の見地から０.０１％
≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たすように成分配合すること
が望ましい。特にＰ＋Ｎ量が０．０１％未満のものに対
し、強化するにはＣ量を０．０２％以上とし、これにＴ
ｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の後述する強力な炭化物形成元素を加
えることが好ましい。
ＰおよびＮの鋼中含有量の相関は、それぞれが独立に寄
与しているわけではなく、ＰもしくはＮの少なくとも一
方の低減で本発明に関わる機能を十分発揮する。現在の
製鋼技術によれば、これら不純物の低減はともに可能で
あるが、これらを共に低減すると機械的強度に影響す
る。したがって、機械的強度維持の見地から０.０１％
≦Ｐ＋Ｎ≦０.０５％を満たすように成分配合すること
が望ましい。特にＰ＋Ｎ量が０．０１％未満のものに対
し、強化するにはＣ量を０．０２％以上とし、これにＴ
ｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の後述する強力な炭化物形成元素を加
えることが好ましい。
【００２５】Ｓｉは中性子照射、高温高圧水環境下です
き間腐食感受性を抑制する働きがあり、さらに製鋼の工
程で脱酸素剤として働くため、０.４〜０.６％添加する
ことが好ましい。
き間腐食感受性を抑制する働きがあり、さらに製鋼の工
程で脱酸素剤として働くため、０.４〜０.６％添加する
ことが好ましい。
【００２６】Ｃは中性子照射や加熱によりＣｒと反応し
て粒界近傍にＣｒを炭化物を析出し、粒界近傍にＣｒ欠
乏層を誘起する。その結果粒界の耐食性が著しく損なわ
れ、応力腐食割れを引き起こす要因となるので、できる
だけ少ないほうがよく、０.０３％以下とすべきであ
る。しかし、非常に低い濃度では強度を低め、耐中性子
照射脆性が悪化するので好ましくない。したがって０.
００２％以上含めるのが好ましく、特に０.００３〜０.
０２％が好ましい。より好ましくは０．０１０〜０．０
２０％である。
て粒界近傍にＣｒを炭化物を析出し、粒界近傍にＣｒ欠
乏層を誘起する。その結果粒界の耐食性が著しく損なわ
れ、応力腐食割れを引き起こす要因となるので、できる
だけ少ないほうがよく、０.０３％以下とすべきであ
る。しかし、非常に低い濃度では強度を低め、耐中性子
照射脆性が悪化するので好ましくない。したがって０.
００２％以上含めるのが好ましく、特に０.００３〜０.
０２％が好ましい。より好ましくは０．０１０〜０．０
２０％である。
【００２７】Ｃｒは高温水中での粒界の耐食性を向上す
る働きがあるが、９％未満では不十分であり、２６％を
越えるとσ相を形成しやすく機械的性質が悪化するの
で、９％〜２６％とすべきである。１５％〜２２％が好
ましく、特に１７％〜２０％が好ましい。
る働きがあるが、９％未満では不十分であり、２６％を
越えるとσ相を形成しやすく機械的性質が悪化するの
で、９％〜２６％とすべきである。１５％〜２２％が好
ましく、特に１７％〜２０％が好ましい。
【００２８】ＮｉとＭｎは合金中でオーステナイト組織
を得るために必要な元素であり、中性子照射下で用いる
合金は耐照射脆化の観点から安定なオーステナイト単相
であることが望ましい。特にＮｉは最低８％が必要であ
る。またＭｎは１.５％以下で添加すべきである。ただ
し、過剰のＮｉ，Ｍｎの添加は強度低下や脆化相の析出
を誘発するため好ましくない。よって、先に述べた母材
のオーステナイト組織安定の効果を満たす添加量として
Ｎｉ：８〜２０％、Ｍｎ：０.５〜１.５％が好ましく、
特にＮｉ：１０〜１４％が好ましい。
を得るために必要な元素であり、中性子照射下で用いる
合金は耐照射脆化の観点から安定なオーステナイト単相
であることが望ましい。特にＮｉは最低８％が必要であ
る。またＭｎは１.５％以下で添加すべきである。ただ
し、過剰のＮｉ，Ｍｎの添加は強度低下や脆化相の析出
を誘発するため好ましくない。よって、先に述べた母材
のオーステナイト組織安定の効果を満たす添加量として
Ｎｉ：８〜２０％、Ｍｎ：０.５〜１.５％が好ましく、
特にＮｉ：１０〜１４％が好ましい。
【００２９】Ｆｅは本合金のベースとなる元素で、今ま
での炉心材料の使用実績から５０〜７０％が好ましく、
特に５０〜６５％、より５２〜６０％が好ましい。
での炉心材料の使用実績から５０〜７０％が好ましく、
特に５０〜６５％、より５２〜６０％が好ましい。
【００３０】Ｍｏは高温水中での耐食性向上の見地から
添加するとよいが、３.０％を越えるとσ相の生成を促
進して機械的性質を著しく損なうので３.０％を上限と
する。また０．１％以下では照射脆化の改善効果が顕著
でないので下限を０．１％とする。０．２％程度から照
射脆化率がほぼ零となる。特に、１.０〜２.５％が好ま
しい。
添加するとよいが、３.０％を越えるとσ相の生成を促
進して機械的性質を著しく損なうので３.０％を上限と
する。また０．１％以下では照射脆化の改善効果が顕著
でないので下限を０．１％とする。０．２％程度から照
射脆化率がほぼ零となる。特に、１.０〜２.５％が好ま
しい。
【００３１】Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｖ，Ｚｒのこれ
らの元素は中性子照射下での耐食性維持の点で有効であ
る。特にこれらの元素はＣと化合して微細な炭化物を形
成して炭素を安定化する働きを持つため、Ｃｒ炭化物の
析出防止に寄与する。また、中性子照射で過剰に生成し
た原子空孔を粒内にトラップする働きがあるため、中性
子照射誘起粒界偏析現象によるＣｒ欠乏層の発生を抑制
する。しかしこれらの元素のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金への
固溶限界を考慮し、かつ十分な添加効果が得られる添加
量として、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆ，ＶおよびＺｒの一
種または二種以上を１.０％以下添加することが好まし
く、特に０.１〜０.６％が好ましい。
らの元素は中性子照射下での耐食性維持の点で有効であ
る。特にこれらの元素はＣと化合して微細な炭化物を形
成して炭素を安定化する働きを持つため、Ｃｒ炭化物の
析出防止に寄与する。また、中性子照射で過剰に生成し
た原子空孔を粒内にトラップする働きがあるため、中性
子照射誘起粒界偏析現象によるＣｒ欠乏層の発生を抑制
する。しかしこれらの元素のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金への
固溶限界を考慮し、かつ十分な添加効果が得られる添加
量として、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆ，ＶおよびＺｒの一
種または二種以上を１.０％以下添加することが好まし
く、特に０.１〜０.６％が好ましい。
【００３２】以上のような成分を有するオーステナイト
鋼は溶解、鍛造、鋳造および液体化処理を経て製造され
るが、溶解の雰囲気は真空が好ましい。また製造の工程
で、粗大な析出相、例えば炭化物やσ相等が形成する。
これを抑制するために、１０５０℃前後の温度で溶体化
した後、５０％以下の冷間圧延と９５０〜１０５０℃の
温度で焼鈍を一回以上繰り返すことで粗大な析出相の形
成を抑制することができ、加工性の向上が計れる。
鋼は溶解、鍛造、鋳造および液体化処理を経て製造され
るが、溶解の雰囲気は真空が好ましい。また製造の工程
で、粗大な析出相、例えば炭化物やσ相等が形成する。
これを抑制するために、１０５０℃前後の温度で溶体化
した後、５０％以下の冷間圧延と９５０〜１０５０℃の
温度で焼鈍を一回以上繰り返すことで粗大な析出相の形
成を抑制することができ、加工性の向上が計れる。
【００３３】尚、Ｓはステンレスの製鋼過程において混
入する不可避な不純物である。これらはＰ同様、中性子
照射によって誘起される粒界偏析メカニズムにより粒界
に偏析し、粒界の耐食性を著しく損なう。また、鋼中の
Ｍｎと反応してＭｎＳを形成し、脆化を促進する。よっ
てＳは０.００３％以下が好ましい。
入する不可避な不純物である。これらはＰ同様、中性子
照射によって誘起される粒界偏析メカニズムにより粒界
に偏析し、粒界の耐食性を著しく損なう。また、鋼中の
Ｍｎと反応してＭｎＳを形成し、脆化を促進する。よっ
てＳは０.００３％以下が好ましい。
【００３４】さらに軽水炉、重水炉、核融合炉の炉心構
造物を作製する過程においても９５０〜１０５０℃の温
度で焼鈍を１回以上繰り返すことで粗大な析出相の形成
を抑制することが出きる。
造物を作製する過程においても９５０〜１０５０℃の温
度で焼鈍を１回以上繰り返すことで粗大な析出相の形成
を抑制することが出きる。
【００３５】以上のようなオーステナイト鋼を用いて作
製された構造物や機器は、軽水炉、重水炉、核融合炉炉
心中で１０23ｎ／ｍ2以上の中性子照射を受け、高温高
圧水に接する環境に置かれた場合、従来のＪＩＳ３０
４、３１６系ステンレス鋼に比べ、優れた耐食性を示す
ことが期待される。
製された構造物や機器は、軽水炉、重水炉、核融合炉炉
心中で１０23ｎ／ｍ2以上の中性子照射を受け、高温高
圧水に接する環境に置かれた場合、従来のＪＩＳ３０
４、３１６系ステンレス鋼に比べ、優れた耐食性を示す
ことが期待される。
【００３６】
実施例１ 表１に示すとおり、本発明に関わる合金Ｎo.１〜１６を
溶製し、これらについて下記の（１）〜（４）の実験を
行なった。これらは、真空溶解法によりＮ量を低減さ
せ、その後、熱間鍛造および熱間圧延を施し、１０５０
℃で溶体化処理後、所望の試験片厚さまで冷間圧延と焼
鈍を繰り返し、最終的に１０５０℃×３０分の溶体化処
理を行なったものである。また、Ｎo.１７，１８，１９
はそれぞれＪＩＳ３０４，３０４Ｌおよび３１６Ｌ商用
ステンレス鋼、Ｎo.２０，２１は高純度かつ低Ｎ濃度の
比較ステンレス鋼である。
溶製し、これらについて下記の（１）〜（４）の実験を
行なった。これらは、真空溶解法によりＮ量を低減さ
せ、その後、熱間鍛造および熱間圧延を施し、１０５０
℃で溶体化処理後、所望の試験片厚さまで冷間圧延と焼
鈍を繰り返し、最終的に１０５０℃×３０分の溶体化処
理を行なったものである。また、Ｎo.１７，１８，１９
はそれぞれＪＩＳ３０４，３０４Ｌおよび３１６Ｌ商用
ステンレス鋼、Ｎo.２０，２１は高純度かつ低Ｎ濃度の
比較ステンレス鋼である。
【００３７】
【表１】
【００３８】（１）溶体化処理した供試材より、引張試
験片を作製し、５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照
射量に換算して５×１０26ｎ／ｍ2まで照射後、３００
℃の大気中で３×１０~4／ｓの歪速度で引張試験した。
その結果、０.２ｗｔ％耐力が６０ｋｇｆ／ｍｍ2以下で
あったものを軽水炉環境下で使用する供試材とした。 （２）（１）と同様の溶体化、電子照射を施した供試材
を、温度２８８℃、溶存酸素濃度３２ｐｐｍの高温高圧
水中で、３×１０~7／秒の歪速度で引張試験した後、走
査型電子顕微鏡を用いて破断面を観察し、粒界破断した
部位の面積が５％以下であったものを軽水炉環境下で使
用する供試材とした。 （３）（１）と同様の溶体化、電子照射を施した供試材
の粒界近傍の溶質元素の分布を、透過型電子顕微鏡とエ
ネルギー分散型Ｘ線分光分析器を用いて測定し、特に粒
界におけるＰ偏析量が母相の濃度に比べて０.４ｗｔ％
以下、Ｃｒの欠乏量（絶対値）が母相の濃度に比べて４
ｗｔ％であったものを軽水炉環境下で使用する供試材と
した。 （４）（１）と同様の溶体化を施した供試材を、温度２
８８℃および室温大気中で１×１０~4／秒の歪速度で引
張試験した後、０.２％耐力、引張強さ、伸び、絞りを
測定し、室温における耐力が１８ｋｇｆ／ｍｍ2以上、
引張強さが４９ｋｇｆ／ｍｍ2以上、伸び率４０％以
上、絞り率６０％以上であったものを供試材とした。ま
た、２８８℃における耐力が１０.８ｋｇｆ／ｍｍ2以
上、引張強度が３８.８ｋｇｆ／ｍｍ2以上であったもの
を供試材とした。
験片を作製し、５００℃で１ＭｅＶの電子線を中性子照
射量に換算して５×１０26ｎ／ｍ2まで照射後、３００
℃の大気中で３×１０~4／ｓの歪速度で引張試験した。
その結果、０.２ｗｔ％耐力が６０ｋｇｆ／ｍｍ2以下で
あったものを軽水炉環境下で使用する供試材とした。 （２）（１）と同様の溶体化、電子照射を施した供試材
を、温度２８８℃、溶存酸素濃度３２ｐｐｍの高温高圧
水中で、３×１０~7／秒の歪速度で引張試験した後、走
査型電子顕微鏡を用いて破断面を観察し、粒界破断した
部位の面積が５％以下であったものを軽水炉環境下で使
用する供試材とした。 （３）（１）と同様の溶体化、電子照射を施した供試材
の粒界近傍の溶質元素の分布を、透過型電子顕微鏡とエ
ネルギー分散型Ｘ線分光分析器を用いて測定し、特に粒
界におけるＰ偏析量が母相の濃度に比べて０.４ｗｔ％
以下、Ｃｒの欠乏量（絶対値）が母相の濃度に比べて４
ｗｔ％であったものを軽水炉環境下で使用する供試材と
した。 （４）（１）と同様の溶体化を施した供試材を、温度２
８８℃および室温大気中で１×１０~4／秒の歪速度で引
張試験した後、０.２％耐力、引張強さ、伸び、絞りを
測定し、室温における耐力が１８ｋｇｆ／ｍｍ2以上、
引張強さが４９ｋｇｆ／ｍｍ2以上、伸び率４０％以
上、絞り率６０％以上であったものを供試材とした。ま
た、２８８℃における耐力が１０.８ｋｇｆ／ｍｍ2以
上、引張強度が３８.８ｋｇｆ／ｍｍ2以上であったもの
を供試材とした。
【００３９】図１は前記（１）の実験の結果を、各供試
材毎に整理した結果である。通常のＮ濃度の従来鋼は照
射を受けることにより０.２％耐力が６０ｋｇｆ／ｍｍ2
を上回ってしまい照射硬化を生じていることがわかる。
一方、本発明鋼は、いずれも０.２％耐力が６０ｋｇｆ
／ｍｍ2以下で顕著な照射硬化が観察されなかった。こ
れらが中性子照射かつ高温高圧水環境下で使用された場
合でも、より良い耐照射脆化感受性を示すことが期待さ
れる。
材毎に整理した結果である。通常のＮ濃度の従来鋼は照
射を受けることにより０.２％耐力が６０ｋｇｆ／ｍｍ2
を上回ってしまい照射硬化を生じていることがわかる。
一方、本発明鋼は、いずれも０.２％耐力が６０ｋｇｆ
／ｍｍ2以下で顕著な照射硬化が観察されなかった。こ
れらが中性子照射かつ高温高圧水環境下で使用された場
合でも、より良い耐照射脆化感受性を示すことが期待さ
れる。
【００４０】図２は（２）の実験の結果を、各鋼種ごと
の粒界破断面でまとめたものを示す。従来鋼１８および
１９では粒界破面率（ＣＥＲＴ）が０％ではなく、照射
脆化感受性があることがわかった。一方、１〜１６の本
発明鋼では粒界破面率がすべて０％であった。
の粒界破断面でまとめたものを示す。従来鋼１８および
１９では粒界破面率（ＣＥＲＴ）が０％ではなく、照射
脆化感受性があることがわかった。一方、１〜１６の本
発明鋼では粒界破面率がすべて０％であった。
【００４１】図３および図４は、（３）の実験の結果を
鋼種毎に整理した結果を示す。Ｎ量を抑制した本発明鋼
では、照射誘起粒界偏析メカニズムで生じる粒界のＰ偏
析およびＣｒ欠乏のいずれも、それぞれ絶対値で０.４
％以下、４％以下に抑制されていることがわかる。特に
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｚｒのいずれかを一種類以上含
む鋼種ではＣｒ欠乏の抑制が顕著であった。
鋼種毎に整理した結果を示す。Ｎ量を抑制した本発明鋼
では、照射誘起粒界偏析メカニズムで生じる粒界のＰ偏
析およびＣｒ欠乏のいずれも、それぞれ絶対値で０.４
％以下、４％以下に抑制されていることがわかる。特に
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｚｒのいずれかを一種類以上含
む鋼種ではＣｒ欠乏の抑制が顕著であった。
【００４２】図５および図６は、（４）の実験の結果を
各鋼種ごとに整理した結果を示す。本発明鋼１〜１６に
おいてＰおよびＮ量をＰ＋Ｎ≦０.０５ｗｔ％を満たす
ように低減した影響が機械的強度に現われることが懸念
されたが、従来鋼１７〜１９の機械的強度とほぼ遜色な
いことがわかった。一方、比較材２０，２１の高純度鋼
は、低Ｐ、低Ｎとしたため機械的強度の点で劣っている
ことがわかった。したがって０.０１ｗｔ％≦Ｐ＋Ｎと
下限値を定める必要があることがわかった。
各鋼種ごとに整理した結果を示す。本発明鋼１〜１６に
おいてＰおよびＮ量をＰ＋Ｎ≦０.０５ｗｔ％を満たす
ように低減した影響が機械的強度に現われることが懸念
されたが、従来鋼１７〜１９の機械的強度とほぼ遜色な
いことがわかった。一方、比較材２０，２１の高純度鋼
は、低Ｐ、低Ｎとしたため機械的強度の点で劣っている
ことがわかった。したがって０.０１ｗｔ％≦Ｐ＋Ｎと
下限値を定める必要があることがわかった。
【００４３】表２は、前記（１）〜（４）の実験を表１
に記載した供試材に施した結果を示したものである。こ
の結果より、照射脆性、照射誘起粒界偏析の点で本発明
鋼は従来鋼に比べ良好であった。さらに機械的強度の評
価試験より、ＰおよびＮの低減は材料の機械的強度に悪
影響がなく、従来鋼並の性能があることが確認された。
一方、Ｎ，Ｐを過度に低減した比較材では機械的強度が
従来鋼の値を下回り、実用に供する場合に問題がある。
以上のことより鋼中のＰおよびＮを０.０１≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５ｗｔ％を満たすように低減することで機械的強
度を損なわずにステンレス鋼の中性子照射誘起脆性を低
減することができると考えられ、ひいては必要以上のコ
ストアップを伴わずに原子炉炉心環境下での構造部材の
健全性の維持、向上が期待できる。
に記載した供試材に施した結果を示したものである。こ
の結果より、照射脆性、照射誘起粒界偏析の点で本発明
鋼は従来鋼に比べ良好であった。さらに機械的強度の評
価試験より、ＰおよびＮの低減は材料の機械的強度に悪
影響がなく、従来鋼並の性能があることが確認された。
一方、Ｎ，Ｐを過度に低減した比較材では機械的強度が
従来鋼の値を下回り、実用に供する場合に問題がある。
以上のことより鋼中のＰおよびＮを０.０１≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５ｗｔ％を満たすように低減することで機械的強
度を損なわずにステンレス鋼の中性子照射誘起脆性を低
減することができると考えられ、ひいては必要以上のコ
ストアップを伴わずに原子炉炉心環境下での構造部材の
健全性の維持、向上が期待できる。
【００４４】
【表２】
【００４５】実施例２ 軽水炉の炉心で用いられている構造部材は、中性子照射
を受け、さらに炉水と接している表面部分から腐食反応
が進行して照射脆化を加速することが考えられる。そこ
で、オーステナイトステンレス鋼や低合金鋼などの原子
炉を構成している既存の鉄鋼材料の表面から深さ１ｍｍ
以下の領域を、次にあげるような方法で改質または合金
化することによって、既存材料の表面部分の耐中性子照
射脆性を改善することができ、既存材料の照射脆化を表
面部分で食い止めることができる。
を受け、さらに炉水と接している表面部分から腐食反応
が進行して照射脆化を加速することが考えられる。そこ
で、オーステナイトステンレス鋼や低合金鋼などの原子
炉を構成している既存の鉄鋼材料の表面から深さ１ｍｍ
以下の領域を、次にあげるような方法で改質または合金
化することによって、既存材料の表面部分の耐中性子照
射脆性を改善することができ、既存材料の照射脆化を表
面部分で食い止めることができる。
【００４６】（Ａ）改質したい材料の表面に本発明にか
かる成分及び組織の箔をはり付け、かつレーザー光を用
いた局所的に入熱する方法で表面から１ｍｍ以内の領域
を溶融して所望の合金成分に改質する。
かる成分及び組織の箔をはり付け、かつレーザー光を用
いた局所的に入熱する方法で表面から１ｍｍ以内の領域
を溶融して所望の合金成分に改質する。
【００４７】（Ｂ）本発明にかかる成分及び組織の合金
で溶接棒を作製し、ＴＩＧ溶接法により改質したい材料
の表面から１ｍｍ以内の厚さに均一に肉盛して所望の合
金成分領域を形成する。
で溶接棒を作製し、ＴＩＧ溶接法により改質したい材料
の表面から１ｍｍ以内の厚さに均一に肉盛して所望の合
金成分領域を形成する。
【００４８】（Ｃ）改質したい材料の表面に１ｍｍ以内
の厚さとなるように本発明にかかる成分のメッキを施
し、熱処理による拡散、溶融によって表面を合金化す
る。
の厚さとなるように本発明にかかる成分のメッキを施
し、熱処理による拡散、溶融によって表面を合金化す
る。
【００４９】軽水炉炉心構造物のうちシュラウドは燃料
棒や中性子計装管、制御棒などの炉心機器を保持する機
能を果たしており、構造上取り替え施工のできない最も
重要な構造物の一つである。今までの軽水炉ではシュラ
ウドは３０４もしくは３１６ステンレス鋼で製造されて
いるが、これらが長期間にわたって中性子照射量を受け
る高温高圧水中下で用いられるうちに、炉水と接する表
面から中性子照射による脆化が進行することが懸念され
る。そこで前述（Ａ）に示したように、シュラウドの全
部または特に脆化の著しい一部分の表面に本発明鋼の箔
をはり付け、かつレーザー光を用いた局所的に入熱する
方法で表面から１ｍｍ以下の領域を溶融して所望の合金
成分に改質することで、従来から使用されている取り替
え施工のできない構造物の耐中性子照射脆性を向上する
ことができる。また中性子源パイプ等比較的容易に取り
替えることのできる構造物や機器についても、従来の材
料の表面に本発明鋼の箔をはり付け、かつレーザー光を
用いた局所的に入熱する方法で表面から１ｍｍ以下の領
域を溶融して所望の合金成分に改質することにより、本
発明に係る合金で製造したのと同様の耐中性子照射脆性
の向上が計れる。
棒や中性子計装管、制御棒などの炉心機器を保持する機
能を果たしており、構造上取り替え施工のできない最も
重要な構造物の一つである。今までの軽水炉ではシュラ
ウドは３０４もしくは３１６ステンレス鋼で製造されて
いるが、これらが長期間にわたって中性子照射量を受け
る高温高圧水中下で用いられるうちに、炉水と接する表
面から中性子照射による脆化が進行することが懸念され
る。そこで前述（Ａ）に示したように、シュラウドの全
部または特に脆化の著しい一部分の表面に本発明鋼の箔
をはり付け、かつレーザー光を用いた局所的に入熱する
方法で表面から１ｍｍ以下の領域を溶融して所望の合金
成分に改質することで、従来から使用されている取り替
え施工のできない構造物の耐中性子照射脆性を向上する
ことができる。また中性子源パイプ等比較的容易に取り
替えることのできる構造物や機器についても、従来の材
料の表面に本発明鋼の箔をはり付け、かつレーザー光を
用いた局所的に入熱する方法で表面から１ｍｍ以下の領
域を溶融して所望の合金成分に改質することにより、本
発明に係る合金で製造したのと同様の耐中性子照射脆性
の向上が計れる。
【００５０】この方法はシュラウドや中性子源パイプの
外、炉心支持板、中性子計装管、制御棒、上部格子板、
燃料集合体用チャンネルボックス、スプレイノズル、ベ
ントノズル、圧力容器蓋、圧力容器フランジ、計測用ノ
ズル、気水分離器、シュラウドヘッド、給水入口ノズ
ル、ジェットポンプ、再循環水出口ノズル、蒸気乾燥
器、蒸気出口ノズル、給水スパージャ、炉心スプレイノ
ズル、下部格子板、再循環水入口ノズル、バッフル板、
制御棒案内管などの軽水炉炉心構造物、炉心機器にも適
用でき、同様の耐中性子照射脆性の向上が計れる。併せ
て、水冷却方法を用いたトカマク型核融合炉の炉心構造
物、炉心機器であるダイバータ、第１壁、冷却パネル、
真空容器などにも適用でき、同様の耐中性子照射脆性の
向上が計れる。また、前述の（Ｂ）（Ｃ）の施工方法は
（Ａ）の方法と等価な耐中性子照射脆性向上の効果が期
待できる。
外、炉心支持板、中性子計装管、制御棒、上部格子板、
燃料集合体用チャンネルボックス、スプレイノズル、ベ
ントノズル、圧力容器蓋、圧力容器フランジ、計測用ノ
ズル、気水分離器、シュラウドヘッド、給水入口ノズ
ル、ジェットポンプ、再循環水出口ノズル、蒸気乾燥
器、蒸気出口ノズル、給水スパージャ、炉心スプレイノ
ズル、下部格子板、再循環水入口ノズル、バッフル板、
制御棒案内管などの軽水炉炉心構造物、炉心機器にも適
用でき、同様の耐中性子照射脆性の向上が計れる。併せ
て、水冷却方法を用いたトカマク型核融合炉の炉心構造
物、炉心機器であるダイバータ、第１壁、冷却パネル、
真空容器などにも適用でき、同様の耐中性子照射脆性の
向上が計れる。また、前述の（Ｂ）（Ｃ）の施工方法は
（Ａ）の方法と等価な耐中性子照射脆性向上の効果が期
待できる。
【００５１】実施例３ 図７は沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）炉心部の概略断面斜視
図である。図において、１は中性子源パイプ、２は炉心
支持板、３は中性子計装管、４は制御棒、５はシュラウ
ド、６は上部格子板である。これらの構造物および機器
は軽水炉々水を構成するもので、中性子照射量が多く、
また、２８８℃、７ＭＰａの高温高圧水中下で用いられ
ている。これらの構造物および機器を本発明に関わる鋼
で作製するか、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域
を本発明に関わる方法で合金化することにより、中性子
照射下での粒界脆化を低減することができ、鋼の耐中性
子照射脆性の向上が計れる。
図である。図において、１は中性子源パイプ、２は炉心
支持板、３は中性子計装管、４は制御棒、５はシュラウ
ド、６は上部格子板である。これらの構造物および機器
は軽水炉々水を構成するもので、中性子照射量が多く、
また、２８８℃、７ＭＰａの高温高圧水中下で用いられ
ている。これらの構造物および機器を本発明に関わる鋼
で作製するか、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域
を本発明に関わる方法で合金化することにより、中性子
照射下での粒界脆化を低減することができ、鋼の耐中性
子照射脆性の向上が計れる。
【００５２】図７に示すもののほかに、これら構造物お
よび機器に使用する部品等に本発明に関わる鋼を使用す
るか、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明
に関わる方法で合金化することで、同様の効果が期待で
きる。さらに沸騰水型以外の水冷却型原子炉の炉心部用
構造物および炉心機器に本発明に関わる鋼を用いるか、
もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明に関わ
る方法で合金化することで、同様の効果が期待できる。
よび機器に使用する部品等に本発明に関わる鋼を使用す
るか、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明
に関わる方法で合金化することで、同様の効果が期待で
きる。さらに沸騰水型以外の水冷却型原子炉の炉心部用
構造物および炉心機器に本発明に関わる鋼を用いるか、
もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明に関わ
る方法で合金化することで、同様の効果が期待できる。
【００５３】さらに、炉心は次の機器により構成され、
本発明に関わる鋼、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の
領域を本発明に関わる方法で合金化する方法はこれらの
炉内構造物にも用いることができる。図において、７は
燃料集合体用チャンネルボックス、８はスプレイノズ
ル、９はベントノズル、１０は圧力容器蓋、１１は圧力
容器フランジ、１２は計測用ノズル、１３は気水分離
器、１４はシュラウドヘッド、１５は給水入口ノズル、
１６はジェットポンプ、１７は再循環水出口ノズル、１
８は蒸気乾燥器、１９は蒸気出口ノズル、２０は給水ス
パージャ、２１は炉心スプレイノズル、２２は下部格子
板、２３は再循環水入口ノズル、２４はバッフル板、２
５は制御棒案内管である。
本発明に関わる鋼、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の
領域を本発明に関わる方法で合金化する方法はこれらの
炉内構造物にも用いることができる。図において、７は
燃料集合体用チャンネルボックス、８はスプレイノズ
ル、９はベントノズル、１０は圧力容器蓋、１１は圧力
容器フランジ、１２は計測用ノズル、１３は気水分離
器、１４はシュラウドヘッド、１５は給水入口ノズル、
１６はジェットポンプ、１７は再循環水出口ノズル、１
８は蒸気乾燥器、１９は蒸気出口ノズル、２０は給水ス
パージャ、２１は炉心スプレイノズル、２２は下部格子
板、２３は再循環水入口ノズル、２４はバッフル板、２
５は制御棒案内管である。
【００５４】実施例４ 図８はトカマク型核融合炉の概略断面図である。図にお
いては、３１はダイバータ、３２はブランケット、３３
は真空容器、３４はトロイタルコイルである。これらの
構造物および機器はトカマク型核融合炉炉心を構成する
もので、多量の中性子、およびプラズマから漏洩する種
々の粒子線の照射を受け、また冷却のために水と接する
構造になっており、高温水と接触することになる。これ
らの構造物および機器を本発明に関わる鋼で作製する
か、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明に
関わる方法で合金化することにより、中性子照射下での
粒界脆性を低減することができ、鋼の耐中性子照射脆性
の向上が計れる。
いては、３１はダイバータ、３２はブランケット、３３
は真空容器、３４はトロイタルコイルである。これらの
構造物および機器はトカマク型核融合炉炉心を構成する
もので、多量の中性子、およびプラズマから漏洩する種
々の粒子線の照射を受け、また冷却のために水と接する
構造になっており、高温水と接触することになる。これ
らの構造物および機器を本発明に関わる鋼で作製する
か、もしくは表面から深さ１ｍｍ以下の領域を本発明に
関わる方法で合金化することにより、中性子照射下での
粒界脆性を低減することができ、鋼の耐中性子照射脆性
の向上が計れる。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、１０23ｎ／ｍ2以上の
高速中性子の照射を受け、かつ高温水または高温高圧水
に接する環境で使用する構造物または機器の粒界脆化等
に起因するオーステナイト鋼の中性子照射脆性を改善す
ることができ、原子炉構造物および機器、さらに核融合
炉真空容器およびその中の構造物および機器に本発明に
関わる鋼か、もしくは既存の部材の表面から深さ１ｍｍ
以下の領域を本発明に関わる方法で合金化する方法を使
用することにより、高い信頼性が得られるとともに使用
条件のアップが計られる効果を有する。
高速中性子の照射を受け、かつ高温水または高温高圧水
に接する環境で使用する構造物または機器の粒界脆化等
に起因するオーステナイト鋼の中性子照射脆性を改善す
ることができ、原子炉構造物および機器、さらに核融合
炉真空容器およびその中の構造物および機器に本発明に
関わる鋼か、もしくは既存の部材の表面から深さ１ｍｍ
以下の領域を本発明に関わる方法で合金化する方法を使
用することにより、高い信頼性が得られるとともに使用
条件のアップが計られる効果を有する。
【図１】０.２％耐力と鋼の組成との関係を示す図であ
る。
る。
【図２】粒界破面率と鋼中のＰ＋Ｎ量との関係を示す図
である。
である。
【図３】リンＰの偏析出と鋼の組成との関係を示す図で
ある。
ある。
【図４】クロムＣｒの欠乏と鋼の組成との関係を示す図
である。
である。
【図５】室温での機械的強度と鋼の組成との関係を示す
図である。
図である。
【図６】２８８℃での機械的強度と鋼の組成との関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）炉心部の概略断面斜
視図である。
視図である。
【図８】トカマク型核融合炉の概略断面図である。
１ 中性子源パイプ ２ 炉心支持板 ３ 中性子計装管 ４ 制御棒 ５ シュラウド ６ 上部格子板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｂ 1/00 Ｚ Ｇ２１Ｃ 13/08 ＧＤＬ 9216−2Ｇ Ｇ２１Ｄ 1/00 (72)発明者 服部 成雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (12)
- 【請求項１】 中性子照射下で使用される構造部材であ
って、その少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.０５
％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５％を満たす成分のオーステナイト鋼で構成され
ていることを特徴とする中性子照射下で使用される構造
部材。 - 【請求項２】 中性子照射下で使用される構造部材であ
って、その少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.０５
％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２〜０.０３％、Ｓ
ｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜１.５％、Ｃｒ：９
〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍｏ：０.１〜３％、お
よびＦｅ：５０％以上を満たす成分のオーステナイト鋼
で構成されていることを特徴とする中性子照射下で使用
される構造部材。 - 【請求項３】 中性子照射下で使用される構造部材であ
って、その少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.０５
％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋Ｎ≦
０.０５％を満たし、Ｃ：０．００２〜０.０３％、Ｓ
ｉ：０.４〜０.６％、Ｍｎ：０.５〜１.５％、Ｃｒ：９
〜２６％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｍｏ：０.１〜３％、お
よびＦｅ：５０％以上、更にＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，
ＨｆおよびＶの一種又は二種以上の合計量：１.０％以
下を満たす成分のオーステナイト鋼で構成されているこ
とを特徴とする中性子照射下で使用される構造部材。 - 【請求項４】 請求項２又は３において、Ｍｏを含まな
いオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とする
中性子照射下で使用される構造部材。 - 【請求項５】 中性子照射下で使用される構造部材であ
って、その表面からの深さで１mm以下の領域が、請求項
１〜４のいずれかに記載の構造部材で形成されているこ
とを特徴とする中性子照射下で使用される構造部材。 - 【請求項６】 少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.
０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋
Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オーステナイト組織を
有するオーステナイト鋼からなる中性子照射下で使用さ
れる構造部材であって、該オーステナイト鋼は５００℃
で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換算して５×１０
26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、２８８℃の大気中で歪
速度３×１０~4／秒で引張試験したときの０.２％耐力
および引張強さが６０kgf／mm2以下であるオーステナイ
ト鋼からなることを特徴とする中性子照射下で使用され
る構造部材。 - 【請求項７】 少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.
０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋
Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オーステナイト組織を
有するオーステナイト鋼からなる中性子照射下で使用さ
れる構造部材であって、該オーステナイト鋼は５００℃
で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換算して５×１０
26ｎ／ｍ2の照射を受けたのち、３００℃の高温高圧水
中で３×１０7／秒の歪速度で引張試験したときの破断
面における粒界破断の面積率が５％以下であるオーステ
ナイト鋼からなることを特徴とする中性子照射下で使用
される構造部材。 - 【請求項８】 少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.
０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋
Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オーステナイト組織を
有するオーステナイト鋼からなる中性子照射下で使用さ
れる構造部材であって、該オーステナイト鋼は５００℃
で１ＭｅＶの電子線を中性子照射量に換算して５×１０
26ｎ／ｍ2の照射を受けることで粒界に発生するＰ偏析
及びＣｒ欠乏が、重量％でそれぞれ０.４％以下、４％
以下に抑制されるオーステナイト鋼からなることを特徴
とする中性子照射下で使用される構造部材。 - 【請求項９】 少なくとも表面が、重量％で、Ｐ：０.
０５％以下、Ｎ：０.０４％以下、且つ０.０１％≦Ｐ＋
Ｎ≦０.０５％を満たす成分の全オーステナイト組織を
有するオーステナイト鋼からなる中性子照射下で使用さ
れる構造部材であって、該オーステナイト鋼は、室温で
０.２％耐力が１８kgf／mm2以上、引張強さが４９kgf／
mm2以上、かつ３００℃で０.２％耐力が１０.８kgf／mm
2以上、引張強さが３８.８kgf／mm2以上であるオーステ
ナイト鋼からなることを特徴とする中性子照射下で使用
される構造部材。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の成分
のオーステナイト鋼で箔、粉末または溶接棒等の形状に
構成された改質用部材。 - 【請求項１１】 原子炉圧力容器内に中性子源パイプ、
炉心支持板、中性子計装管、制御棒挿入パイプ、シュラ
ウド、上部格子板、燃料集合体用被覆管及びチャンネル
ボックスを備えた原子炉において、該原子炉の前記構成
部品の少なくとも一つが、請求項１〜９のいずれかに記
載の成分のオーステナイト鋼からなることを特徴とする
原子炉。 - 【請求項１２】 水冷構造を有する真空容器内にプラズ
マ側にセラミックスタイルが設けられ水冷構造を有する
ダイバータ、およびプラズマ側にセラミックスタイルが
設けられ水冷構造を有する第一壁を備えた核融合炉にお
いて、該核融合炉の前記構成部品の少なくとも一つが、
請求項１〜９のいずれかに記載の成分のオーステナイト
鋼からなることを特徴とする核融合炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6310308A JPH08165545A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 中性子照射下で使用される構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6310308A JPH08165545A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 中性子照射下で使用される構造部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08165545A true JPH08165545A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=18003665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6310308A Pending JPH08165545A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 中性子照射下で使用される構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08165545A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003239044A (ja) * | 2002-02-15 | 2003-08-27 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | 箔用ステンレス鋼および箔状ステンレス鋼 |
| WO2007138815A1 (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| WO2010110003A1 (ja) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| JP2014181383A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高耐食性高強度ステンレス鋼および原子炉内構造物ならびに高耐食性高強度ステンレス鋼の製造方法 |
| CN109355596A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-02-19 | 中南大学 | 一种含铜铪钴高耐蚀奥氏体不锈钢及其加工与热处理方法 |
| JP2020186423A (ja) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | 日本製鉄株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| CN115491612A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-20 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度低活化钢及其制备方法 |
| CN116377321A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种无铁素体的超纯净尿素级奥氏体不锈钢板及制备方法 |
-
1994
- 1994-12-14 JP JP6310308A patent/JPH08165545A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003239044A (ja) * | 2002-02-15 | 2003-08-27 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | 箔用ステンレス鋼および箔状ステンレス鋼 |
| WO2007138815A1 (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| JP5071384B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2012-11-14 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| WO2010110003A1 (ja) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| JP2014181383A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高耐食性高強度ステンレス鋼および原子炉内構造物ならびに高耐食性高強度ステンレス鋼の製造方法 |
| CN109355596A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-02-19 | 中南大学 | 一种含铜铪钴高耐蚀奥氏体不锈钢及其加工与热处理方法 |
| CN109355596B (zh) * | 2018-12-22 | 2022-03-18 | 佛山培根细胞新材料有限公司 | 一种含铜铪钴高耐蚀奥氏体不锈钢及其加工与热处理方法 |
| JP2020186423A (ja) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | 日本製鉄株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| CN115491612A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-20 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度低活化钢及其制备方法 |
| CN116377321A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种无铁素体的超纯净尿素级奥氏体不锈钢板及制备方法 |
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