JPH089755B2

JPH089755B2 - 耐粒界腐食性Ｆｅ―Ｃｒ―Ｍｎ系合金及びその用途

Info

Publication number: JPH089755B2
Application number: JP2190553A
Authority: JP
Inventors: 隆彦加藤; 平七郎高橋; 伸三池田; 治郎国谷; 雅清泉谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH03138334A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、核融合炉材料，高速増殖炉，軽水炉等の炉
構成材料用の鉄−クロム−マンガン系合金に係り、特に
中性子照射環境にさらされたとき、結晶粒界でのCr元素
の濃度減少を防止するに好適な鉄−クロム−マンガン系
合金とその用途に関する。

〔従来の技術〕これまで、原子力用材料として開発された鉄−クロム
−マンガン系の合金は、軽水炉や高速炉等の原子炉用鋼
として多用されている鉄−クロム−ニッケル系合金の主
構成元素であるニッケルをマンガンに置き換えたもので
あり、さらに相安定性の確保から、元素構成比を変えた
り微量元素の添加を追加したものである。この鉄−クロ
ム−マンガン系合金の優れた点は、特に核融合反応で生
ずるエネルギスペクトルを有する中性子の照射により生
成する放射性同位元素の残留放射能（以下誘導放射能と
呼ぶ）が、ニッケルをマンガンに置換することにより低
減できるため、核融合炉の安全性の高度化や炉メンテナ
ンス・廃棄物処理・炉構成材料の再利用における経済性
の向上に大きな効果がある。

これら従来の合金には、特開昭61−9560号公報に記載
のように20〜40重量％のMnと、０〜15重量％のCrと、0.
4〜3.0重量％のSiと、オーステナイト微細構造を安定化
させる量のＣ及びＮの少なくとも一方であって、0.7重
量％未満のＣ及び0.3重量％のＮと、０〜0.1重量％のＰ
と、０〜0.01重量％のＢと、０〜3.0重量％のAlと、０
〜0.5重量％のNiと、０〜2.0重量％のＷと、０〜1.0重
量％のTaと、０〜2.5重量％のＶとから成り、残部が実
質的に鉄であるオーステナイト微細構造を持つものが発
明されている。またこれに準ずる発明として、特開昭62
−238253号公報に記載のように重量基準にて、C;0.05〜
0.5％,Mn;12〜50％,Cr;2〜20％,Si;0.1〜5.0％,Al;0.01
〜4.0％,N;0.25％以下を有し、更にTi;0.01〜1.0％,Nb;
0.01〜1.0％,Zr;0.005〜0.2％のうち１種以上を所定比
で含有し、残部を不可避不純物を除く鉄とした高温強度
を向上させた高マンガンオーステナイト鋼がある。さら
に上記高マンガンオーステナイト鋼に、Ni;10％以下,C
o;5％以下,Cu;10％以下、のうち１種以上を加えた鋼ま
たは、Mo;5％以下,W;5％以下のうち１種以上を加えた鋼
または、Ni;10％以下,Co;5％以下,Cu;10％以下，のうち
１種以上及びMo;5％以下,W;5％以下のうち１種以上を含
有した高マンガンオーステナイト鋼が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来合金は、中性子照射雰囲気下での使用の際に
起こる結晶粒界での元素の組成変化について配慮がされ
ておらず、特に結晶粒界での耐食性低下及び強度低下の
原因である粒界でのCr濃度低下の問題があった。

本発明の目的は、中性子照射に対して鉄−クロム−マ
ンガン系合金の結晶粒界でのクロム濃度を高めることの
できる特性を持ち、軽水炉や高速増殖炉，核融合炉等の
ごとき中性子照射雰囲気で使用される炉心機器，構造物
の構成材料に使用するに好適な合金とその装置及びその
構成部品を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１発明は、重量でMn5〜25.3％,Cr5〜18％,Al4.21〜
12％及び残部が実質的にFeからなり、フェライト組織を
有することを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金
にある。

第２発明は、第１発明に重量で、C0.001〜0.5％及びN
0.001〜0.15％の少なくとも１種を含み、フェライト又
はフェライトとオーステナイトの混合組織を有するFe−
Cr−Mn系合金にある。

第３発明は、第１発明又は第２発明に重量で、Ti0.01
〜1.0％,Zr0.01〜0.5％,Hf0.01〜0.5％,Nb0.01〜0.5％
及びTa0.01〜0.5％の少なくとも１種を含むFe−Cr−Mn
系合金にある。

第４発明は第１〜第３発明のいずれかに重量でMo4.0
％以下及びW4.0％以下の少なくとも１種を含むFe−Cr−
Mn系合金にある。

第５発明は第１〜第４発明のいずれかに重量でB0.003
〜0.1％及びP0.01〜0.08％の少なくとも１種を含むこ
と、第６発明は前述の発明のいずれかにSi0.01〜5.0重
量％含むFe−Cr−Mn系合金にある。

第７発明は、Ni当量（0.5Mn＋Ni＋30C＋26N）が９〜2
0でかつ重量で、Mn25.3％以下,C0.5％以下,N0.5％以下,
Cr5〜18％,Al4.5〜12％,Si0.01〜5.0％,Ni2〜15％を含
有し、残部が不可避不純物を除きFeから成ることを特徴
とするフェライトとオーステナイトの混合構造を有する
鉄−クロム−マンガン系合金である。

第８発明は、第７発明にさらにTi当量（Ti＋0.53Zr＋
0.27Hf＋0.52Nb＋0.26Ta）が0.1〜0.4の範囲に入るTi,Z
r,Hf,Nb,Taのうち１種以上を含有し、残部が不可避不純
物を除きFeから成ることを特徴とするフェライト及びオ
ーステナイト混合構造を有する鉄−クロム−マンガン系
合金である。

第９発明は第７又は第８の鉄−クロム−マンガン系合
金にさらにP;0.01〜0.08重量％を含有するものである。

第10発明は第７〜第９発明に対してMo4.0重量％以下
及びW4.0重量％以下の少なくとも１種を含むものであ
る。

上記合金は、エネルギＥ＞0.1MeVの中性子照射環境下
で、特に10²⁰n/cm²以上の照射を受けても粒界Cr濃度が
減少しない合金であるが、該中性子照射を受けることに
よりさらに粒界Cr濃度を上昇させることのできる合金を
発現できる。従って、上記各組成成分を持つ本発明合金
は、10²⁰n/cm²（Ｅ＞0.1MeV）の中性子照射環境下で使
用することにより、粒界Cr濃度の減少防止効果をより高
めたものである。

更に、本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、高温高圧純水下で作動する原子炉にお
いて、該原子炉圧力容器内の前記構成物品の少なくとも
１つが、前述の第１〜第10発明のFe−Cr−Mn系合金から
なるものである。

また、本発明は水冷構造を有する真空容器内にプラズ
マ側にセラミックタイルが設けられ水冷構造を有するダ
イバータ及びプラズマ側にセラミックタイルが設けられ
水冷構造を有する第１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水に接する部材が同様に本発
明のFe−Cr−Mn系合金からなるものである。

〔作用〕

本発明においては、Fe−Cr−Mn合金に主構成元素とし
てAlを添加すると共に、その組成を限定し、さらにその
添加効果を失わないように、制限した量の実用微量元素
を添加することにより、中性子照射環境下で結晶粒界の
Cr濃度が減少しないまたは該Cr濃度が上昇する合金を創
生した。そこで次に粒界Cr濃度の減少防止を達成するた
めに発明した合金組成成分の働きについて詳細を述べ
る。

一般に照射による粒界近傍での元素濃度の変化は、合
金の平均的な原子サイズに比較して、サイズの大きい元
素が粒界で減少し、サイズの小さい元素が粒界に集中す
る。これは、照射により材料中に生成した点欠陥すなわ
ち原子空孔と格子間原子が点欠陥消滅場所である粒界に
等量流れ込んでくる過程で、合金の平均原子サイズより
大きい元素は、原子空孔と相互作用し、原子空孔と入れ
換わるため原子空孔が流れ込む粒界とは逆の方向に移動
し、粒界で濃度減少を起こす。また合金の平均原子サイ
ズより小さい元素は、格子間原子と相互作用し格子間原
子に引きずられて粒界に移動し粒界での濃度が高くな
る。この様な機構により照射による溶質原子の粒界近傍
での濃度変化が説明できる。実際、第２図や第４図で
は、合金の平均原子サイズより大きな原子サイズのCrは
粒界で濃度減少が起こっている。そこで本発明者らは、
合金の平均原子サイズを増大させることにより合金の平
均原子サイズに比較したCrの相対的な原子サイズを小さ
くするという指導原理を発想した。これを実現させる方
法として、合金に固溶可能でかつ原子サイズが大きい元
素の添加を種々検討した結合、Alの添加が有効であるこ
とを見い出し、本発明をするに達した。またMnの構成量
を増大させることも上記効果を発現させるのに有効と考
えられたため高いMn量の合金について照射実験を行った
が、Mn量が高いとMnを多く含む析出物が結晶粒内に多数
形成されるため、第３図に示した様に実質的にMn量コン
トロールのみでは粒界Cr濃度低下を防止することはでき
なかった。

本発明の合金では、Alの添加が上記の作用により粒界
Cr濃度低下防止に重要な役割を果たしている。このため
Alは固溶状態で一定量以上添加される必要がある。従っ
て、本発明合金で作製した部品は1000〜1200℃で15〜60
分程度の溶体化処理を施したものが好ましく、さらにそ
の後30％以下の塑性加工を加えたものも好ましい。塑性
加工が30％を越えると伸びの低下が著しくなるためであ
る。また合金鋼塊は1000〜1150℃程度で熱間加工を加え
て最終素材にした階段で上記溶体化処理を施すのが好ま
しい。一方、Fe−Cr−Mn合金を構成材料として使用する
場合、適切な機械的強度，耐食性，耐酸化性，耐スエリ
ング性等が要求されるが、これらを発現させるに一般に
用いられている種々の実用添加元素は、上記Al添加の効
果をさまたげない様に制限されなければならない。この
様な立場から、本発明合金は組成成分を次の様に限定し
た。

Al;照射による粒界Cr濃度の低下を防止するために
は、フェライト組織に対しては4.21％以上，フェライト
＋オーステナイト組織に対しては4.5％以上添加量が必
要であり、12％を越えると粗大なAl化合物の析出により
脆化が著しく、また熱間加工時，冷間加工時に割れが入
るためその範囲を12％以下と定めた。特に4.5〜6.5％が
好ましい。

Mn;Alの固溶効果を高めるのにはNiを含まない合金に
対しては５％以上の添加が必要である。本発明合金が主
にフェライト構造をとる場合またはフェライトとオース
テナイト構造をとる場合いずれに対しても適用できる。
しかし、25.3％を越えるとMnの化合物が粗大析出して脆
化が著しくなるので、この値を上限として加えられる。
特に５〜10％または20〜25.3％が好ましい。450〜600℃
で加熱すると11〜19％で衝撃値が低下する。

Cr;良好な耐食性を保持するため、少なくとも５％以
上を必要とするが、18％を越えるとAlと析出物を形成し
たり、δ相，σ相を形成して脆くなるため５〜18％と定
めた。また本発明合金がNiを含まない場合、特にσ相形
成による脆化が高Cr側で著しいため７〜12％に保持する
ことが好ましい。オーステナイト相を含む本発明合金で
は10〜18％が特に耐食性の点から好ましい。

Si;Siは無添加又は耐酸化性の保持の点から0.01％以
上の添加が有効である。５％を越えるとTi,Zr,Ta,N,Ni
等と種々の析出物を形成し、それらの添加効果を失わ
せ、またFeやCrとσ相を容易に形成しやすくなり脆化を
著しくさせるため、0.01〜５％と定めた。0.1〜２％が
好ましい。

Ti;Niを含まない本発明合金では、耐酸化性向上の点
から0.01％以上の添加が有効であるが、1.0％を越える
とSi等の照射誘起により粗大析出物を形成し脆化を促進
するので、0.01〜1.0％と定めた。またNiを含有させた
オーステナイト相を含む本発明合金では、耐スエリング
性を保持するため0.1％以上の添加が必要であるが、0.4
％を越えるとC,N,Si、等と粗大析出物を照射誘起析出し
て脆化を促進すると共に溶接性も著しく低下するため0.
1〜0.4％と定めた。

Zr,Hf,Nb,Ta;これらの元素はフェライト、又はフェラ
イトとオーステナイト相を含む本発明合金において、Ti
と同様に耐スエリング性を保持するためTi当量＝（0.53
Zr＋0.27Hf＋0.52Nb＋0.26Ta）が最小限0.1以上となる
様に添加することが必要である。該当該で0.4を越える
とTiと同様の上記の理由により耐脆化性及び溶接性が著
しく低下するので、上記Ti当量に従って0.1〜0.4となる
様に１種以上添加することが必要である。さらにZrは、
Niを含まない本発明合金では、高温強度を高めるための
元素であり、Ti当量で0.01％以上の添加が有効であるが
0.4％を越えると上記と同様の理由により好ましくな
い。

B;粒界強度の向上，結晶粒微細化，高温での延性改善
のため0.003％以上の添加が有効である。Ｂは熱中性子
照射により₅B¹⁰＋₀n¹→₂He⁴＋₃Li⁷なる反応でHeを生成
する元素であり、中性子照射環境下でHe生成による粒界
脆化が0.1％を越えると著しくなるので0.1％以下の添加
が好ましい。

P;0.01以上の添加により耐スエリング性が向上するた
め、Ｐを含有させることもできるが、0.08％を越えると
脆化が著しくなるので、0.08％以下とすることが好まし
い。

Mo,W;強度向上のため添加するのが好ましいが、4.0％
を越えるとσ相，ラーベス相形成を促進し脆化を誘起す
るので上限を4.0％と定めた。

C,N;Cは強度を向上させるため0.001％以上の添加が有
効であるが、ＮおよびＣが各々0.3％および0.5％を越え
ると粗大な窒化物や炭化物の形成により脆化が著しくな
るため、Ｎを0.001〜0.3％、Ｃを0.001〜0.5％と定め
た。フェライト組織に対しては0.15％以下とすべきであ
る。特に、C0.001〜0.15％,N0.001〜0.15％が好ましい
が、いずれも下限は0.05％がよりよい。

Ni;Niは延性を向上させるためフェライト相及びオー
ステナイト相混合構造を有する本発明合金では、Mn,C,N
の１種以上と置換してNi当量＝（Ni＋0.5Mn＋30C＋26
N）が９以上となるNi2〜15％の添加が有効である。また
同様の理由でフェライト構造の本発明合金では0.01〜0.
1％が好ましい。

以上の実用添加元素の組成範囲では、Al添加による、
照射誘起粒界Cr濃度減少の防止効果はさまたげられるこ
とがない。

また、Alの添加は上記の効果だけでなく、本発明合金
の耐酸化性を保持するのに有効で、さらに該合金中の酸
素量が多い場合、アルミナ形成による分散強化もでき
る。同様の強化は本合金に含有させたZrも効果がある。

オーステナイト相を形成するNi当量は12〜20が好まし
い。

〔実施例１〕第１図は重量でC0.01％,Cr10％,Si0.3％,Mn5％,Al4.8
％，残Feからなる合金に電子照射し、結晶粒界近傍の組
成変化を調べたものである。照射は、中性子照射を模擬
した電子照射を用い、温度723Kで照射量10dpaまで照射
した。但し、1dpaは中性子照射量で約１×10²¹n/cm²に
相当する。照射前には、結晶粒界及びその近傍でほぼ均
一な組成を有するが、照射により結晶粒界でのCr濃度減
少は防止されており、むしろ逆に照射前の約10.4％（母
相と同じ濃度レベル）より13.9％と約3.5％濃化させる
ことができる。また、Mnはベースの5.3％より4.3％と約
１％減少する。

本合金は、真空溶解後、1150℃で熱間鍛造または熱間
圧延を行い、1050〜1150℃で溶体化処理した後、冷間圧
延と焼鈍を繰り返し、最終的に1150℃,15分間加熱後水
冷する溶体化処理を行ったものである。

第２図及び第４図は、本発明にかかる合金に比較する
ため同様の製法によって用意した合金であり、照射によ
り粒界Cr濃度が減少する例を示す。第２図は、Fe−10Cr
−3Mn合金を照射したときの、粒界近傍の組成変化を示
す。これは第１図の合金に近い組成でAl添加のない場合
である。照射条件は第１図において説明したのと同じで
あるが、明らかに結晶粒界でベースの10.6％より8.4％
と約2.2％のCrの減少が起きており、Alの添加が粒界Cr
濃度の低下を防止していることがわかる。また第３図は
Fe−Cr−Mn合金を基本３元素で構成したモデル合金とし
て溶製したFe−10Cr−22Mn合金にAl3.0重量％を添加し
た比較合金の照射結果を示す図である。Cr量はベースの
9.3％より粒界で8.6％とCrが低下しているが、１重量％
と少ない。Mn量はベースの21.7％より20％と約1.7％減
少している。第４図は、従来、軽水炉炉心部等で使用さ
れているSUS316L鋼を723Kで30dpaまで電子照射したとき
の、結晶粒界近傍の組成変化を示す。粒界ではCr濃度が
ベースの19.6％から16.8％と約３％減少し、Ni濃度がベ
ースの12.1％から15.5％と約3.4％高くなっている。

〔実施例２〕第１表は、本発明合金（No.1,2）の化学組成（重量
％）を比較合金（No.3〜10）と共に示す。また第５図
は、第１表の合金を照射したときの結晶粒界近傍のCr濃
度変化をエネルギ分散型Ｘ線分光分析装置で調べた結果
である。これらの合金はいずれも実施例１と同様に製造
したものである。照射は中性子を模擬した電子照射を用
い、温度723Kで照射量10dpaまで照射した（中性子照射
量約10²²n/cm²に相当）。いずれの合金でも照射前は粒
界及び粒内でCr濃度変化はないが、上記照射により本発
明合金では粒界でCr濃度が上昇する（No.1及び２）が、
No.3,6,7は粒界Cr濃度の減少が少ないものである。

一方、Mn量が20重量％以上の本発明合金（No.4及び
５）では、同量のAlを添加しても粒界でCr濃度が若干減
少しているが、低下量が１％以下と小さい。比較合金の
No.8〜10はCr濃度が２％以上減少していた。本実施例の
Niは不可避不純物として混入した。また本実施例のNo.1
〜3,6合金はフェライト構造をもつ合金である。また、N
o.4,5及び７は約３％の残留オーステナイト相を有し、
比較合金のNo.8〜10はオーステナイト組織を有する。

〔実施例３〕第２表はSiまたはTiまたは両方を含む本発明合金（N
o.1〜３）の化学組成（残部Fe,重量％）を比較合金（N
o.4,5）と共に示し、さらに実施例１と同様の条件で製
造し、更に照射した後の粒界Cr濃度の増減を示す。Si及
び／またはTiを含有した場合でも照射による粒界Cr濃度
減少はAl添加により防止されている。本実施例ではＣ及
びＮが不可避不純物として混入している。本実施例の合
金はフエライト構造をもつ合金である。

〔実施例４〕第３表は本発明合金（No.1,3,5,No.11〜14）の化学組
成を比較合金（No.2,4,6,7〜10,No.15〜20）と共に示
し、さらに実施例１と同様の条件で製造し、電子照射し
た後の粒界Cr濃度の増減を示す。Ｃまたは／及びＮを添
加することによりオーステナイト組成を形成し、Si,Ti
のうち１種以上を所定量含有した本発明合金（1,3,5合
金）またはさらにZr,B,Pのうち１種以上を所定量含有し
た本発明合金（No.11〜14）でも、4.21重量％以上のAl
添加が照射による粒界Cr濃度か増加するものである。第
３表の合金はいずれも10〜25体積％程度のフェライト構
造の相を含むフェライトとオーステナイト混合構造を有
する合金である。

〔実施例５〕第４表は本発明合金（No.5〜12,14〜19）の化学組成
を比較合金（No.1〜4,13,20〜27）と共に示し、さらに
実施例１と同様の条件で製造し、電子照射した後の粒界
Cr濃度の増減を示す。Mn及びＣまたはＮをNiで置換した
本発明合金は、4.5重量％以上のAlの添加により、照射
で誘起される粒界Crを増加させるものである。さらに上
記合金にTi,Zr,Hf,Nb,Taのうち１種以上を所定量添加し
た本発明合金No.14〜19も該Cr濃度を増加させるもので
ある。これらの合金はオーステナイト構造を安定化させ
る上記諸元素の添加を施しても、本発明のAl添加の効果
が有効であることを示す実施例である。但し、組織はN
o.1〜12,No.14〜20,No.26,27がフェライト及びオーステ
ナイト混合構造を有するものである。No.1〜12,No.14〜
20はフェライト量が面積率で10〜30％及びNo.26,27のフ
ェライト量は50％であつた。

No.39及びNo.25はフェライト組織,No.21〜24はオース
テナイト組織である。フェライトとオーステナイト混合
組織を有するもののNi当量は13〜20の範囲である。

〔実施例６〕第６図は、沸騰水型軽水炉（BWR）炉心部の要部欠截
略斜視図である。図において、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:シユラウド,6:上
部格子板である。これらの構造物及び機器は軽水炉炉心
を構成するもので、中性子照射量が多く、また288℃,7M
Pa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よる鉄−クロム−マンガン鉄基合
金で作製することにより、中性子照射下で粒界のCr温度
が上昇し、耐食性の向上が計れる。第６図に示すものの
他に、これら構造物および機器間で使用されるパーツ等
に本発明に係る合金を用いることで、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
用構造物および機器に本発明に係る合金を用いること
で、同様の効果が期待できる。

前述の中性子源パイプ1,中性子計装管3,制御棒挿入パ
イプ及び燃料集合体７のチャンネルボックス及び燃料被
覆管に実施例１〜４の合金を用いることにより、耐中性
子照射SCCに優れたものが得られる。これらの部材は鋼
塊より熱間加工及び溶体化処理後冷間加工と焼鈍の繰り
返しにより得られる。

また、本発明に係る合金は炉内にインターナルポンプ
を設けた新型転換炉（ABWR）及び加圧水型原子炉（PW
R）にも適用できる。ABWR炉内構造は前述のBWRのジエッ
トポンプ16に代えて炉内にインターナルポンプを設けた
ものであり、他はBWRとほぼ類似している。従って、こ
のABWR炉内機器及び構造物に対し前述のBWRへの適用製
品と同様に本発明に係る合金が前述と同様に適用され
る。本発明に係る合金を用いることによりより安全性の
高いものとすることができる。

〔実施例７〕第７図はトカマク型核融合炉の概略断面図である。図
において、31はダイバータ、32は第１壁および冷却パネ
ル、35はブランケット、33は真空容器である。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えいする種
々の粒子線の照射を受け、また冷却のために水に接する
設計となっており、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よる鉄−クロム−マン
ガン系鉄基板合金で作製することにより、照射下で粒界
のCr濃度を高め、耐食性の向上が計れる。

これらのダイバータ31,第１壁32及び真空容器33は水
冷構造を有し、本発明に係る合金によって構成される。
ダイバータ31,第１壁32は冷却構造の金属部材表面に低
原子番号（例えばSiC,Si₃N₄,AlN,Al₂O₃セラミックス）
からなるブロックが機械的又は金属的に接合された構造
を有する。これらに対しても本発明に係る合金が用いら
れ、板材又はパイプによって構成される。

核融合装置は図示されていないが、トロイダルコイル
34の他、ポロイダルコイル，真空排気装置を備えてい
る。核融合装置には、他にオープン磁場系，慣性閉込め
のレーザー加熱系かあり、これらのタイプにも粒子線の
照射を受け、高温水にさらされる部分に本発明に係る合
金が適用可能であり、高信頼性が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鉄−クロム−マンガン系合金にAlを
添加することにより中性子照射環境下において結晶粒界
でのクロム濃度を高めることができるので、このAl添加
の鉄−クロム−マンガン系合金を軽水炉や高速増殖炉，
核融合炉等のごとき中性子照射雰囲気で使用される炉心
機器，構造物等の構成材料に使用したとき、該合金の粒
界での耐食性，強度の低下を防止できるまたはそれらの
特性を高める効果がある。さらに同様の本発明合金の機
能から特に軽水炉炉心部の材料として使用するとき、照
射加速応力腐食割れ（IASCC）の防止にも著しい効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明による鉄−クロム−マンガン
系合金の照射による結晶粒界近傍の組成変化を示す図、
第２図及び第４図は比較合金の照射による結晶粒界近傍
の組成変化を示す図、第５図は本発明による合金の照射
による結晶粒界近傍のCr濃度変化を示す図、第６図は沸
騰水型原子炉炉心の要部欠截斜視図、第７図は核融合炉
の断面図である。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、７……燃料集合体、８……上鏡スプレイノズ
ル、９……ベントノズル、10……圧力容器蓋、11……圧
力容器フランジ、12……計測用ノズル、13……気水分離
器、14……シュラウドヘッド、15……給水入口ノズル、
16……ジエットポンプ、17……再循環水出口ノズル、18
……蒸気乾燥器、19……蒸気出口ノズル、20……給水ス
パージャー、21……炉心スプレイ用ノズル、22……下部
炉心格子、23……再循環水入口ノズル、24……バッフル
板、25……制御棒案内管、31……ダイバータ、32……第
１壁、33……真空容器、35……ブランケット。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ２１Ｃ 5/00 ＧＤＦ 9216−2ＧＧＤＬＣ 9216−2Ｇ (72)発明者泉谷雅清茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開昭60−36647（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−9560（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量で、Mn5〜25.3％,Cr5〜18％,Al4.21〜
12％及び残部が実質的にFeからなり、フェライト組織を
有することを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合
金。
【請求項２】重量で、C0.001〜0.5％及びN0.001〜0.15
％の少なくとも１種、Mn5〜25.3％,Cr5〜18％,Al4.21〜
12％及び残部が実質的にFeからなり、フェライト又はフ
ェライトとオーステナイト混合組織からなることを特徴
とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項３】請求項１又は２において、重量で、Ti0.01
〜1.0％,Zr0.01〜0.5％,Hf0.01〜0.5％,Nb0.01〜0.5％
及びTa0.01〜0.5％の少なくとも１種類を含むことを特
徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、重量
で、Mo4.0％以下及びW4.0％以下の少なくとも１種を含
むことを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、重量で
B0.003〜0.1％及びP0.01〜0.08％の少なくとも１種を含
むことを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、Si0.00
1〜0.5重量％を含むことを特徴とする耐粒界腐食性Fe−
Cr−Mn系合金。
【請求項７】重量で、Cr5〜18％,Al4.5〜12％,Si0.01〜
5.0％,Mn25.3％以下及びNi2〜15％と、C0.5％以下及びN
0.5％以下の少なくとも１種とを含み、（0.5Mn＋Ni＋30
C＋26N）の計算式より各元素の含有量を重量％で計算さ
れるNi当量が９〜20であり、残部が実質的にFeからな
り、フェライトとオーステナイトの混合組織を有するこ
とを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項８】重量で、Cr5〜18％,Al4.5〜12％,Si0.01〜
5.0％,Mn25.3％以下及びNi2〜15％と、C0.5％以下及びN
0.5％以下の少なくとも１種と、（0.5Mn＋Ni＋30C＋26
N）の計算式より各元素の含有量を重量％で計算されるN
i当量が９〜20であり、（Ti＋0.53Zr＋0.27Hf＋0.52Nb
＋0.26Ta）の計算式より各元素の含有量を重量％として
計算されるTi当量が0.1〜0.4である前記Ti,Zr,Hf,Nb及
びTaの１種以上を含有し、残部が実質的にFeであり、フ
ェライトとオーステナイトの混合組織を有することを特
徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【請求項９】請求項７又は８において、P0.01〜0.08重
量％を含むことを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系
合金。
【請求項１０】請求項７〜９のいずれかにおいて、重量
で、Mo4.0％以下及びW4.0％以下の少なくとも１種を含
むことを特徴とする耐粒界腐食性Fe−Cr−Mn系合金。
【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、高温高圧純水下で作動する原子炉におい
て、該原子炉圧力容器内の前記構成物品の少なくとも１
つが、請求項１〜10のいずれかに記載のFe−Cr−Mn系合
金からなることを特徴とする原子炉。
【請求項１２】高温高圧純水下にさらされる中性子源パ
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
ンネルボックスの少なくとも１つが、請求項１〜10のい
ずれかに記載のFe−Cr−Mn系合金からなることを特徴と
する原子炉圧力容器内構成部品。
【請求項１３】水冷構造を有する真空容器内にプラズマ
側にセラミックタイルが設けられた水冷構造を有するダ
イバータ及びプラズマ側にセラミックタイルが設けられ
水冷構造を有する第１壁を備えた核融合炉において、該
核融合炉の前記構造部品の前記水に接する部材が請求項
１〜10のいずれかに記載のFe−Cr−Mn系合金からなるこ
とを特徴とする核融合炉。
【請求項１４】水冷構造を有する真空容器，セラミック
タイルが設けられ水冷構造を有するダイバータ、セラミ
ックタイルが設けられ水冷構造を有する第１壁及びブラ
ンケットの少なくとも１つが、請求項１〜10のいずれか
に記載のFe−Cr−Mn系合金からなることを特徴とする核
融合炉構成部品。