JPH10317108A - χ相を多量に含む硬質ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非Ｃｏ基合金でありながら、Ｃｏ基合金と同
等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共に、３００℃
近傍における耐かじり特性に優れたχ相を多量に含む硬
質ステンレス鋼を提供するものである。 【解決手段】 母材中に、強化相であるχ相を５０％以
上析出させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強い放射線を受け
る原子力機器等用の硬質ステンレス鋼に係り、特に、原
子炉の配管系のバルブなどに用いても安全で、かつ、製
造コストが安価な硬質ステンレス鋼に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐かじり材料として幅広く使われ
ているものは、Ｃｏ基合金、例えば、ステライトが挙げ
られる。Ｃｏ基合金は、機械装置部品、特に室温あるい
は高温での耐摩耗性が高度に要求される部材に幅広く用
いられている。

【０００３】しかし、Ｃｏ基合金を強い放射線を受ける
環境において使用するには、次に挙げるような問題点が
ある。

【０００４】 Ｃｏが放射化元素であるため、Ｃｏ基
合金を原子力機器材料に用いた場合、Ｃｏが中性子照射
を受けてＣｏ−６０という放射性同位元素となり、原子
力機器への使用には適していない。

【０００５】 Ｃｏ基合金を原子炉（軽水炉）の一次
冷却水系のバルブに用いた場合、一次冷却水は高温・高
圧で循環されているため、３００℃近傍の耐かじり特性
が特に要求されるが、Ｃｏ基合金は３００℃近傍におい
て耐摩耗性が著しく劣化する。

【０００６】 ＣｏがレアメタルであるためＣｏ基合
金は高価なものとなり、製造コストが高くなる。

【０００７】そこで、近年、Ｎｏｒｅｍ Ｂ１（商品
名）を始めとするＣｏフリー（非Ｃｏ基合金）の耐かじ
り材の開発が行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年開
発されているＣｏフリーの耐かじり材において、Ｃｏ基
合金であるステライトと同等の耐摩耗性・耐かじり特性
を有し、かつ、３００℃近傍における耐かじり特性の劣
化が殆どないものは、未だ開発されていない。

【０００９】そこで本発明は、上記課題を解決し、非Ｃ
ｏ基合金でありながら、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・
耐かじり特性を有すると共に、３００℃近傍における耐
かじり特性に優れたχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、母材中に、強化相であるχ相を５
０％以上析出させたものである。

【００１１】請求項２の発明は、上記χ相を析出すべ
く、母材中にＭｏまたはＷの内の少なくとも１種を９ｗ
ｔ％以上添加する請求項１記載のχ相を多量に含む硬質
ステンレス鋼である。

【００１２】請求項３の発明は、化学組成が、 Ｍｏ＋Ｗ：９〜２８ｗｔ％、 Ｃｒ：１５〜２８ｗｔ％、 Ｍｎ＋Ｎｉ：６〜２０ｗｔ％、 Ｓｉ：２．５ｗｔ％以下、 Ｃ：０．０５〜２ｗｔ％、 Ｎ：０．３ｗｔ％以下、 残部：Ｆｅ である請求項１および請求項２記載のχ相を多量に含む
硬質ステンレス鋼である。

【００１３】以上の構成によれば、母材中に、強化相で
あるχ相を５０％以上析出させたため、非Ｃｏ基合金で
ありながら、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特
性を有すると共に、３００℃近傍における耐かじり特性
に優れたχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼を得ること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１５】本発明のχ相を多量に含む硬質ステンレス
鋼は、母材中に、強化相であるχ相を５０％以上析出さ
せたものである。

【００１６】χ相は、Ｃｒ、Ｍｏ（またはＷ）、および
Ｆｅからなる金属間化合物であり、χ相とγ相とからな
る母材（母相）中および母材の結晶粒界に沿って析出す
るものである。

【００１７】本発明のχ相を多量に含む硬質ステンレス
鋼における具体的な化学組成は、母材中に強化相である
χ相が５０％以上析出していれば特に限定するものでは
なく、例えば、 Ｍｏ＋Ｗ：９〜２８ｗｔ％、 Ｃｒ：１５〜２８ｗｔ％、 Ｍｎ＋Ｎｉ：６〜２０ｗｔ％、 Ｓｉ：２．５ｗｔ％以下、 Ｃ：０．０５〜２ｗｔ％、 Ｎ：０．３ｗｔ％以下、 残部：Ｆｅ が挙げられる。

【００１８】すなわち、本発明のχ相を多量に含む硬質
ステンレス鋼によれば、母材中に強化相であるχ相が５
０％以上析出しているため、Ｃｏ基合金と同等の耐摩耗
性・耐かじり特性を有すると共に、３００℃近傍におい
て優れた耐かじり特性を有する。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に対して１３０
ｇのＭｏを添加してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰
囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その
後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却した後
に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込む。

【００２０】次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体
を取り出して、組成がＦｅ−１８Ｃｒ−１２Ｍｏ−８Ｍ
ｎ−３．５Ｎｉ−０．４５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬
質ステンレス鋼を得る。

【００２１】（実施例２）先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に
対して１５０ｇのＷを添加してなる原料を、０．１ＭＰ
ａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空溶解炉中で溶解す
る。その後、その溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却
した後に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの金型に流し込
む。

【００２２】次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体
を取り出して、組成がＦｅ−１９Ｃｒ−１３Ｗ−８Ｍｎ
−３Ｎｉ−０．４５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ステ
ンレス鋼を得る。

【００２３】（実施例３）先ず、１ｋｇのＳＵＨ３５に
対して１２０ｇのＭｏおよび２ｇのＣを添加してなる原
料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１，６００℃の真空
溶解炉中で溶解する。その後、その溶融液を１，４５０
℃の温度まで冷却した後に、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍ
ｍの金型に流し込む。

【００２４】次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体
を取り出して、組成がＦｅ−１８Ｃｒ−１１Ｍｏ−８Ｍ
ｎ−３．５Ｎｉ−０．６５Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬
質ステンレス鋼を得る。

【００２５】（実施例４）先ず、６５０ｇのＦｅ、２１
０ｇのＣｒ、１３０ｇのＭｏ、４０ｇのＮｉ、１ｇのＣ
を混合してなる原料を、０．１ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、
１，６００℃の真空溶解炉中で溶解する。その後、その
溶融液を１，４５０℃の温度まで冷却すると共に、９０
ｇのＭｎを添加した後、φ４５ｍｍ、高さ２００ｍｍの
金型に流し込む。

【００２６】次に、金型ごと炉中で冷却した後、鋳造体
を取り出して、組成がＦｅ−１９Ｃｒ−１２Ｍｏ−８Ｍ
ｎ−３Ｎｉ−０．０９Ｃ（単位；ｗｔ％）である硬質ス
テンレス鋼を得る。

【００２７】実施例１〜４の硬質ステンレス鋼における
組織の光学顕微鏡写真を図１〜図４に示す。

【００２８】図１〜図４に示すように、実施例１〜４の
各硬質ステンレス鋼におけるχ相は、χ相とγ相とから
なる母材（母相）中および母材の結晶粒界に沿って析出
していることを確認することができる。また、実施例１
〜４の各硬質ステンレス鋼におけるχ相の割合（（χ相
の占める面積／母材の全面積）×１００）は、それぞ
れ、５３．２％、５１．０％、６０．２％、５２．１％
である。

【００２９】次に、実施例１〜４の硬質ステンレス鋼に
おける耐かじり特性の評価結果を表１に示す。尚、比較
材として市販のステライトにおける耐かじり特性も併せ
て示す。

【００３０】かじり試験は、以下のような方法で行っ
た。

【００３１】各硬質ステンレス鋼から直径４ｍｍ、長さ
２０ｍｍのピンおよび１片が１０ｍｍ、厚さ８ｍｍの角
ディスクをそれぞれ形成する。各ピンを、３００℃の温
度、３０ｋｇｆ／ｍｍ² （約２９４ＭＰａ）の圧力で各
角ディスクに押しつけ、その状態で角ディスクを１回転
させる。

【００３２】耐かじり特性の評価は、かじり試験前後の
角ディスクのピン接触部の中心線平均表面粗さ（以下、
Ｒａと表記する）を測定し、そのＲａの変化量をΔＲａ
とする。ΔＲａは、（試験後のＲａ）−（試験前のＲ
ａ）によって表される。ここで、ΔＲａは小さい程、耐
かじり特性が良好であることを示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示すように、実施例１〜４の硬質ス
テンレス鋼におけるΔＲａは０．０３〜０．２４μｍで
あり、いずれにおいても、比較材であるステライトのΔ
Ｒａ（０．２９μｍ）よりも小さく、耐かじり特性に優
れていた。

【００３５】本発明におけるχ相を多量に含む硬質ステ
ンレス鋼は、原子炉の配管系のバルブだけではなく、３
００℃近傍の高温において耐かじり特性が要求される部
材・部品にも適用することができることは言うまでもな
い。

【００３６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、母材中に
強化相であるχ相を５０％以上析出させることで、Ｃｏ
基合金と同等の耐摩耗性・耐かじり特性を有すると共
に、３００℃近傍において優れた耐かじり特性を有する
という優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼
における組織の光学顕微鏡写真である。

【図２】実施例２のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼
における組織の光学顕微鏡写真である。

【図３】実施例３のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼
における組織の光学顕微鏡写真である。

【図４】実施例４のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼
における組織の光学顕微鏡写真である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材中に、強化相であるχ相を５０％以
   上析出させたことを特徴とするχ相を多量に含む硬質ス
   テンレス鋼。
2. 【請求項２】 上記χ相を析出すべく、母材中にＭｏま
   たはＷの内の少なくとも１種を９ｗｔ％以上添加する請
   求項１記載のχ相を多量に含む硬質ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 化学組成が、 Ｍｏ＋Ｗ：９〜２８ｗｔ％、 Ｃｒ：１５〜２８ｗｔ％、 Ｍｎ＋Ｎｉ：６〜２０ｗｔ％、 Ｓｉ：２．５ｗｔ％以下、 Ｃ：０．０５〜２ｗｔ％、 Ｎ：０．３ｗｔ％以下、 残部：Ｆｅ である請求項１および請求項２記載のχ相を多量に含む
   硬質ステンレス鋼。