JPS58177445A - Ｎｉ−Ｃｒ合金の熱処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｃｒを含有するＮ、基合金、特に２０％以上
のＣｒを含有するＮ基合金の耐応力腐食割れ性を改善す
る丸めの熱処理法に関する。

Ｃｒｔ含有するＮｉ基合金は、元来、耐応力腐食割れ性
にすぐれた材料である。それ故、加圧水盤原子炉の蒸気
発生器管のように極度に応力腐食割れを嫌う部品には、
ム１ｌｏｙ　６００　（７５１ＧＮｔ、　１５嘩Ｃｒ、
８嗟Ｆ・）等の高ＣｒのＮｉ基合金が使用されている。

ところが上記Ａ１１ｏｙ６００であっても、蒸気発生器
管に使用する場合使用条件如何では応力腐食割れを生じ
る場合がある。

この応力腐食割れは、およそ、引張応力の存在、使用す
る環境条件に由来する要因、および材料自体の要因の３
要素が揃ったときに発生するのであり、その１要素でも
完全に除去すれば、この割れは防止できるものである。

しかし、例えば上記の蒸気発生器に使用する場合には、
その表面研磨および曲げ加工による残留応力、また原子
炉運転時の熱応力等による引張応力は不可避なものであ
る。さらに使用環境に起因する要因についても、使用す
る蒸気発生器用水に非常に厳格な水質管理を行なってい
るが、それにもかかわらずそのような要因を完全に排除
できるとはいい薙い。

従って応力腐★割れの防止は、材料の特性自体を改善し
応力ｇ食割れ感受性を下げることが最善の方法である。

ところが、Ｃｒｋ含有する高Ｎｉ合金では、Ｎｉ量およ
びＣ４が増加するにつれて、特に（”／ｚ　Ｎｉ＋Ｃｒ
　）≧５０のとき、Ｃの固ｆ＃度は著しく小さくなるた
め、精錬過程でＣ含有量を可能なかぎゃ低下させても、
後の熱処理工程でＣｒ炭化物が主として結晶粒界に析出
および偏析するため、その結晶粒界の近傍において肖の
欠乏層が形成され、その部分の耐食性が劣化する０粒界
型応力腐食割れの原因はこのようなＣｒ欠乏層の形成に
あるものと考えられるから、その防止策としては、Ｃｒ
炭化物の析出を防止するか、あるいは一旦生成し九Ｃｒ
欠乏層を消去するかの２つの方法が考えられる。

蒸気発生器管のごとき製品においては、９００℃以上の
温度での軟化熱処理が施されるのが普通である。かかる
温度領域からの冷却途上でのＣｒ炭化物の析出を防止す
るＫは、冷却速度を大きく量る以外に方法がないが、工
業的に達成しうる冷却速度でｃｒ炭化物の析出を完全に
防止することは開離である。

一方、すでにＣｒ炭化物が析出した材料を所定温度で長
時間加熱することによって、一旦生成したＣｒ欠乏層に
その周辺からのＣｒの拡散を促し、Ｃｒ欠乏層を修復す
る方法は、Ｎ１基合金の耐応力腐食割れ性の向上に有力
な方法であるが、たとえば７００℃で１５時間以上を要
するというように処理時間□ が長大とな夛生産性が悪いという難点がある。

本発明は、基本的には前記第２の方法、すなわち、一旦
生成したＣｒ欠乏層を修復して、耐応力腐食割れ性を向
上させる方法であって処理時間を大巾に短縮し、生産能
率の著しい向上を可能にする方法を提案するものである
。

ここに本発明は、 Ｃ：　０．１５９Ｇ以下、　　　Ｓｉ：　ｔ、ｏ＊Ｓ以
下Ｍｎ：　１−０　％以下、　　　　Ｐ　：　０．０３
０−以下。

Ｓ：０．０３０％以下、　　Ｃｒ：　２５〜３５’ｊ以
上。

Ｔｉ：　０−０１〜１．０％　、　　Ｆｅ：　６．０〜
１０．０　ｖＩ。

さらに所望によシＡＩ０．０１−１．０１１゜残部付随
不純物を含むＮ１から成シ、Ｃｒ欠乏層が生じ九Ｎｉ−
Ｃｒ合金を８００〜８７５℃に加熱し、引き続いて添伺
図面のグラフ上の点ム（０，１，７５０）、！１（２，
５、７５０）、Ｃ（６０、６００）およびＤｃｕ６００
）の各点で囲まれる範囲内の条件でさらに加熱処理を行
なうことを特徴とする、耐応力腐食割れ性を改善するＮ
ｉ　−Ｃｒ合金の熱処理法である。

上記の８００〜８７５℃での加熱は好ましくは１０〜６
０分間行なわれ、また本発明の加熱処理に先立ってＮｉ
　−Ｃｒ合金の９００℃以上での最終焼−鈍が行なわれ
るのであれば、かかる熱ＩＩ＆履後ＯＩＩ冷に際して８
００〜８７５℃Ｏａ直領域を１８分間以上かけて徐冷す
ることによって、上記０８００〜８７５℃の加熱を行な
ってもよい。

本発明において合金の組成範囲を上記のように制限し九
理由は次の通シである。Ｃ： Ｃ：Ｃは耐応力腐食割れ性に有害な元素であるため、本
発明にあつヤはＣ量を０．１５　Ｓ以下とする。

８１、Ｍｕ：これらはいずれも脱酸元素であり、それＣ
ｒ：　Ｃｒは耐食性向上に必須の元素であ夛、２５−未
満では本発明において要求される程度の耐食性が確保さ
れない。一方、３５チを越えると、熱間加工性が著しく
劣化する。よって、本発明ではＣｒ含有量を２５〜３５
１ｇに制限する。

ｐ　、　ｓ　：’これらの元素は一般に熱間加工性を害
するが、ｏ、ｏ　ｓ　ｏ−以下では熱間加工性に何ら実
質的な作用を及ぼすことがないため、本発−ではそれぞ
れｏ、ｏｓｏ−以下に限定する。　　　。

Ｆｅ　：　Ｆｅは熱間加工性を確保するために６．ＯＳ
以上の添加を必要とするが、１０％を越えると酎負性の
低下が与られる。本発明ではＦｅ　６．０　＝　１０−
に限定する。

Ｔｉ：　　Ｔｉは０．Ｏｌ−以上添加することによって
熱間加工性を向上させるが、一方、１．０１１を越えて
添加してもその効果が飽和するため、Ｔｉは０．０１〜
１．０−とするＯ Ａ／：　　Ａ／は脱酸元素であ夛、本発明において添加
される場合、０．０１嗟以上の添加を必要とするが、１
．０％を越えて添加すると合金の清浄度が低下する。

Ｎｉ：　　Ｎｉは耐食性向上に有効な元素であ夛、峙に
ＮａＯＨを含む高温高圧水中アルカリ環境下における耐
応力腐食割れ性を向上させるためにＮｌ≧Ｓ・チが必要
である。

上記合金組成を有するＮｉ−Ｃｒ合金は９５０℃での完
全固溶を目的とした最終焼鈍地理を受け、これＫよりＣ
ｒ欠乏層が形成される。゛このようなＣｒ欠乏層が形成
され九Ｎｉ−Ｃｒ合金には、零発＠によれば次のような
２段の熱処理が施される。

すなわち、９００℃以上での軟化熱処理、′）ｔシ最終
焼鈍によってＣｒ欠乏層が形成されると、ひきつづいて
８００℃〜８７５℃での熱処理（以下、第１段熱処理と
いう）を行なってもよいし、又、軟化熱処理後任意の冷
却速度で、一旦冷却された合金を再加熱して前記第１段
熱処理を行ってもよい。軟化熱処理にひきつづいて処理
する場合には、冷却途中、８００〜８７５℃の温度領域
での冷却時間が１０分以上となるように徐冷することに
よっても第１段熱処理と同じ効果が達せられる。

第１Ｒ熱処理の目的は炭化物をほとんど粒内で析出させ
若干粒界に析出させるためである。この処理温度が８７
５℃を越える場合、むしろ粒界に炭化物が析出するため
にＣｒ欠乏層の形成が促進され、一方、８００℃未満で
は炭化物析出量が少ないため、その効果がない。第１段
熱処理の時間は１０分以上、１時間以内とするのが望ま
しい。１０分未満では第１段熱−理としての効果が少な
く、また１時間を越える加熱処理を行なっても長時間加
熱による効果が認められず、経済的にも不利である。

第１段熱処理に引き続いであるいは一旦室温にまで冷却
してから、６００〜７５Ｇ”Ｃでの熱処理（以下、第２
段熱処理という）を行なう。第２段熱処理の目的は第１
Ｒ熱処還で生じたＣｒ欠乏層を修復させることである。

この第２段熱処理の時間は加熱温度に大きく依存する。

すなわち高温側では短時間、低温側では長時間を要する
。添付図面は、この第２段熱処理の温度と時間との関係
を示すグラフである。

点Ａ（０，１，７５０）、Ｂ（２，５，７５０）。

Ｃ（６０，６００）、Ｄ（０，５，６００）を結ぶ線で
囲まれた斜線部が適正な処理条件である０実施例にもと
すいて後で詳述するように、直線ムＤより短かい時間で
はＣｒ欠乏層を修復させるのに十分でない丸め、割れ感
受性を高めている。直線ＢＣより短時間側に限定した理
由は、これより長時間となると経済的にコストが高くつ
くからである。

また、温度を６００℃以上とし九のは６００’Ｃ未満で
はＣｒの拡散が遅いため、Ｃｒ欠乏層を修復させるには
長時間を必要として経済的に不利であるからである。一
方、７５０℃を越えると使用中に再び鋭敏化されて、耐
応力腐食割れ性が悪くなるためである。

本発明にあっては、添付図面の点ム、Ｂ、ＣおよびＤＯ
各点により囲まれ九領域内の条件下にＳＯＯ℃〜７５０
℃で０．１〜６０時間保持する第２段熱処理を施すとす
ぐれ゛九耐応力腐食割れ性″が得られる６　Ｃｒ欠乏層
の量は、粒界腐食試験によって判定できるが、本発明で
は沸騰６５５Ｇ　ＨＮＯｓに４８時間浸漬した後の試験
片の重量減（１／ｗｌｂｒ）によって腐食度を測定し、
Ｃｒ欠乏層の量を判定した。腐食速度が０．４Ｍ／１１
１″ｈｒ以下であれば十分な修復がなされていると考え
る。

さらに本発明による熱処理法の実施例をもって、前記限
定理由およびその効果をさらに明らかにするＯ 実施例 第１表に合金組成を示す各種供試材を１７時真空炉で溶
製し、得られ九鋳塊に従来法に従って鍛造、熱関圧弧そ
して熱処理を施してから３０１冷間加工し、最終焼鈍を
１０００℃で行なった。得られた各供試材について第２
表に示す条件で第１段熱処理および第２段熱処理を行な
ってから各供試材から２−（厚さ）ｘｔｏ−（幅）ｘｙ
ｓ”（長さ）の応力腐食割れ試験片を採攻し九。

それらをオートクレーブ（高温高圧容器）を用いて３２
５℃で、２５　％　Ｎａ０Ｈ（苛性ソーダ＞＊＊中で１
０００時間の浸漬試験に供した。試験後、応力腐食割れ
の様さを顕微鏡で測定した。　・得られた結果を第１段
および第２段熱処理条件とともに第２表に示す。

次に、１０００℃での最終焼鈍の際の徐冷時に８７５℃
から８００℃までの温度領域を１０分間以上かけて徐冷
することにより第１Ｒ熱処理に代えだときの、同様の結
果を第３表にそれぞれの熱処理条件とともにまとめて示
す。

第１表　　　（重量−） 第２表 以上の結果からも分かるように、まず第２表に示すよう
に、本発明の熱処理を施し丸ものの耐応力腐食割れ性は
従来によるものよ）も喪好である。

また、本発明の第１段熱処理条件を満しても、第２段熱
処理条件をはずれると耐応力肩食割れ性が悪くなる。

さらに、第３表からは８７５℃〜８００″Ｃｔでの冷却
時間が１０分以上であるものの耐応力腐食割れ性は８７
５℃〜８００℃までの冷却時間の短いものよ）も優れて
いる。

第２表に示すデータのうち、８００〜８７５”Ｃで１０
〜６０分間第１段熱魁埋し友ものを第２Ｒ熱処理条件（
加熱温度および保持時間）で整理して添付図面において
グラフにプロットして示す。

点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤで囲まれ九領域で示される条件で
第２段熱処理を行うことが必要であることが分かる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、応力腐食割れの最大割れ深さを第２段熱処
理の加熱温度および保持時間Ｋｌｌ達させて示すグラフ
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：　０．１５−以下、８１：１．０−以下
   。 Ｍｎ：　１．０　ｍ以下、　　　ｐ：ｏ、ｏｓｏ＊以下
   。 Ｓ　：　０．０３０−以下、Ｃｒ：２５−３５％。 Ｔｌ：　０．０１〜１−０　％　、Ｆｅ　：　６．０−
   １０．０−。 さらに所望によりムｊ：ｏ、０１〜１Ｇ’ｌｌ。 残部付随不純物を含むＮｌから成１ｊ、Ｃｒ欠乏層が生
   じ７ｔＮｉ　−Ｃｒ合金を８１１０−１１７１ＣＫＪＩ
   Ｉ熱し、さらに添付図面のダツ７上Ｏ点ム（０，１゜７
   ５０）、Ｂ（２，５，７５０）、Ｃ（８０゜６００）お
   よびｐ（ｏ、ｓ、ａｏｏ）ｏｆ点で囲まれる範囲内の条
   件でさらに加熱電層を行なう仁とを特徴とする、耐応力
   腐食割れ性を改善するＮｉ−Ｃｒ合金の熱処理法。
2. （２）８００〜８７５℃でＯ加熱を１０〜６０分間行な
   う特許請求の範８第（１）項記載の方法◎（３１８００
   〜８７５℃での加熱をｗｏｏ℃ａｏｏ最終焼鈍熱処理時
   の徐冷処理として、８００〜８７５℃の温度領域ｔ−１
   ０分間以上かけて徐冷することにより行なう、特許請求
   の範囲Ｍ（１）項または第（２）項記載の方法。