JPS5817823B2 - Ｃｒを含有するＮｉ基合金の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、Ｃｒを含有するＮｉ基合金の耐応力腐食割
れ性を向上させる熱処理方法に関する。

ここでＮｉ基合金とは、加圧水型原子炉の蒸気発生器管
や仕切板等のような高温高圧水中で用いられる対応力腐
食割れ性にすぐれたＣｒ １３〜３５％、Ｎｉ６０〜８
０％、Ｃ００１％以下を含む合金であって、その他Ｓｉ
、Ｍｎ等の脱酸用元素や加工性改善のためにＦｅ 、
Ｔｉ等の元素を含むＮ１基合金である。

上記Ｎｉ基合金は、元来、耐応力腐食割れ性に□すぐれ
た材料であるため、加圧水型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、インコネル
６００（７５％Ｎｉ 、 １５％Ｃ’ｒ 。

８％Ｆｅ、商品名）のどときＣｒを含有するＮｉ基合金
が使用されている。

ところが上記のような成分のＮ１基合金であっても、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、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、上記の蒸気発生器においては、その表面研摩お
よび曲げ加工による残留応力、また運動時の熱応力等に
よる引張応力は不可避なものである。

さらに使用環境についても、非常に厳格な水質管理を行
っているが、それとても完全な使用環境ともいい難い。

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

すなわち、Ｃｒを含有する高Ｎｉ合金では、Ｃの固溶量
が小さいため、精錬過程でＣ含有量を可能なかぎり低下
させても、後の熱処理工程でＣｒ炭化物が主として結晶
粒界に析出するため、結晶粒界におけるＣｒの欠乏層が
形成されて、その部分の耐食性が劣化するものである。

この粒界型応力腐食割れの原因がＣｒ欠乏層の形成にあ
るので、Ｃｒ炭化物の析出を防止することによって、あ
るいは、一旦形成されたＣｒ欠乏層を回復させることに
よって応力腐食割れを防止できる。

前述した蒸気発生器のような製品では、通常９００〜１
０５０℃での最終焼鈍を行うので、その冷却時に結晶粒
界にＣｒ炭化物の析出がみられＣｒ欠乏層が形成されて
耐応力腐食割れ性が劣化する。

このＣｒ炭化物の析出防止には、冷却速度を速くする方
法があるが、工業的に達成し得る冷却速度でＣｒ炭化物
の析出を完全に防止することは困難である。

また、すでに析出したＣｒ炭化物を所定温度で長時間加
熱することにより、Ｃｒ欠乏層へその周辺からＣｒの拡
散を図りＣｒ欠乏層を修復する方法は応力腐食割れ感受
性を下げるのに有効であるが、加熱処理後の冷却時に再
びＣｒ欠乏層を形成せしめることがある。

以上に述べた点に鑑み、この発明は、一旦生成したＣｒ
欠乏層を、一定温度域内で加熱処理して十分にＣｒ欠乏
層を修復したのち、再び冷却時にＣｒ欠乏層を形成させ
ないよう冷却条件を一定にして耐応力腐食割れ性にすぐ
れたＣｒを含有するＮｉ基合金を得るものである。

すなわち、６５０°Ｃから７５０℃の温度域で加熱処理
し十分にＣｒ炭化物を析出させた後に、その温厳域から
５５０℃までは、１００°Ｃ／ｈｒ以下の徐冷を行い、
さらに５５０℃以下の温度域では１０℃／―以上の急冷
を行うことによって耐応力腐食割れ性を向上させる熱処
理方法である。

□この発明におけるＮｉ基合金の化学成分を限定したの
は、次の理由による。

Ｃは耐応力腐食割れ性に有害な元素であるため０．１％
以下とした。

Ｃｒは耐食性（耐全面腐食性、耐塩素イオンＳＣＣ性）
に必須な元素であり、含有量が多いほど耐食性がよい。

したがって、１３％未満の含有では耐食材料でなく、ま
た３５％を超えると加工性が劣化するため、１３〜３５
％ｔｔｉ限定した。

ＮｉはＣｒと同様に耐食性に重要な元素であり、特にア
ルカリ環境中の応力腐食割れ性にすぐれているが、６０
％未満では十分な効果があがらず、又８０％を超えると
その効果は飽和するため６０〜８０％とした。

上記元素は高温高圧下の応力腐食割れが発生する環境に
おいて用いられる材料の必須成分であるが、その他に少
量のＦｅやＴｉの加工性改善元素やＳｉ、Ｍｎのような
脱酸元素を含有する。

又、この発明において熱処理方法を限定した理由を以下
に述べる。

６５０℃から７５０℃の温度域内で加熱処理するのは、
結晶粒界でのＣｒ欠乏層付近のＣｒを十分分散させて、
Ｃｒ欠乏層の修復を図るもので、６５０℃未満の温度で
はＣｒ欠乏層を修復させるのに長大な時間を要すること
になり、操業上経済的でない。

また７５０°Ｃをこえると炭化物の析出が少なくＣｒ欠
乏層の修復効果が飽和するためである。

ここで６５０〜７５０°Ｃでの熱処理時間は、Ｃｒ欠乏
層を修復させるに十分な時間とし限定はしない。

なぜなら、Ｎｉ基合金のＣの含有量の違いあるいは焼鈍
条件等の違いによって、Ｃｒ欠乏層の修復時間が著しく
異なるためである。

なお、このＣｒ欠乏層の修復が完了したか否かは、加熱
処理後１００’Ｃ／―より速い速度で常温まで冷却した
材料を沸騰４０％ＨＮＯ３に２４時間浸漬し、その腐食
速度が０．５？／ｍ’ｈｒ以下であればＣｒ欠乏層が修
復される。

次に、上記温度域から５５０℃までの冷却を冷却速度１
００°Ｃ／ｈｒ以下とする理由は、１００°’Ｃ；／ｈ
ｒ以上の急冷を施すと応力腐食割れ感受性が著しく高
くなる上、たとえば蒸気発生器管製造工程上管の曲りが
生じるなどの問題が起るためである。

上述の５５０℃までの徐冷に続いて５５０℃以下の冷却
速度は１０℃／―以上の急冷とする理由は、それ以下の
冷却速度ではＣｒ欠乏層が形成されて応力腐食割石感受
性が急激に上がるためである。

これらの熱処理条件の限定理由は、以下の実施例によっ
てさらに具体的に説明する。

実施例 Ｉ Ｃ０，０１５％、Ｓｉ０．２６％、Ｍｎ ０．３４％、
Ｃｒ１５．６１％、Ｆｅ ７．８０％、残部Ｎｉの組成
を有するインコネル６００を７００℃で３０時間加熱処
理し、その後７００°Ｃ〜５５０°Ｃまでの冷却速度を
５００°Ｃ／―から２５°Ｃ／ｈｒまで種々変化させた
。

この冷却速度を種々変化させたＮｉ基合金のそれぞれに
応力腐食割れ性を検討するため、前述の蒸気発生器の場
合、その２次側において海水リークによる腐食を考慮し
、ｌ０ｐＩ）ＩＩＩの塩素イオンを有し脱気しない３０
０℃の高温水中に１０００時間浸漬して、応力腐食割れ
最大割れ深さく ｍｖ＝ ）を測定する応力腐食割れ試
験を行った。

ここでは。所定の熱処理を施した厚さ２ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、長さ７５ｍｍの板状試験片を２枚重ねてＵ字型に曲
げ、さらにボッ、レトナットで５７ｎ１１Ｌ拘束したい
わゆる２重Ｕ字曲げ試験片を用いた。

すなわちこの場合、２枚の試験片のうち内側の試験片の
曲げの外側に引張応力がかかり、しかもそこに隙間があ
るため、この部分に最も応力腐食割れが生じやすい条件
設定である。

この試験結果を第１図に示す。

第１図から明らかなように、７００℃から５５０℃にお
ける冷却速度が１００°Ｃ／ｈｒ以上のものは、著しく
耐応力腐食割れ性が劣ることがわかる。

また、１０°Φ−以上の場合には、応力腐食割れ感受性
が低くなっているが、この急速な冷却を施したものは、
製管中に管の曲りが生じるという問題が起ってくるので
実用とはならない。

実施例 ２ 実施例１で用いた合金と同一成分のものを、７００℃で
３０時間熱処理後、７００℃から５５０°Ｃまでの冷却
速度を５０℃／ ｈｒで冷却したのちさらに５５０℃以
下での冷却速度を種々変化させて冷却したものに対して
、実施例１で述べた応力腐食割れ性試験を行なった。

その結果は第２図に示す。

第２図から明らかなように、５５０°Ｃ以下での冷却速
度が１０℃／１ｎｉｎ以上では、その最大割れ深さがご
く微少であるのに対して、１０℃／−以下であると顕著
にその最大割れ深さが増し、耐応力腐食割れ性が悪化す
ることがわかる。

実施例 ３ 下記第１表に示す組成成分を有する各Ｎｉ基合金に対し
て、この発明による熱処理方法を施したもの、また比較
のためこの発明による限定範囲外の条件で熱処理を施し
たもの、さらに従来法により熱処理を施したものすなわ
ち最終焼鈍後の９５０℃から５００℃までの冷却速度が
１００°Ｃ／―なる条件で熱処理したもののそれぞれに
対して、実施例１で述べた応力腐食割れ性試験を行ない
、応力腐食割れ最大深さを測定した。

その結果は第２表に示す。

なお、鋼種７，８についてのＣｒ欠乏層の回復の有無の
判定はＣ’ｒ含有量が多いので沸騰６５％ＨＮＯ３に２
４時間浸漬し、その腐食速度が０．５′？／ ｍ ｈ以
下であればＣｒ欠乏層が修復されたものと認定した。

第２表から明らかなように、比較材および従来法による
材料と比較した場合、この発明による熱処理条件を施し
たものは著しくその応力腐食割れ最大深さが微少である
か又は皆無であり、すぐれた耐応力腐食割れ性を有して
いることがわかる。

以上の実施例のごとく、この発明によるＣｒを含、有す
るＮｉ基合金の熱処理方法は、前述の用途等においてす
ぐれた耐応力腐食割れ性を有するＣｒを含有するＮ１基
合金を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は７００℃から５５０℃までの冷却速度と応力腐
食割れ最大深さとの関係を示す図表、第２図は５５０℃
以下での冷却速度と応力腐食割れ最大深さとの関係を示
す図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＩＣ０，１％以下、Ｃｒ１３〜３５％、Ｎｉ６０〜８０
   ％を含有するＮｉ基合金を６５０℃から７５０℃で熱処
   理を行ないＣｒ欠乏層を十分に修復させた後、該熱処理
   温度から５５０°Ｃまで冷却速度を１００℃／ｈｒ以下
   とする徐冷によって冷却し、５５０℃以下は１０°Ｃ／
   ｙｎｉｎ以上の冷却速度で急冷を行うことを特徴とする
   耐応力腐食割れ性のすぐれたＣｒを含有するＮｉ基合金
   の熱処理方法。