JPS604895B2

JPS604895B2 - 耐応力腐食割れ性に優れた構造物及びその製造法

Info

Publication number: JPS604895B2
Application number: JP55073208A
Authority: JP
Inventors: 康彦森; 成雄服部; 功正岡; 久雄伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1985-02-07
Also published as: SE454361B; JPS56169741A; SE8103359L; US4512820A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は新規な耐応力腐食割れ性に優れた構造物及びそ
の製造法に係り、特に軽水炉の高温高圧の純水中で他の
都村と接触し且つ隙間が形成されているＭ基合金からな
る部材及びその製造法に関する。

軽水炉の炉内構造物にはＮｉ基合金が使用されている。

なかでも析出硬化型のインコネルＸ７５０Ｎｉ基合金は
優れた耐熱性と高強度を有することから高弾性材料とし
て各種部材に使用されている。

この部材は原子炉炉内ではいずれも他の部材と隙間を形
成しているほか、常に高応力が作用し、また高温高圧の
純水にさらされている。この純水によって腐食されると
ともに隙間と高応力とによって応力腐食割れを生じる可
能性がある。従来、このＮｉ基合金は固溶体化処理した
後、比較的高い温度（８６０ｑｏ前後）で時効処理した
後、さらにこれより低い温度で時効処理されていた。し
かし、このものの耐応力腐食割れ性が必らずしも十分で
ないことが発明者らの実験の結果判明し、本発明に到っ
た。本発明の目的は高温水中で他の部村と接触し且つ隙
間が形成された環境下で耐応力腐食割れ性のすぐれたＮ
ｉ基合金からなる部村を有する構造物及びその製造法を
提供するにある。

本発明は、高温水環境下で他の都材を接触し且つ隙間が
形成されている部材を有する構造物において、前記部材
は重量でＣＯ．０１〜０．２％，Ｓｊ２％以下、Ｍｎ２
％以下、Ｃｒｌｏ〜２５％，Ａ夕０．１〜２％，Ｔｉｏ
．５〜５％，Ｎｂｏ．３〜２％，Ｆｅｌｏ％以下及び残
部が実質的にＮｉであり、オーステナィト基地に主にｒ
′相及びクロム炭化物を有する析出硬化型Ｎｉ基合金か
らなることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた構造
物にある。

Ｔｉ及びＮｂはともに析出硬化に必要なものであり、高
温水環境下にさらされる原子炉用部材として高温で高強
度及び高靭性の両方をかね備えたものを得るために前者
が０．５％以上及び後者が０．３以上必要であり、これ
らの単独では得られない。

しかし、Ｔｉは５重量％及びＮｂは２重量％を越えると
鞠性が低下し、耐応力腐食割れ性を損う。特にＴｉは２
〜３％及びＮｉは０．５〜１．５％が好ましい。Ｃｒは
原子炉用部村として高温高圧の純水中での耐酸化性を得
るために１０％以上必要であり、さらにマトリックス（
ｒ相）中にＱ相にｒリッチな相）晶出による強度低下を
防止することから２５％以下にすることが必要である。
特に１４〜１０重量％が好ましい。

Ｃは、クロム炭化物を形成させ、耐応力腐食割れ性を高
めるために０．０１％以上必要であるが、逆に０．２重
量％を越えると靭性を低める。

特に０．０２〜０．０８％が好ましい。Ａのまで相を析
出させ、高温強度を高めるのに０．１％以上必要である
。

しかし、５％より多すぎると鞠性を低下させるとともに
、鍛造性を損い製造を困難にする。Ｓｉ及びＭｎは脱酸
剤として加えられるが、２％を越えると強度を低める。
特に０．１〜０．５％が好ましい。ＦｅはＮｂ，Ｔｉ，
Ｓｉ及びＭｎを合金中に添加する際にこれらをフェロ合
金として加えるために必要であるとともにその添加によ
って強化及び靭性の向上につながる。しかし１０％を越
えると強度が低下する。特に５〜８％が好ましい。本発
明は、前述した化学組成を有するＮｉ基合金を熱間塑性
加工し、又は熱間塑性加工後１０００〜１２５０ｑｏで
、固溶化処理し、次いでｒ′相とクロム炭化物が析出す
る６５０〜７５０００の温度城で時効処理することを特
徴とする耐応力腐食割れ性に優れた構造物の製造法にあ
る。

固溶化処理は合金を単相にし、その後の時効処理によっ
て好ましい析出物を形成させるための前処理である。

従って、鋳造及び鋳造中に形成された析出物及び晶出物
を完全にマトリックス中に固浴させることが好ましいが
、完全に固浴させることはきわめて高い温度が必要であ
る。しかし、あまり高い温度で固溶化させることは結晶
粒の成長を招き、鞠性が低下し、耐応力腐食割れ性を低
下させるのでそのようなことがない、１２５０ｑｏ以下
とすべきである。逆に、１０００ｑ０より低い温度で処
理するのは長時間かかるので好ましくない。特に１０２
０〜１１５０つ○が好ましい。時効処理はｒ′相とクロ
ム単化物が析出させる６５０〜７５０午０の温度で行わ
れる。

ｒ′相は一般にＮｉ３（Ａ夕，Ｔｉ）金属間化合物から
なる。クロム単化物は一般にＣｒ２３Ｃ６からなる。従
来、Ｔｉ及びＮｂを含む合金はこれらの炭化物を析出さ
せる比較的高い温度（８６０ｑｏ前後）の中間温度で時
効処理して、引き続いてこれより低い温度で時効処理し
てｒ′相を析出させ強化されていた。しかし、この処理
は耐応力腐食割れ性が低いことを発明者らは見し、出し
た。そして、この低い温度での処理に際してはもはやＣ
ｒ炭化物はほとんど析出されなかった。

しかし、本発明ではこのような中間温度での時効処理を
行なわずに、鍛造後又は鍛造後固溶化処理して直接で相
を析出させる処理を行うことによって耐応力腐食割れ、
特に隙間を伴う耐応力腐食割れ性を顕著に高めることが
できた。従来処理の如く、中間温度で処理するとＮｂ，
Ｔｉ炭化物が析出してしまうためより低温でのＣｒ炭化
物の析出を阻止してＣｒ欠乏による腐食防止をはかって
いた。従って、６５０ｑｏより低い温度では時効処理に
長時間要し、逆に７５０ｏＣを越えると過時効になると
ともにＴｉ，Ｎｂ炭化物が形成され、耐応力腐食割れを
低下させる傾向がある。また、一般にオーステナイト系
ステンレス鋼、インコネル６００系合金は本発明の時効
温度（５５０〜８００ｑｏ）で処理するとＣｒ炭化物が
形成され、著しく応力腐食割れを生じることが知られて
いる。

しかし、本発明は従来技術の予想に反して耐応力腐食割
れを防止することを見し、出したものである。実施例第
１表に市販のインコネルＸ７５０合金の化学組成（重量
％）を示す。

この合金を使用し、種々の熱処理を施し、図に示す拾具
を使用して、酸素２６ｐｐｍを含有する２８がｏの高温
高圧純水中で５００時間の侵積による隙間応力腐食割れ
試験を行った。第１表図において、ステンレス鋼製の押え治臭２をボルトーで
黒鉛３を介して試片４に曲げ応力を与える構造になって
いる。

表中の固熔化処理は１１００００以下では１時間の加熱
及び１１５０ＣＯ以上では１５分の加熱を行い、その温
度より水冷したものである。

８４０ｑ○及び８８ｙｏでの加熱時間は２独特間、６５
０〜７５０００での加熱時間は２０時間である。

第２表は、固溶化処理温度、中間時効処理温度第２表隙
間腐食割れ深さ（〃ｍ）○：＜５０，。

：５０Ｙ１００，○：＞１００及び時効処理温度と隙間腐食割れ深さとの関係を示すも
のである。

表に示すように、固溶化処理した後、中間熱処理した従
来のものは割れの深さが１００仏肌以上となり、耐応力
腐食割れ性が低いことがわかる。

また、固熔化処理温度が９８２００ではその処理時間が
十分でないこともあって割れの深さが１００Ａ仇以上で
、耐割れ性が低い。さらに、１２００ｑ０以上になると
結晶粒が阻大化するためと考えられるが耐割れ性が若干
低いことがわかる。しかし、固溶化処理を十分に行い、
中間処理を行わずに時効処理したものはいずれも割れ深
さが５０ｗの以下で、きわめて耐割れ性がすぐれている
ことが確認された。さらに、本発明の処理は熱間鍛造又
は熱間圧延したままのものに直援時効処理しても割れ深
さが５０〜１００仏仇で、耐割れ性が改善されることが
確認された。第２図は試料Ｎｏ．１４の従来処理のもの
｛ａ｝及び試料Ｎｏ．２０の本発明の処理のもの｛ｂ’
の断面顕微鏡写真（２００針音）である。

Ｎｏ．１４の析出物はＮｂ，Ｔｉ炭化物及びｒ′相が主
であり、ＮＯ．２０のものはｒ′相及びＣｒ炭化物が主
である。本発明のＮｊ基合金は原子炉のジェットポンプ
押えビーム、ボルト、シェラウドヘツドの耐震ピン及び
バネ用材として隙間が形成されている部分における耐応
力腐食割れが防止されるより長寿命を有するすぐれた効
果が発揮された。

以上の如く、本発明によれば高温高圧純水中での耐応力
腐食割れ性の高い析出硬化型Ｎｉ基合金が得られ、安全
性の高い原子炉用構造物としてすぐれた効果が発揮され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は隙間腐食試験の方法を示す断面構成図及び第２
図ａは従来合金及び第２図ｂは本発明合金の顕微鏡写真
である。３・・・・・・黒鉛、４・・・・・・試片。努ノ図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１高温水環境下で他の部材を接触し且つ隙間が形成さ
れている部材を有する構造物において、前記部材は重量
でＣ０．０１〜０．２％，Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以下
，Ｃｒ１０〜２５％，Ａｌ０．１〜２％，Ｔｉ０．５〜
５％，Ｎｂ０．３〜２％，Ｆｅ１０％以下及び残部が実
質的にＮｉであり、オーステナイト基地に主にｒ′相及
びクロム炭化物を有する析出硬化型Ｎｉ基合金からなる
ことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた構造物。２前記部材は、重量でＣ０．０２〜０．０８％，Ｓｉ
０．１〜０．５％，Ｍｎ０．１〜０．５％，Ｃｒ１４〜
１７％，Ａｌ０．３〜１％，Ｔｉ２〜３％，Ｎｂ０．５
〜１．５％，Ｆｅ５〜８％及び残部が実質的にＮｉであ
る特許請求の範囲第１項に記載の耐応力腐食割れ性に優
れた構造物。３前記部材は原子炉内で他の部材と接触し曲げ応力が
付加されているバネである特許請求の範囲第１項又は第
２項のいずれかに記載の耐応力腐食割れ性に優れた構造
物。４前記部材は原子炉に水を撹拌するジエツトポンプ本
体に前記炉水の水流を反転させるエルボ管を固定するビ
ームである特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐
応力腐食割れ性に優れた構造物。５前記部材は原子炉内シユラウドヘツド用ピンである
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐応力腐食割
れ性に優れた構造物。６前記部材は原子炉内で使用されるボルトである特許
請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐応力腐食割れ性
に優れた構造物。７高温水環境下で他の部材と接触し且つ隙間が形成さ
れている部材を有する構造物の製造法において、前記部
材を重量でＣ０．０１〜０．２％，Ｓｉ２％以下、Ｍｎ
２％以下，Ｃｒ１０〜２５％，Ａｌ０．１〜２％，Ｔｉ
０．５〜５％，Ｎｂ０．３〜２％，Ｆｅ１０％以下及び
残部が実質的にＮｉである合金によって構成し、且つ該
合金を熱間塑性加工し、又は熱間塑性加工後１０００〜
１２５０℃の温度で固溶化処理し、次いで６５０〜７５
０℃の温度で時効処理し、オーステナイト相基地に主に
ｒ′相及びクロム炭化物を析出させることを特徴とする
耐応力腐食割れ性に優れた構造物の製造法。