JPS61217561A - Ni基合金の製造方法 - Google Patents

Ni基合金の製造方法

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JPS61217561A
JPS61217561A JP6032685A JP6032685A JPS61217561A JP S61217561 A JPS61217561 A JP S61217561A JP 6032685 A JP6032685 A JP 6032685A JP 6032685 A JP6032685 A JP 6032685A JP S61217561 A JPS61217561 A JP S61217561A
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corrosion cracking
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heating
base alloy
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Takao Minami
孝男 南
Hiroo Nagano
長野 博夫
Kazuo Yamanaka
和夫 山中
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】 (産業上の利用分野) この発明は、耐応力腐食割れ性にすぐれた、特に脱気し
た高温水中での耐粒界応力腐食割れ性にすぐれたCr含
有Ni基合金の製造方法に関するものである。
(従来の技術) 従来より良く知られているように、インコネル600 
 (75Ni−15Cr−8Fe )はNi基合金とい
うことで、脱気高温水における応力腐食割れ(以下、単
に“SCC”という)に対する抵抗性にすぐれた材料で
ある。そのために、典型的な脱気高温水の環墳下にある
加圧水型原子炉(PWR)の蒸気発生器などの各種炉内
構造物に使用されている。この合金は熱間加工を950
〜1200℃の温度範囲で行い、次いで1050℃以上
の温度で焼鈍後、急冷し、Cr炭化物のない状態で使用
していた。しかし、最近、この材料に粒界応力腐食割れ
と思われる現象が生じていることが報告されている。特
にPWHの蒸気発生器などのR重要装置にあっては、そ
のような欠陥は重大事故につながるおそれがあるため、
この粒界応力腐食割れを防止するために耐粒界応力腐食
割れ性にすぐれた材料を開発する必要がある。
(発明が解決しようとしている問題点)かくして、この
発明の目的は、脱気した高温水における耐SCC性、特
に耐粒界応力腐食割れ性にすぐれたNi基合金の製造方
法を提供することである。
(問題を解決するための手段) この発明の発明者らは、このような要望に答えるべく、
鋭意検討を重ねたところ、前述のような粒界型の応力腐
食割れの発生する原因は、インコネル600のCr量が
15%と低いため不(!I態被被膜形成が不十分なため
と考えられ、Cr量を増加させることが有効であるが、
それだけでは十分でなく、粒界炭化物の積極的析出によ
り割れの進展を防止すること、さらにP、SなどをCr
炭化物で取り込むことによって耐粒界応力腐食割れ性が
著しく改善されることを知見した。かかる知見にもとず
き、発明者らは、さらに実験を続けたところ、Cr−N
iの基本成分の適正比を図るとともに加工熱処理を施し
て、Cr欠乏層の回復を図り、一方、強制的に炭化物を
粒界に析出させることにより、脱気高温水中における耐
粒界応力腐食割れ性を著しく高め得ることを知り、この
発明を完成した。
よって、この発明の要旨とするところは、Cr:25〜
35重量%、Nt:40〜70重量%を含有するNi基
合金を1050〜1250℃に加熱後、全加工度30%
以上、950℃以下での加工度15%以上なる条件で熱
間加工を行い、次いで完全固溶焼純を施したのち、さ・
らに550〜750℃の温度範囲に1〜100時間加熱
することを特徴とする、耐応力腐食割れ性にすぐれたN
i基合金の製造方法である。
このように、この発明によれば耐応力腐食割れ性にすぐ
れたNi基合金が得られるが、そのようなNi基合金は
、例えば加圧水型原子炉の蒸気発生器などにみられる脱
気高温水中での粒界応力腐食割れ性に対するすぐれた抵
抗性を示すものであり、工業上極めて有用な材料といえ
る。
(作用) この発明において上述のように合金組成および加工熱処
理条件を定めた理由を以下に述べる。
まず、この発明が対象とするNi基合金はCr : 2
5〜35重量%、Nt : 40〜70重量%を含むも
のであり、従来のものと比較して、Ni量を低減すると
ともにCr1lを増加させたことを特徴とするものであ
る。
Ni量が70%を超えると、相対的にCr量が少なくな
り不働態皮膜の形成が不充分となるため、この発明では
Ni量の上限を70%とする。また、Ni量が40%未
満では、炭素の固溶度が大きいためCr炭化物の析出が
、高Ni合金よりも非常に遅れ、Cr欠乏層の回復も同
様に遅れる。したがって、Cr欠乏層の回復のために、
長時間が必要となるのでNi40%以上必要である。ま
た、一般的に、Niが増大することにより、アルカリ溶
液中での耐SCC性は良好であるので、本発明にあって
はXi 40〜70%とする。
一方、Cr量については上述の不f#J態皮膜の形成を
確保するために25〜35%の含有量を必要で、Cr量
が25%未満であれば、CZ−イオンを含む高温水中で
粒内型SCCを生じやすく、また、溶接HAZでは、粒
界型SCCを生じる。これらのSCCを防止するために
も、Cr量を25%以上とする必要がある。
好ましくは、Ni : 45〜55%、Cr : 30
〜35%である。
C量は通常この系統の合金に含有される程度であれば良
く、この発明において特に制限はないが、好ましくは、
c : o、ois〜0.030%である。
なお、この発明におけるNi基合金は加工性を改善する
ために、Ti、 Mn、 Mgなどを添加してもよく、
あるいは強度向上、炭素の安定化のためざらにNb等を
添加してもよい。
ここに、好適態様におけるこの発明におけるNi基合金
の組成範囲は次の通りである。
CNi    Cr    −厘一 0.01510.030 40/70 25/35 0
.210.6次に、熱間加工に先立って上述のNi基合
金を1050〜1250℃に加熱するが、この場合10
50℃より低い温度では十分な固溶作用が行われず、ま
た、熱間加工抵抗が大きく、一方1250℃を超えて加
熱しても変形抵抗の低下は飽和してしまう。熱間加工は
950℃以下での加工度(肉厚減少率)15%以上、全
加工度30%以上の条件で行うが、これは全加工度を3
0%以上と高めることにより細粒化を図るとともに析出
物の析出を促進し、特に950℃以下という比較的低温
での加工度を15%以上とすること  。
により、Cr炭化物の析出を速くすることができると共
に、次の再結晶温度を低温にすることができ、かつ短時
間で再結晶させることができミクロ組織も均一となる。
なお、950℃以下での加工度が高い程、前記効果は顕
著となる。好ましくは950℃以下での加工度を30%
以上とする。
熱間加工が終了してから完全固溶焼純を行うが、ここに
「完全固溶焼純」とは、例えば1000〜1150℃と
いう高温度に30分間ないし4時間加熱保持して熱間加
工により合金内に導入された加工歪の除去、炭化物の固
溶を促進させ、組織の均一化を図る処理方法である。
次いで、上記完全固溶焼鈍を行ってから、さらに粒界強
化熱処理としての加熱処理を加え炭化物の析出を促進さ
せる。ここで、そのときの加熱処理の温度範囲を550
〜750℃、時間を1〜100時間とした理由は、粒界
に炭化物がほぼ連続的に析出するために必要な温度と時
間を確保するためである。550°C未満では炭化物析
出に長時間を要するために経済的でない。一方、750
℃を超える温度は炭化物の析出量が少ないため1割れの
進展を防止できない。
加熱時間は少なくとも1時間必要とし、100時間より
長時間は経済的にも好ましくない。より好ましくは、こ
の粒界強化熱処理は650〜700℃で10〜100時
間行う。
次に、本発明を実施例によってさらに説明する。
実施例 第1表に示す化学成分を存する各種Ni基合金を容量5
00kgの真空溶解炉で溶解し、100III11厚さ
×150Mm幅に鍛伸し、次いで、第2表に示す条件に
て熱間圧延一完全固溶焼鈍処理をおこない、さらに粒界
強化熱処理を施した。
得られた各Ni基合金から試験片を切り出し、下記要領
で引張試験および応力腐食割れ試験を行つ結果を第2表
にまとめて示す。
なお、上記応力腐食割れ試験は、PWRの蒸気発生器の
一次側環境下での応力腐食割れをシュミレートした試験
として、オートクレーブを用いて、300ppmB ’
 ++2ppa+L 1 ” +30cc/kg H2
0のH2溶液に試験片を360℃で浸漬し、1000h
ごとに割れのを無について目視判定を行い5000hま
で試験を行った。その試験片を半割(長手方向長さ75
III11)にして、切断面の割れを状況を顕微鏡で調
べた。
第2表は熱間加工条件−完全固熔焼鈍条件一粒界強化熱
処理を施した材料の耐SCC性(耐応力腐食割れ性)を
上記試験での割れ深さくμm)でまとめて示したもので
ある。この中で、この発明例および比較例共に実質上割
れは見られず、耐応力腐食割れ性は良好であったが、従
来材は4000hの試験期間経過後、目視で割れが発生
したのが観察された。その割れの深さは1800μm 
、1680μmであった。
この発明例と比較例のミクロ組織観察をした結果、この
発明例は板厚中央部まで均一な細粒組織を示している。
比較例は表面層のみ粗粒であるが中央部では粒径が大き
く偏平粒を示している。これは950℃以下での圧下率
が小さかったためと考えられる。第1図に実験11h2
によって得たNi基合金の顕微鏡組織写真を示す。第1
図falはその表面の、第1図(blはt/2の面の、
そして第1図tc+は裏面のそれぞれ顕微鏡組織写真を
示すものである。
いずれにあっても、微細組織が均一に分散しているのが
分かる。
また、この発明例と従来例とを耐粒界応力腐食割れ性に
ついて比較すると、この発明例によって著しい特性改善
が行われているのが分かる。これは、従来例ではNiが
70%以上で、かつCrMが15%であるために完全に
不%態皮膜が生成できないためと考えられる。また、こ
の発明では粒界強化熱処理により粒界にCr炭化物を析
出させ、かつ、Cr欠乏層を回復させることにより耐S
CC性が向上したものと考えられる。
次に、第1表の合金A(28%Cr−42%Ni)を用
いて、第2表の本発明例の試験11h2の熱間加工処理
後、1100℃焼鈍材を用いて、各加熱温度と加熱時間
で処理した材料から板厚中央部で311II11厚さ×
10mm幅X 150s+w長さく標点距離75nu+
+)の引張試験片を採取し、20%予歪み負荷後、2m
m厚さX 10+u+幅X 75++*長さのシングル
Uベンド試験片を製作し、試験に供した。構軸は各温度
での保持時間であり、縦軸は各加熱温度を示す。図中○
印は割れ深さが20μm以下であり、X印は21μm超
である。図示結果から明らかなように加熱温度は550
〜750℃で、加熱間1〜100 hであって、かつ点
A、B。
C,D、Eで囲まれた範囲が高い耐SCC性を示してい
るのが分かる。
【図面の簡単な説明】
第1図(alないし第1図1cIは、この発明により得
られたNi基合金の顕微鏡組織写真、および第2図は、
同じくこの発明により得られたNi基合金の耐SCC性
を加熱時間、加熱温度に対してプロットして示すグラフ
である。 出願人  住友金属工業株式会社 代理人  弁理士 広 瀬 章 − 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Cr:25〜35重量%、Ni:40〜70重量%を含
    有するNi基合金を1050〜1250℃に加熱後、全
    加工度30%以上、950℃以下での加工度15%以上
    なる条件で熱間加工を行い、次いで完全固溶焼鈍を施し
    たのち、さらに550〜750℃の温度範囲に1〜10
    0時間加熱することを特徴とする、耐応力腐食割れ性に
    すぐれたNi基合金の製造方法。
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