JPS6169938A - 耐粒界損傷性Ni基合金及びその製造方法 - Google Patents

耐粒界損傷性Ni基合金及びその製造方法

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JPS6169938A
JPS6169938A JP19344584A JP19344584A JPS6169938A JP S6169938 A JPS6169938 A JP S6169938A JP 19344584 A JP19344584 A JP 19344584A JP 19344584 A JP19344584 A JP 19344584A JP S6169938 A JPS6169938 A JP S6169938A
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JP
Japan
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base alloy
less
rapidly
alloy
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JP19344584A
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Kazuo Yamanaka
和夫 山中
Hiroo Nagano
長野 博夫
Takao Minami
孝男 南
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)

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) 本発明は、耐食性Ni基合金、特に高温高圧水環境下、
例えば、加圧水型原子炉(PWR)の蒸気発生器伝熱管
などに使用される、耐粒界損傷性にすくれたNi基合金
およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 従来よりインコネル600(商品名)などのNi基合金
はそのすぐれた耐食性および高温強度の点から苛酷な条
件下で使用される多くの用途に用いられている。例えば
、加圧水型原子炉の蒸気発生器伝熱管がその一例である
このような高温高圧下での伝熱管としての用途うこ使用
される場合、伝熱管の内側(にl下単に、“′管内側”
という)を通る1次系脱気高温水中において応力腐食割
れ(以下、@scc ”と称する)が発生することがあ
るばかりでなく、伝熱管の外側(以下単に、“管外側”
という)を通る2次系水中においてlN水漏洩に起因し
たC!−イオン混入や伝熱管/管支持板隙間部のアルカ
リ濃縮によるSCCをも生ずることがある。かかるSC
Cを抑制するため従来焼鈍のまま使用されていたものを
焼鈍後700℃で15時間程度のCr欠乏層回復熱処理
を行うことがすでに提案され、また一部実用化されてい
る。
例えば、特開昭55−125263号公報にはA11o
y 600(商品名)などのCrを含有するNi基合金
の耐SCC性を改善する熱処理法として、まずC含有量
によって規定される温度で最終焼鈍を行った後、650
〜750°CT:熱処理する方法が開示されている。
このような処理を施した合金は、Cr欠乏層がないため
伝熱管の1次側脱気高温水中における耐SCC性や2次
側Cl2−含有高温水中における耐SCC性にすぐれて
いるが、2次側管/管支持F2隙間部を模擬加速した高
濃度アルカリ+鉄酸化物スラッジ存在環境下では耐粒界
損傷性が劣ることが実験室試験で見い出された。
ここに、粒界損傷とは、腐食性の極めて厳しい環境で生
ずる、応力によって加速された粒界腐食のことをいう。
多くの場合、材料の貫通割れとして観察される。かかる
粒界損傷はその材料の用途が特殊のものだけに、使用時
に発見、補修することは困難であり、しかも一旦発生す
ると重大事故につながる危険性が大きく、したがって、
その早急の改答策の確立が望まれている。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、高温高圧水環境下で伝熱管などとして
使用される材料にみられる管内側および管外側の耐SC
C性ならびに耐粒界損傷性を改善することである。
本発明の別の目的は、Cr欠乏層回復熱処理によって管
内側および管外側の耐SCC性を改善した材料において
さらに耐粒界損傷性を改吾することである。
(問題点を解決するだめの手段) ここに、本発明者らは永年の研究の結果、Cr欠乏層回
復熱処理をしても粒界にCr炭化物析出量が少ないと耐
粒界損傷性は飛曜的に改善されにくいことから、むしろ
粒界の消失を図ることにより一挙にこれらの問題が解決
されるのではないかとの予想のもとに、更に研究を続け
たところ、材料のすべての粒界を消失させることはでき
ないにしても極く表面だけの粒界を消失させ、つまりア
モルファス化するだけで、上述の問題が解決できること
を知見し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、Cr欠乏層回復熱処理を行うとと
もに、管外表面層のみを、あるいは所要により管外表面
層および管内表面層のみを急速加熱溶融後、急冷凝固さ
せてアモルファス状の、明瞭なる結晶を生じなくなる組
織にし、1次側(管内側)および2次+j、11 (管
外側)いずれの側でも耐SCC性や耐粒界損傷性にすぐ
れた材料を提供することを意図するものである。
本発明にしたがってこのような急冷凝固させた組織は明
瞭なる粒界が形成されず、アモルファス化し、例えば2
次側管/管支持板隙間部を模擬加速した高濃度アルカリ
 (fIIIO%Na0H)十鉄酸化物(Fe304お
よびFe203)スラッジ存在の高温高圧環境において
ずくれた耐粒界損傷性を示す。
よって、本発明の要旨とするところは、M量%で5、 C:0.07%以下、  Si : 1.0%以下、i
n : 1.0%以下、  Cr、14〜35%、Ni
:50〜80%、   Ti : 0.05〜1.0%
、Al:0.1〜1.0%、 N:0.10%以下、残
部実質的にFeおよび不可避不純物 から成る均一組成を有するとともにアモルファス化され
た合金表面層を備えた、高温高圧水環境下での耐粒界損
傷性の良好なN1基合金;および重量%で、 C: 0.07%以下、  Si : 1.0%以下、
Mn : 1.0%以下、  Cr、 14〜35%、
Nip、50〜80%、        Ti  : 
 0.05〜1.0 %、Al:0.1〜1.0%、 
N:0.10%以下、残部実質的にFcおよび不可避不
純物 から成る組成を有する合金を、焼鈍i&650〜750
5°Cで0.1〜100時間の熱処理を施してから該合
金の表面層を急速加熱溶融後、急冷凝固させ、アモルフ
ァス状組織とすることを特徴とする、高温高圧水環境下
での耐粒界損傷性の良好なN+基合金の製造方法である
ここに、上記「均一組成」とは、例えば炭化物の粒界析
出促進、クロム欠乏層回復熱処理をして得た程度の均一
組織を有することをいうのである。
アモルファス化された表面層厚さは特に制限はないが、
一般には10ミクロン以上、好ましくは数10ミクロン
ないし数100 ミクロンの範囲にある。アモルファス
状組織は非晶質組織であり、その性質上粒界は存在せず
、したがって、内部のクロム欠乏層が回復して金属組織
の存在と相俟ってずくれた耐粒界損優性を示すのである
(作用) 本発明において合金の組成範囲を上述の如く制限した理
由は次の通りである。
C:C量をむやみに高くすると耐SCC性に有害となる
ので、本発明にあっては上限を0.07%とした。
好ましくは0.04%以下である。
5i、 Mn :これらの元素はいずれも脱酸元素であ
り、それぞれ1.0%以下の添加が必要であり、1.0
%を越えると合金の清浄度を劣化させる。
Cr : Crは耐食性を維持するために必要不可欠の
合金成分である。14%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%を越え
ると熱間加工性が著しく劣化するので本発明においてC
r量は14〜35%に限定する。好ましくは15〜30
%である。
Ni 二Niは耐食性向上に有効な元素であり、特にC
l−イオン含有高温水およびアルカリ (NaOH)環
境における耐SCC性を向上させる。このためNiは5
0%以上必要である。しかし、80%を越えるとその効
果は飽和してしまい、一方それに伴って添加できるCr
量が制限されるので、本発明にあってはNiNを80%
以下に制限する。
Ti : 0.05%以上添加することによって熱間加
工性を向上させる。一方、1.0%を越えて添加しても
その効果が飽和するため1.0%以下とする。
Al : Alは通常この種の合金には脱酸材として添
加されており、その場合、少なくとも0.1%以上の添
加を必要とするが、1.0%を越えて加えてもその効果
は飽和してしまうので、本発明ではAl量は0.1〜1
.0%に制限する。
N:結晶粒細粒化に有効な元素であり、本発明において
はNは積極的な添加元素であるが、0.10%を越える
とCr窒化物(Cr2N)ができ耐食性に悪い影響を与
えるので上限を0.10%とした。
その他、本発明における合金にはS、P等の通常の不純
物が含有されていてもよい。
熱処理: 本発明にあっては、焼鈍後650〜750 ’CでO,
1〜100時間熱処理を行うが、これは炭化物を積極的
に粒界に析出させるとともにCr欠乏層の回復を図るた
めの処理であって、上記条件を外れた範囲での処理では
Cr欠乏層の回復は十分に行なわれない。
急速加熱および急冷凝固: Cr欠乏層の回復が行われた金属組織は耐SCC性はか
なり改善されるが、耐粒界損傷性は必ずしも十分でない
。したがって、粒界を消失させるため急速加熱し、一旦
これを溶融させてから急冷凝固させ、組織をアモルファ
ス化するのである。急冷凝固の臨界条件はアモルファス
化の臨界冷却速度以上の冷却を行うことであり、具体的
にはレーザ照射により表面層のみ溶融し、次いで直ちに
冷却ガス吹付けを行えば十分である。本発明者らの実験
結果によれば、かかる通常の手段でもアモルファス化の
ための臨界冷却速度を越えることができ、充分にアモル
ファス化は実現できるのである。あるいは、IVD  
CIonνapor Deposition、  イオ
ン気相メッキ法)によって、上述のレーザ照射に代えて
イオン照射により金属表面を溶融□させてもよい。
その場合にも冷却時には冷却ガスを吹きつける。
(効果) かくして本発明によれば、Cr欠乏層回復処理後、極く
表面層のみがいわゆる粒界が存在しないアモルファス状
態となり、耐粒界ti傷性にすぐれるとともに、本来の
耐食性も著しく改善されることになる。
特に高温高圧下での耐食性の改善には著しいものがみら
れる。
叉範凱 第1表に化学成分を示す合金を容ff117kgの翼空
炉で溶製し、鍛造、熱間圧延して7■厚の板材とした。
次いでこの熱間圧延材を4.9關厚まで冷間圧延した。
このようにして得た供試材に第1図の従来法および第2
図に示す本発明に係る方法の製造履歴を与えたのち、得
られた板材からそれぞれ厚さ2絹×幅■0顛×長さ75
1の応力腐食割れ試験片を採取した。レーザは0.5K
W出力の炭酸ガスレーザを使って連続的に照射した。
このようにして得た各供試材の試験片にCX−高温水S
CC試験、1次側脱気高温水SCC試験およびアルカリ
鉄酸化物SCC試験を次の要領で行った。
C1−日Z SCC通 !!+1 ’ cIl−含有高温水を使ったSCC試験での試験片は研
暦後U字型に曲げて2枚重ね合セで5 +n拘束し、オ
ートクレーブ容器を用いて300°Cで500ppmC
j2−  (NaClとして)の非脱気溶液中に100
0時間浸漬してSCC試験を行った。
上人m薦息逼り述X以茎呈: 1次側脱気高温水SCC試験は予め試験片に引張り予歪
を30%付与したのち5 mm拘束し、360 ’C1
500ppm B ’ ++ I ppm Li ” 
+30cc/kg+zoLの脱気溶液中に3000時間
浸漬して行った。
アルカリ十鉄6化 SCC試、I: アルカリ十鉄酸化物中のSCC試験は、上記試験片を研
暦後U字型に曲げて5m11拘束し、325 ’Cで4
%ないし40%NaOHの脱気溶液中に3000ないし
200時間それぞれ?!t ?Hして行った。
以上の各試験終了後側れ深さを光学顕微鏡で測定した。
結果を第2表にまとめて示す。
これらの結果より、本発明に係る方法により製造した厚
さ数十〜数百ミクロンの急熱急冷凝固層の表面層を有す
るNi基合金は1次側および2次側(Cβ−、アルカリ
十鉄酸化物)両加速模擬環境下で耐SCC性や耐粒界損
傷性が良好であることがわかる。
第3図は、本発明に係る方法より製造された合金の組織
を説明するための模式図である。図示の組織図からも明
らかのように、本発明によれば、はぼ10〜300 μ
mのアモルファス層を表面に備え、その下側にはCr欠
乏層回復熱処理により得られた均一組成の組織を有する
合金材料が得られるのである。
このようにして本発明により製造された合金は原子力用
の熱交換用R器、容器に使用される管材、板、九’16
などムこ有効に使用されるばかりでなく、化学工業プラ
ント用容器、材料としても使用でき、そのすぐれた効果
は当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来法による製造履歴を示す説明図;第2図
は、本発明に係る方法を示す説明図;および、 第3図は、本発明に係るNi基合金の金属組織を説明す
る。模式図である。 出願人  住友金属工業株式会社 代理人  弁理士 広 瀬 章 −(他1名)第1図 り面層−ヶ (fX、ヤーノ数万ミ70ンン 第3図 yり一劫」叉

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、 C:0.07%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.
    0%以下、Cr、14〜35%、Ni:50〜80%、
    Ti:0.05〜1.0%、Al:0.1〜1.0%、
    N:0.10%以下、残部実質的にFeおよび不可避不
    純物 から成る均一組成を有するとともにアモルファス化され
    た合金表面層を備えた、高温高圧水環境下での耐粒界損
    傷性の良好なNi基合金。
  2. (2)重量%で、 C:0.07%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.
    0%以下、Cr、14〜35%、Ni:50〜80%、
    Ti:0.05〜1.0%、Al:0.1〜1.0%、
    N:0.10%以下、残部実質的にFeおよび不可避不
    純物 から成る組成を有する合金を、焼鈍後650〜750℃
    で0.1〜100時間の熱処理を施してから該合金の表
    面層を急速加熱溶融後、急冷凝固させ、アモルファス状
    組織とすることを特徴とする、高温高圧水環境下での耐
    粒界損傷性の良好なNi基合金の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1433864A3 (en) * 2002-12-25 2004-11-03 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Nickel alloy and manufacturing method for the same
WO2009142228A1 (ja) 2008-05-22 2009-11-26 住友金属工業株式会社 原子力用高強度Ni基合金管及びその製造方法
CN103556003A (zh) * 2013-09-27 2014-02-05 贵州航天新力铸锻有限责任公司 核电站设备零部件用的镍基合金的制备方法

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