JPS6184348A - 耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、熱間加工性に優れるＮｉ基合金 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性及び熱間加
工性にｊれるＮｉ基合金に関するものであり、特に本発
明は、高温水中での粒界型応力腐食割れ性を改善したＱ
ｒを含有するＮｉ基合金に関するものである。

（従来の技術） 近年、化学工梨、エネルギー産業の発展によつて装置材
料の受ける使用環境は多岐にわたり、厳しい条件下で使
用される場合が多くなっており、安全性に対する信頼性
要求の高まりと共に安定した耐食性を有する材料が要求
されている。このような理由から環境の厳しい条件下で
はステンレス鋼やＮｉ基合金が広く使用されている。な
かでも塩化物環境における粒内応力腐食割れに対しては
、Ｎｉ基合金の方がオーステナイトステンレス鋼よりも
優れた抵抗性を有するが、高Ｎｉ基合金にあっては、０
の固溶量が少ないため粒界が鋭敏化し易い欠点があり、
特に高温水中で粒界型応力腐食割れが懸念される。

前記〜１堪合金の粒界腐食および粒界応力腐食割れに対
しては従来ＴｉまたはＮｂなど安定化元素を添加して、
固溶０を予め固定する安定化熱処理を施す対策がとられ
ているが゛、溶接熱影響部、特に高温熱影響部において
は上記安定化効果が消えて溶接時及びその後の歪取り焼
鈍などの熱処理により粒界が鋭敏化されることが少なく
なかった。上記粒界の鋭敏化は粒界に炭化クロムが析出
することにより、粒界近傍においてＱｒが減少するいわ
ゆるＱｒ欠乏に起因する現象である。従って、実際使用
する場合には溶接部をも考慮した耐粒界腐食性ならびに
耐粒界応力腐食割れ性に優れる合金が必要であることが
要望されていた。

そこで、本発明者の一部は、特開昭５９−５６５５５お
よび特開昭５９−５６５５６に示す合金を開発した。す
なわちＣ２０，００５％の場合Ｎｂを１００（％Ｏ−０
，００５）１以上添加することにより耐粒界腐食性およ
び耐粒界応力腐食割れ性を改善し、また、ＯＷＮ≦０．
０４チの場合は、Ｎｌ−、を（３，０−７５（％０＋％
Ｎ））１以上添加することで機械的強度を向上すること
ができた。また、Ｂを少量添加することで熱間加工性を
ある程度向上することができた。しかし、工業規模で製
造する場合のように大型鋼塊を鍛造あるいは圧延する場
合には極めて良好でかつ安定した熱間加工性を有するこ
とが要求され、前記公報に示す合金では必ずしも安定し
た熱間加工性が得られず熱間加工中に鋼塊に割れが発生
する場合があった。

（８〕 （発明が解決しようとする問題） 本発明は、上記公開公報に記載された合金が有する欠点
を除去し、さらに改良した合金を提供することを目的と
するものであり、特許請求の範囲記載の合金を提供する
ことによって前記目的を達成することができる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は： １　００．０４５％以下、Ｓｉ　１．０　％以下、Ｍｎ
ｌ、０チ以下、Ｃｒ１４〜２６％、Ｆｅ　２５　％以下
、ｐ　０．ｏ　ａ　ｏ％％以下ｓ　０．ｏ　ａ　Ｏ％以
下、Ｎ　００００５′〜０．２％、Ｎｂ　０．０５〜４
．０４Ｊ）　−）　、　Ｏカ０，００５５チ以上の場合
Ｎｂは１００（％Ｏ−０，００５）％以上、（％０＋ｑ
ｂＮ）が０．０４％以下の場合Ｎｂは〔３．０−７５（
％Ｃ＋チＮ））チ以上含み、ざらニＢ　０．００１〜０
．０１０％、Ｍｇ０．ｏｏ５〜０．０５％、００．ｏθ
６ｏチ以下を含み、残部実質的にＮｉよりなる耐粒界腐
食性、耐応力腐食割れ注、熱間加工性に優れるＮ１基合
金。

＆　　Ｃ０．０４５％以下、Ｓｉ１．０％％以下Ｍｎｌ
、０％以下、Ｏｒｌ　４〜２６％、Ｆｅｎ　２５％以下
、Ｐ、０．０８０％以下、ｓ　０．ｏ　ａ　Ｏ％以下、
Ｎ　００００５〜０．２％、Ｎｂ　０．０５〜４．０チ
、かつ　Ｃが０．００５５％以上の場合Ｎｂは１００（
ｔＩｂ〇−０，００５）チ以上、（％Ｏ＋％Ｎ）が０．
０４チ以下の場合Ｎｂは〔８，０−７５（チＣ＋チＮ）
）チ以上含み、ざらにＢ０．００１〜０．０１０ｔｓ１
Ｍｇ　０．００５〜０．０５％、００，００６０％以下
、Ａｊ　、　Ｔｉ　、　ｚｒの中から諷ばれる１種また
は２種以上合計で１チ以下を含み、残部実質的にＮｉよ
りなる耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、熱間加工性に
優れるＮｉ基合金。

つ、溶接熱影響部をも含めた耐粒界腐食性、耐粒界応力
腐食割れ性を改善した従来合金の熱間加工性を更に改善
した合金である。

本発明者等は、鋼中の酸素含有量を低く抑えることによ
り熱間加工性に対して有効なりの効果を著しく増大させ
ることを新規に知見した。すなわち、本発明合金はＮｂ
およびＮを含有する合金の熱間加工性を向上させるため
にＢを添加するとともに合金中の酸素含有量を低く抑え
ることによ・つて耐粒界腐食性、耐粒界応力腐食割れ註
に優れ、極めて安定した熱間加工性を有するＮｉ基合金
に想到して本発明を完成した。

次に本発明を実験データについて説明する。

第１表に成分組成を示す本発明合金１〜８と比較合金９
〜１１をそれぞれ大気誘導炉で溶解して６〜１０ｋｇの
鋼塊とし、鍛造によって厚さ１０５１１１、幅７０〜１
００１編にし、これを１１００℃Ｘｌｈ加熱水冷し、さ
らに８フ０°ＣＸ２ｈ加熱後水冷した。かくして得られ
た鋼片を機械試験に供した。

一方、上記熱処理した鍛造品を第１図に示すように開先
加工してＴＩＧ溶接で多層肉盛し、６００℃×２０ｈ熱
処理した後空冷し、さらに、５００℃×４０ｈ熱処理後
空冷し熱処理全空冷耐食性試験に供した。

特開昭Ｇｌ−８４３４８（４） 上記溶接に用いたフィラーメタルの成分組成を第２表に
示す。上記耐食性試験用試片は、いずれも溶接部断面を
含むように切り出し、研摩して湿式＃８００で研摩仕上
げを終了した。

第８表に、引張り試験、粒界腐食、高温水応力腐食割れ
試験および熱間鍛造による割れ発生試験についての結果
を示す。第８表によれば、本発明回り、粒界腐食試験侵
食度は０　、５　ＩＩｍ　／　ａａｙ以下であり、高温
水応力腐食割れ試験において割れの発生は見られなかっ
た。更に、熱間鍛造においては、本発明合金１〜８は、
いずれも割れの発生はなか一方、比較合金９は、０．２
チ耐力は、２５　ｋｙ　／ｌｔｇｄを下回り、粒界腐食
試験度は０　、５　ｒａｍ　／　ｄａｙを上回り、高温
水応力腐食割れ試験により割れが発生し、熱間鍛造によ
り割れが発生した。比較合金１０は、熱間鍛造で割れが
発生した。比較合金１１は粒界侵食度は０　、５　ｉｓ
　／　ｄａｙを上回り高温水応力腐食割れ試験において
割れが発生しまた熱間鍛造により割れが発生した。

第２図は、粒界腐食試験による粒界侵食に及ぼすＷｂと
０量との関係を示す図で、最大侵食度ｄが０．５ｍｍ／
ｄａｙ以下の合金を得るには、０量が０．００５５チ以
上の場合Ｎｂを１００（％０−０．００５　）　１以上
含有させる必要がある。

第８図は、０．２％耐力σ０．２に及ぼすＮｂと（０＋
Ｎ）との関係を示す図であり、インコネル６０Ｇ　合金
の０．２俤耐力の規格である２１Ｃ９／−を上回る合金
を得るたメニハ、（０＋Ｎ　）カ０．０４％以下の場合
は、Ｗｂを〔３．０−７５（チＣ＋チＮ））チ以上含有
させる必要がある。

第４図は、本発明合金　４（８０，００８％、Ｎｂ２．
７チを含有する合金）の酸素とボロン量が熱間加工性に
およぼす関係を示す図であり、所定の熱間加工性を有す
る合金を得るには酸素を６０　ｐｐｍ以下にする必要が
ある。

次に、本発明合金の成分組成を限定する理由について説
明する。

Ｃは、０．０４５％より多いと溶接部の耐食性が劣化す
る。ところで、上記耐食性の劣化は、Ｎｂを多く含有さ
せることによって防止することはできるが、一方、熱間
加工性が劣化するので、Ｃは０．０４５チ以下にする必
要があり、０は、０．ｏ　ａ　。

％以下のとき熱間加工性が特に良好である。

Ｍｎは、１．０ｆＩＩより多いと耐粒界腐食性が劣化す
るので、Ｍｎは１．０％以下にする必要がある。

Ｐは、０．０８０％より多いと耐粒界腐食性および溶接
性が劣化するので、Ｐは、０．ｏａｏｓ以下にする必要
がある。

Ｓは、０．（ＭｌＯ％より多いと熱間加工性が劣化する
のでＳは、０．ｏ　ａ　ｏ％以下にする必要がある。

Ｏｒは、耐食性を得るためには、不可欠の元素であり、
Ｃｒが１４チより少ないと耐食性が劣化し、一方２６％
より多いと高温強度が高くなり、生産性が低下するので
Ｑｒは１４〜２６％の範囲にする必要がある。

Ｆｅは２５％より多いと塩化物環境における耐粒界応力
腐食割れ性が劣化するので、Ｆｅ１ｌは２５％以下にす
る必要がある。

Ｎｂは、耐粒界腐食性および機械的強度の向上に寄与す
る元素であり、Ｎｂが０．０５　％より少ないと上記耐
粒界腐食性および機械的強度の向上がみられず、一方、
４．０％より多いと熱間加工性が劣化するのでＮｂは、
０．０５〜４．０チの範囲内にする必要がある。Ｃが０
．００５５　％より多い場合は、Ｎｂが１００（チＯ−
０，００５）％より少ないと溶接熱影響部の耐食性が劣
化するので、Ｃが０．００５５チより多い場合は、Ｎｂ
は１００（チａ　−０．ｏｏｓ）チ以上にする必要があ
る。また、（％０＋％Ｎ）が０．０４チより少ない場合
は、Ｎｂが〔３．０−７５（％Ｏ＋１Ｎ））％より少な
いと機械的強度が劣化するので、（％０＋％Ｎ）が０．
０４％より少ない場合は、Ｎｂは（３，０−’Ｉ　５　
（チＣ＋チＮ））チ以上にする必要がある。

Ｎは、機械的強度、耐粒界腐食性および耐粒界応力腐食
割れ性の向上に寄与する元素であり、Ｎは、０．００５
　％より少ないと、上記緒特性の向上がみられず、一方
、Ｎは０．２％より多いとＮの固溶限界量を超えてブロ
ーホールが生ずるので、Ｎは０．００５〜０．２俤の範
囲内にする必要がある。

Ｔｉ　、　Ｚｒ　、　ｋｌは、それぞれ脱酸剤として熱
間加工性の改善に寄与する元素であり、特にＴｉ　、　
Ｚｒはブローホールの発生を抑止し、かつ溶接高温熱影
響部の耐食性の向上に寄与する元素である。

Ｔｉ　、　Ｚｒ　、　Ａ４がそれぞれ１％より多いかあ
るいはこれらの元素の合計含有量が１％より多いと上記
耐食性の向上が得られないので、Ｔｉ　、　Ｚｒ　、　
ｋｌにあっては、それぞれ１％以下を含有させかつこれ
らの元素の合計含有量の上限は１チとする必要がある。

Ｂ　、　Ｍｇは、熱間加工性の向上に寄与する元素であ
るが、Ｂ　、　Ｍｇは、それぞれ０．００１％、０．０
０５俤より少ないと熱間加工性の向上がみられず、一方
、それぞれ０．０１０　％　、　０．０５％より多いと
かえって熱間加工性が劣化するのでＢは０．００１〜０
．０１０チ、Ｍｇは０．００５〜０．０５％の範囲内に
する必要がある。

０は、０．００６０％より多いと熱間加工性の向上に寄
与するＢの効果を低下させるので０は０．００６０　％
以下にする必要がある。

以上本発明のＮｉ基合金は０．２チ耐力は２５に９／ａ
＋ｊ以上であり、耐粒界腐食性並びに耐応力腐食割れ性
に優れ、さらに熱間加工性に優れる合金であり、化学工
業並びにエネルギー産業、なかでも原子力発電用機器と
して優れた緒特性を有する合金である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、腐食試験に供した溶接試験片の斜視図、第２
図は、粒界腐食試験における最大侵食度ｄに及ぼすＮｂ
含有量とＯ含有量の影響を示す図、第３図は、機械的強
度に及ぼすＮｂ含有量と（％００％Ｎ）含有量の影響を
示す図、第４図は、熱間加工性に及ぼすＢ含有量と０含
有量の影響を示す図である。 特許出願人　日本冶金工業株式会社 同　　　バブコック日立株式会社 代　理　人　弁理士　村　　１）　政　　油量　　　弁
理士　　秦　　野　　拓　　也１”１０　）　　ｑＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ０．０４５％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．
   ０％以下、Ｃｒ１４〜２６％、Ｆｅ２５％以下、Ｐ０．
   ０３０％以下、Ｓ０．０３０％以下、Ｎ０．００５〜０
   ．２％、Ｎｂ０．０５〜４．０％、かつＣが０．００５
   ５％以上の場合Ｎｂは１００（％Ｃ−０．００５）％以
   上、（％Ｃ＋％Ｎ）が０．０４％以下の場合Ｎｂは〔３
   ．０−７５（％Ｃ＋％Ｎ）〕％以上含み、さらにＢ０．
   ００１〜０．０１０％、Ｍｇ０．００５〜０．０５％、
   Ｏ０．００６０％以下を含み、残部実質的にＮｉよりな
   る耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、熱間加工性に優れ
   るＮｉ基合金。 ２、Ｃ０．０４５％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．
   ０％以下、Ｃｒ１４〜２６％、Ｆｅ２５％以下、Ｐ０．
   ０３０％以下、Ｓ０．０３０％以下、Ｎ０．００５〜０
   ．２％、Ｎｂ０．０５〜４．０％かつＣが０．００５５
   ％以上の場合Ｎｂは１００（％Ｃ−０．００５）％以上
   、（％Ｃ＋％Ｎ）が０．０４％以下の場合Ｎｂは〔３．
   ０−７５（％Ｃ＋％Ｎ）〕％以上含み、さらにＢ０．０
   ０１〜０．０１０％、Ｍｇ０．００５〜０．０５％、Ｏ
   ０．００６０％以下、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒの中から選ばれ
   る１種または２種以上合計で１％以下を含み、残部実質
   的にＮｉよりなる耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性、熱
   間加工性に優れるＮｉ基合金。