JPS62167837A

JPS62167837A - Ｎｉ基合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPS62167837A
Application number: JP949286A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yonezawa; 利夫米澤; Noritake Yamaguchi; 山口　詔丈; Yasutaka Okada; 康孝岡田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1987-07-24
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JP2554048B2

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、軽水炉あるいは新型転換炉の炉内構造部材や
燃料要素等に用いられるビン、ボルト、スクリュー等の
締結部材又は板バネ、コイルバネ等のスプリング部材並
びに、タービン用ボルト、熱交換器用支持構造部材、熱
交換器伝熱管材等に好適な耐応力腐食割れ性に優れた高
強度のＮｉ基合金及びその製造法に関する。

〔従来の技術〕

従来、軽水炉等の前記用途材として、インコネルｘ−７
５０（商品名）と称するＮｉ≧７２％、Ｃｒ１４〜１７
チ、Ｆｅ６〜９％を有し、Ａ／、Ｔｉ．Ｎｂを１〜２％
含む析出強化型Ｎｉ基合金が多用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがインコネルＸ−７５０は、熱処理条件によって
は前記用途の使用環境における応力腐食割れ感受性が高
（、上記の締結部材等において応力腐食割れを生じるこ
とがある。しかも、一般に０．２　％耐力や引張強さの
大きな高強度材になるほど、耐応力腐食割れ性が劣ると
言われており、前記のピン、ボルト又はスプリング等の
ように高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ
性に優れている事が要求される部材として好適なものは
なかった。

本発明は、上記従来合金の不具合に鑑みてなされたもの
で、高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れたＮｉ基合金の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意研究の結果、従来のインコネルＸ−
７５０の締結部材では、その化学成分、熱処理条件若し
くは加工条件等に起因して金属組織が変化し、材料の応
力腐食割れ感受性が高くなるとの知見を得た上、このよ
うな問題点のない化学組成、金属組織のＮｉ基合金とそ
の製造法とを開発するに至った。

そのだめ、本発明は、まず（１）重量比でｃ　ｏ、ｏｓ　％以下、Ｓｉ０，１５％
以下、Ｍｎ　０．１〜１係、Ｎｉ４５〜７５％、Ｏｒ　
２０〜３０　％　、賞割≠す呉Ｔｉ３，５チ以下、Ａｆ
２チ以下、Ｎｂ７チ以下慕′　　　　−５゛　　　　。

二　　と残部Ｆｅを含み、γ基地に、Ｉ＋相の少なくともいずれか１種を有し、結晶粒界
にＭ２．０６が半連続状に優先的に析出している事を特
徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高
強度Ｎｉ基合金を第１発明とした。

そしてこのＮｉ基合金を得るだめの製造法として、次の
（２）〜（３）の発明を第２発明乃至第４発明とした。

（２）重量比で００．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ　０．１〜ＩＩ％、Ｎｉ４５〜７５％、Ｃｒ２０
〜３０％、−一刊→→央−Ｔｉ３．５％以下、Ａ／２％
以下、Ｎｂ７％以下釦゛−１、′　　　　　　。

と残部Ｆｅを含む合金に。

９８０〜１２００℃に加熱保持して空冷以上の冷却速度
で冷却し、更に５５０〜８５０℃に加熱保持する時効処
理を少なくとも１回以上施こすことを特徴とする高温高
圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金
の製造法。

（３）重量比でｃ　０．０８’！＝以下、ｓｌ、１５％
以下、Ｍｎ　０．１〜１％、Ｎｉ４５〜７５％、Ｃｒ　
２０〜３０　％、嚇舗≠妙ガＴｔ３．５チ以下、人１２
チ以下、Ｎｂ７チ以下曇゛　　　　−、゛　　　　。

と残部Ｆｅを含む合金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して空冷以上の冷却速度
で冷却した後、断面縮小率で１０％以上の冷間加工を施
し、更に５５０〜８５０°Ｃに加熱保持する時効処理を
少なくとも１回以上施すことを特徴とする高温高圧水中
での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造
法。

（４）重量比でｃ　ｏ、ｏｓ％以下、ｓｔ　０．１５％
以下、Ｍｎ　０．１〜１％、Ｎｉ４５〜７５％、Ｏｒ　
２０〜３０　％、ｄ≠＃ミＴｉ　３，５チ以下、Ａ／　
２チ以下、Ｎｂ７チ以下社゛−一、　　　゛　　　　。

と残部Ｆｅを含む合金に、８５０〜１２５０℃で圧下率２０チ以上の熱間加工を施
した後、９８０〜１２００℃に加熱保持して空冷以上の
冷却速度で冷却し、更に５５０〜８５０℃に加熱保持す
る時効処理を少なくとも１回以上施すことを特徴とする
高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ
基合金の製造法。

〔数値限定理由〕

Ｃ：ＣはＯｒと結合してＭ２３Ｃ＠なるＣｒ炭化物を結
晶粒界に形成し、結晶粒の粒界結合力を増す働きをなす
。ところが、Ｃが０．０８％を超えるとＮｂやＴｉと結
合してＮｂＯやＴＩＣを形成し、ＮｂやＴｉがＮｉと結
合して生成するＴｉやγＩＩ相を減少させるため強度が
低下する。従って、Ｃを０．０８係以下とした。

Ｓｉ　：　ｓｔは合金中の不純物としての酸素な取除（
作用を持つが、反面０．１５％を超えると粒界部におけ
るＭ２’ＪＣ６の半連続状析出を阻害し、耐応力腐食割
れ性を低下させる。従って、Ｓｌを０１５チ以下とした
。

Ｍｎ　：　Ｍｎは粒界部におけるＭＢＣｇの半連続状析
出を促進する元素であり、０．１％以上含有させる必要
があるが、１チを超えて含有することにより延性を損な
う脆代相の析出を助長する。従って、Ｍｎを０．１〜１
チとした。

Ｆｅ：Ｆｅは鋳造時、若しくは塑性加工時の組織の安定
性を高める元素であるが、１５％を超えて含有すると、
延性を害する。従ってＦｅを１５チ以下とした。

Ｃｒ：Ｃ：ｒは耐応力腐食割れ性を保持する上で最も重
要な元素であり、２０チ以上含有する必要があるが３０
％を超えて含有すると凝固偏析が著しく、鍛造しにくく
なるばかりか、均質なインゴットが出来にくい。従って
、Ｏｒを２０〜３０チとした。

Ｔｉ：ＴｉはＮｉと結合してＮｉ３Ｔｉなるｒｌを析出
し強度を高くする。３５チを超えると延性が低下し、η
相が析出して耐応力腐食割れ性が低下する。

従って、Ｔｉを３５％以下とした。

Ａ／：ＡｌはＮｉと結合してＮｉ５Ａｌなるｒｌを析出
し強度を高くするが、２％を超えると耐応力腐食割れ性
が低下する。従って、Ａ７を２％以下とした。

ｒＪｂ：ＮｂはＮｉと結合してＮｉ３Ｎｂなる。ＩＩ相
あるいはδ相を析出し、強度を高くするが、７％を超え
ると耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Ｎｂを７％
以下とした。

また、熱処理条件としては、高強度を保持し、かつ高い
耐応力腐食割れ性を保持させるために９８０〜１２００
℃に加熱保持して空冷以上の冷却速度で冷却する溶体化
処理後、更に５５０〜８５０°Ｃに加熱保持する時効処
理を少なくとも１回以上施こす必要がある。

尚、熱処理時間としては、溶体化処理力；５分〜５時間
、時効処理が１〜１５０時間程度施こすのが好ましい。

また、一般に、鋳造材の場合、上記の溶体化処理と、時
効処理だけで良いが、更に、冷間加工及び熱間加工を行
う場合は次の条件下で行う。

すなわち、冷間加工の場合、すぐれた耐応力腐食割れ性
を得るために、溶体化処理後に断面縮小率１０チ以上の
高い加工率にて均質に加工を行う。

尚、上記の冷間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐食
割れ性に加えて、０２チ耐力が９０Ｋｇ／ｎｆｉ以上、
引張強さが１００　Ｋｑ／ｗＡ１以上の高強度材となる
。

また、熱間加工の場合、熱間加工による割れを防止し、
また必要以上の粒成長を防止するために加工温度を８５
０〜１２５０℃で行い、すぐれた耐応力腐食割れ性を保
持するために２０％以上の圧下率で均質に行う。

尚、上記の熱間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐食
割れ性に加えて、室温の０．２　％耐力が７０Ｋｙ／−
以上、引張強さが９０Ｋｐ／−以上の高強度材となる。

〔実施例〕

ｌ）応力腐食割れ試験軽水炉環境下で締結部材や、ペロー等に本発明のＮｉ基
合金が用いられた場合の耐応力腐食割れ性を評価するだ
め、加圧水型軽水炉−次系水を模擬した表１に示す環境
下で、第１図に示すＵベンド試験片を浸漬し、高応力を
負荷した各供試材の応力腐食割れ試験を４０００ｈ迄実
施し、割れの有無を調査した。

２）供試材本試験に用いた供試材の化学成分を表２に、供試材の熱
処理、加工条件の例を表３に示す。

尚、不純物としてｐ、ｓがそれぞれ最大０．０１チ程度
、Ｃｕが最大０．０７チ程度、またＮが最大００１チ程
度含有していた。

３）試験結果結果は表３、並びに第２図乃至第１０図のとおりである
が、表４に示すとおり、図中の記号のうち白ぬきは割れ
なしのもので、黒ぬりは割れ有りのものである。

尚、これらの供試材のうち割れをおこさなかったものの
金属組織を観察したところ、ｒ基地にｒ１相又は、１１
相が分散し、結晶粒界にはＭｔｉｃｇが半連続状に優先
的に析出して（・た。代表的な例を表５に示す。

各成分元素、熱処理条件と割れの有無は、第２図（ａｌ
（ｔ）ｌ乃至第４図までのとおりであり、いずれも本発
明の成分範囲、熱処理条件の範囲であれば他にくらべて
耐応力腐食割れＫすぐれることがわかる。

また、第５図（ａｌ　、　１ｔ）ｌ　Ｋは冷間加工率、
溶体化温度と割れの有無の関係を示すが、いずれも本発
明の条件下であれば他にくらべて耐応力腐食割れ性にす
ぐれることがわかる。

第６図乃至第７図にＴｌ、Ａ／量とＮｂ量とが耐応力腐
食割れ性に及ぼす影響を示すが、いずれも本発明の範囲
内であれば他と比較して耐応力腐食割れ性処すぐれるこ
とがわかる。

第８図に機械的性質と、冷間加工率との関係を示すが、
第５図ｆａｌ　ｌ　Ｉ）ｌに示すとおり、本発明の範囲
では、耐応力腐食割れ性に優れるＫもかかわらず、０２
％耐力及び引張強さもすぐれている。

第９図及び第１０図に、圧下率３０　％の熱間加工を施
こした合金の化学成分と機械的性質との関係を示すが、
本発明の範囲では耐応力腐食割れ性にすぐれるＫもかか
わらず、機械的性質がすぐれている。

尚、各図において、＋ａｌ　ｌ　ｔｂ１図のあるものは
、ＭＯの有無によりデータを区分けしたもので、［ａｌ
がＭｏの無いもの、ｆｔ）ｌがＭｏの有るものテする。

〔発明の効果」以上のとおり、本発明によれば、機械的強度と耐応力腐
食割れ性をともに満足するＮｉ基合金を得ることができ
るので、軽水炉等の炉内構造部材をはじめ、締結部材、
スプリング部材等として、きわめて安全に長寿命にて用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔａ＋　、　［ｂｌ　、　（Ｃ１はいずれも本発
明の実施例について試験を行った試験片の説明図、第２
図（ａｌ　、　（ｂｌ乃至第１０図は、本発明の実施例
についての実験結果をあられす図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
％、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下、Ｎｂ７％以下と
残部Ｎｉを含み、γ基地にγ＾１相及び γ＾１＾１相の少なくともいずれか１種を有し、結晶粒
界にＭ＿２＿３Ｃ＿６が半連続状に優先的に析出してい
る事を特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に
優れた高強度Ｎｉ基合金。
（２）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
％、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下、Ｎｂ７％以下と
残部Ｎｉを含む合金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却し、更に５５０
〜８５０℃に加熱保持する時効処理を少なくとも１回以
上施こすことを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食
割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。
（３）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
％、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下、Ｎｂ７％以下と
残部Ｎｉを含む合金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却した後、断面縮
小率で１０％以上の冷間加工を施し、更に５５０〜８５
０℃に加熱保持する時効処理を少なくとも１回以上施す
ことを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に
優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。
（４）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
％、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下、Ｎｂ７％以下と
残部Ｎｉを含む合金に、８５０〜１２５０℃で圧下率２０％以上の熱間加工を施
した後、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却し、更
に５５０〜８５０℃に加熱保持する時効処理を少なくと
も１回以上施すことを特徴とする高温高圧水中での耐応
力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。