JPS6289845A - 耐中性子照射脆化特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
耐中性子照射脆化特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPS6289845A JPS6289845A JP60227657A JP22765785A JPS6289845A JP S6289845 A JPS6289845 A JP S6289845A JP 60227657 A JP60227657 A JP 60227657A JP 22765785 A JP22765785 A JP 22765785A JP S6289845 A JPS6289845 A JP S6289845A
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- Japan
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- neutron irradiation
- stainless steel
- austenitic stainless
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Heat Treatment Of Steel (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。
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、中性子照射を受ける原子炉用構造材料、例え
ば高速増殖炉や軽水炉あるいは核融合炉などの原子炉炉
容器材料やその周辺材料として使用される耐中性子照射
脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関す
るものである。
ば高速増殖炉や軽水炉あるいは核融合炉などの原子炉炉
容器材料やその周辺材料として使用される耐中性子照射
脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関す
るものである。
(従来の技術)
現在使われている原子炉構造材料としては、その優れた
高温強度と耐食性のためにオーステナイト系ステンレス
鋼が最も一般的である。
高温強度と耐食性のためにオーステナイト系ステンレス
鋼が最も一般的である。
ところで、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼の場
合、例えば「(動燃技法)猶50あるいは、特開昭53
−88499号公報などに開示されているように、鋼中
にポロン(B)を添加すれば、炭化物の微細化、安定化
が果たされると共に該炭化物の粒界析出が抑制され、そ
の結果粒界が強化されて強度や延性さらには加工性の改
善に有効であることが知られている。
合、例えば「(動燃技法)猶50あるいは、特開昭53
−88499号公報などに開示されているように、鋼中
にポロン(B)を添加すれば、炭化物の微細化、安定化
が果たされると共に該炭化物の粒界析出が抑制され、そ
の結果粒界が強化されて強度や延性さらには加工性の改
善に有効であることが知られている。
このようにBの添加は、粒界強化などの点から有効であ
る反面次のような問題点も指摘されていた。
る反面次のような問題点も指摘されていた。
すなわち、一般に天然のBは同位体の質量数がIOと1
1の二種の同位元素10B 、 JIBによって構成さ
れ、その自然存在比は1°Bが19.6%、11Bが8
0.4%程度である。これらの同位元素のうち、特にI
OBは熱中性子吸収が大きく、そのため熱中性子照射を
受ける原子炉容器に、Bを含有するオーステナイト系ス
テンレス鋼を用いた場合、10”n/ca+”程度の比
較的軽度の熱中性子照射でも、IIIB (n+ α
)7Li核反応が生じてIIIBが崩壊し、その結果H
eガスを発生させ、そのHeがクリープ亀裂の発生と伝
播を助長し、クリープ脆化を招来する原因となっていた
。
1の二種の同位元素10B 、 JIBによって構成さ
れ、その自然存在比は1°Bが19.6%、11Bが8
0.4%程度である。これらの同位元素のうち、特にI
OBは熱中性子吸収が大きく、そのため熱中性子照射を
受ける原子炉容器に、Bを含有するオーステナイト系ス
テンレス鋼を用いた場合、10”n/ca+”程度の比
較的軽度の熱中性子照射でも、IIIB (n+ α
)7Li核反応が生じてIIIBが崩壊し、その結果H
eガスを発生させ、そのHeがクリープ亀裂の発生と伝
播を助長し、クリープ脆化を招来する原因となっていた
。
またBは積極的に添加しない場合においても、通常の精
錬過程を経てえられたオーステナイト系ステンレス鋼で
は、少なくとも数PPm程度はBを含有しており、その
程度の微量のBを含有する場合でも、熱中性子照射を受
ければ前記同様にtoB(n+ α)’Li核反応に起
因したクリープ脆化が生じるおそれがある。
錬過程を経てえられたオーステナイト系ステンレス鋼で
は、少なくとも数PPm程度はBを含有しており、その
程度の微量のBを含有する場合でも、熱中性子照射を受
ければ前記同様にtoB(n+ α)’Li核反応に起
因したクリープ脆化が生じるおそれがある。
(発明が解決しようとする問題点)
上述したように、耐中性子照射脆化を防止するためには
鋼中に存在する+1)Bを低減することが効果的である
。しかしながらオーステナイト系ステンレス鋼において
は、通常Bを故意に添加しない場合でも不可避的に2〜
5 PPm程度のBを含有している。
鋼中に存在する+1)Bを低減することが効果的である
。しかしながらオーステナイト系ステンレス鋼において
は、通常Bを故意に添加しない場合でも不可避的に2〜
5 PPm程度のBを含有している。
この点に関連して本発明者らは、先に特願昭60−13
5070号として提案したように、自然存在比よりも高
いIIBの量比(IIB / (+113 +1113
) )を有するB含有原料を用いた脱B製錬により、
1(13を低減することのできる技術の開発に成功した
。
5070号として提案したように、自然存在比よりも高
いIIBの量比(IIB / (+113 +1113
) )を有するB含有原料を用いた脱B製錬により、
1(13を低減することのできる技術の開発に成功した
。
しかしながら、実際にはtoBを著しく低減はできても
完全に除くことは困難であるし、ましてコスト的にも不
利はまぬがれない。
完全に除くことは困難であるし、ましてコスト的にも不
利はまぬがれない。
要するに本発明の目的は、天然に存在するBのうち中性
子照射による核変換のためHeを生じる1°Bの悪影響
を無くし、中性子照射環境下でも中性子照射脆化を生じ
ることなく、高温引張延性やクリープ特性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼を提案することにある。
子照射による核変換のためHeを生じる1°Bの悪影響
を無くし、中性子照射環境下でも中性子照射脆化を生じ
ることなく、高温引張延性やクリープ特性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼を提案することにある。
(問題点を解決するための手段)
上述した問題点解決のために本発明では、Bの存在は完
全に無くすことができないということを前提とした上で
その存在を無害化することを自損した。そのためにまず
IOBが少なく11Bの多いボロンを使うことに併せ、
鋼中にTiまたはNbの少なくとも一種以上を添加し、
その際に生じるTi 、 Nbの微細な炭・窒化物と一
緒にBを粒内、粒界に均一かつ微細に析出分散させ、粒
界に存在するIOBを低減させて無害化するようにした
のである。
全に無くすことができないということを前提とした上で
その存在を無害化することを自損した。そのためにまず
IOBが少なく11Bの多いボロンを使うことに併せ、
鋼中にTiまたはNbの少なくとも一種以上を添加し、
その際に生じるTi 、 Nbの微細な炭・窒化物と一
緒にBを粒内、粒界に均一かつ微細に析出分散させ、粒
界に存在するIOBを低減させて無害化するようにした
のである。
すなわち、本発明は上述の要請に応えられるものとして
、C: 0.1wtX以下、Si : 1wtX以下、
Mn:2wt%以下、Cr :16〜26wt$ 、N
i : 6〜18 wtχ、N :0.2wt%以下を
含有し、同位体の質量数が11のBと同質量数が10の
Bとの比が9以上のBを0.0001〜0.01wtχ
必須成分として含有し、またこれらにさらに1〜4wt
χのMoを加えたものを必須成分として含有し、0.O
1〜0.5wtχのTiもしくは0.01〜1.0wt
%のNbのいずれか1種または2種を任意成分として含
有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる耐中性
子照射脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
の開発を実現させたものである。
、C: 0.1wtX以下、Si : 1wtX以下、
Mn:2wt%以下、Cr :16〜26wt$ 、N
i : 6〜18 wtχ、N :0.2wt%以下を
含有し、同位体の質量数が11のBと同質量数が10の
Bとの比が9以上のBを0.0001〜0.01wtχ
必須成分として含有し、またこれらにさらに1〜4wt
χのMoを加えたものを必須成分として含有し、0.O
1〜0.5wtχのTiもしくは0.01〜1.0wt
%のNbのいずれか1種または2種を任意成分として含
有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる耐中性
子照射脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
の開発を実現させたものである。
要するに本発明鋼によれば、粒界10Bを低減すること
により中性子照射により生じる粒界上のtleもそれだ
け減少するから、従来問題となっていた中性子照射脆化
を回避することが可能となる。さらにIOBの無害化に
加えて、中性子による核変換のおそれのない113を積
極的に添加することにあわせTi 、 Nbの微細炭・
窒化物を生成させることにより、粒界強化が実現され、
クリープ強度の増加、延性の向上が達成されるのである
。
により中性子照射により生じる粒界上のtleもそれだ
け減少するから、従来問題となっていた中性子照射脆化
を回避することが可能となる。さらにIOBの無害化に
加えて、中性子による核変換のおそれのない113を積
極的に添加することにあわせTi 、 Nbの微細炭・
窒化物を生成させることにより、粒界強化が実現され、
クリープ強度の増加、延性の向上が達成されるのである
。
(作用)
以下に本発明鋼が上述のように限定される理由につき詳
しく述べる。
しく述べる。
高温環境下で使用される材料としては、高温引張延性や
クリープ延性、高温強度を向上させるためBを添加して
粒界強化を行うことが望ましい。
クリープ延性、高温強度を向上させるためBを添加して
粒界強化を行うことが望ましい。
その際、中性子照射環境下で使用されてもlieガスの
生じないIIBのみを添加できればより望ましいが、現
実のオーステナイト系ステンレス鋼には少なくとも数P
Pm程度の10Bが含まれる。
生じないIIBのみを添加できればより望ましいが、現
実のオーステナイト系ステンレス鋼には少なくとも数P
Pm程度の10Bが含まれる。
そこで、本発明者らは、JIB/IOBの比を変えた場
合の粒界103の濃度変化に着目して研究をすすめた結
果、第1図に示すように、該118 /IOBが9以上
の場合には粒界tollの?二度が著しく低減すること
を見い出した。しかも、TiやNbの一種以上をふ(む
オーステナイト系ステンレス鋼の場合その傾向がより顕
著になることも判った。なお、図の相対的粒界I08?
Hr度はフィソショントラックエソチング法により求め
たものである。
合の粒界103の濃度変化に着目して研究をすすめた結
果、第1図に示すように、該118 /IOBが9以上
の場合には粒界tollの?二度が著しく低減すること
を見い出した。しかも、TiやNbの一種以上をふ(む
オーステナイト系ステンレス鋼の場合その傾向がより顕
著になることも判った。なお、図の相対的粒界I08?
Hr度はフィソショントラックエソチング法により求め
たものである。
次に本発明鋼についての成分組成限定理由を述べる。
C+O,l wt%以下について
Cは、オーステナイト相を安定にして、強度上昇にも効
果があるが、0.1wtχ(以下は単に「%」で表示す
る)を超える添加は耐食性を低下させるので、0.1%
以下に限定する。
果があるが、0.1wtχ(以下は単に「%」で表示す
る)を超える添加は耐食性を低下させるので、0.1%
以下に限定する。
5il1%以下について
Siは、通常脱酸剤として添加されるが、1%を超える
添加は鋼の熱間前件が低下して製造性を害するので1%
以下にする。
添加は鋼の熱間前件が低下して製造性を害するので1%
以下にする。
Mn:2%以下について
Mnは、オーステナイト相を安定にして鋼の熱間加工性
を向上させる効果があるが、2%を超える添加は、耐食
性が若干低下するので2%以下とする。
を向上させる効果があるが、2%を超える添加は、耐食
性が若干低下するので2%以下とする。
Cr : 16〜26%について
Crは、耐食性を向上させるのに著しい効果があり、ス
テンレス鋼には欠かせない元素であり、オーステナイト
系ステンレス鋼としてオーステナイト相をNiとともに
安定化させる。この効果を十分に発揮させるには16%
以上の添加が必要である。
テンレス鋼には欠かせない元素であり、オーステナイト
系ステンレス鋼としてオーステナイト相をNiとともに
安定化させる。この効果を十分に発揮させるには16%
以上の添加が必要である。
一方26%を超えると耐食性の効果も飽和する傾向にあ
り、コスト高になるので、26%以下とする。
り、コスト高になるので、26%以下とする。
Ni:6〜18%について
Niは、Crとともに添加することにより耐食性は一層
向上させるとともにかつオーステナイト系ステンレス鋼
としてオーステナイト相をCrとともに安定化させる。
向上させるとともにかつオーステナイト系ステンレス鋼
としてオーステナイト相をCrとともに安定化させる。
この効果を十分に発揮させるためには6%以上の添加が
必要である。一方18%を超えるとその効果が飽和する
他、コスト高にもなるので18%以下とする。
必要である。一方18%を超えるとその効果が飽和する
他、コスト高にもなるので18%以下とする。
どo :0.1〜4%について
Moは、耐食性向上に育利な成分であり、とくにオース
テナイト系ステンレス鋼においてその効果を発揮するた
めには、0.1%以上の添加が必要であり、Moの増加
とともに耐食性は向上するがコスト上昇も著しいので上
限を4%とした。
テナイト系ステンレス鋼においてその効果を発揮するた
めには、0.1%以上の添加が必要であり、Moの増加
とともに耐食性は向上するがコスト上昇も著しいので上
限を4%とした。
Ti:O,旧〜0.5%、 Nb:0.01〜1.0に
ついてTi 、 Nbは、炭化物や窒化物を形成して微
細に分散、析出するが、これがBの析出核となってBを
粒内、外に均一に微細分散させるのに有効に作用する。
ついてTi 、 Nbは、炭化物や窒化物を形成して微
細に分散、析出するが、これがBの析出核となってBを
粒内、外に均一に微細分散させるのに有効に作用する。
こうした作用は、Tiの場合0.01%、Nbの場合0
.01%以上の添加は必要である。一方、Ti:0.5
%、Nb:1%を超える添加は製造性の低下を招くので
、上述のように0.01〜0.5%、0.01〜1.0
%に限定する。尚、これらは少なくとも1種を添加すれ
ば足り、2種添加してもよい。
.01%以上の添加は必要である。一方、Ti:0.5
%、Nb:1%を超える添加は製造性の低下を招くので
、上述のように0.01〜0.5%、0.01〜1.0
%に限定する。尚、これらは少なくとも1種を添加すれ
ば足り、2種添加してもよい。
B : 0.0001〜0.01%についてBは、粒界
強化作用を有し、高温引張延性やクリープ延性を改善す
る作用がある。この効果を発揮するためには0.000
1%以上の添加が必要であり0.01%以上でもその効
果は期待できるがコスト高を招くので上限を0,01%
とした。
強化作用を有し、高温引張延性やクリープ延性を改善す
る作用がある。この効果を発揮するためには0.000
1%以上の添加が必要であり0.01%以上でもその効
果は期待できるがコスト高を招くので上限を0,01%
とした。
また、上記Bについては1B/1°Bの比が9以上を示
すことが必要であることについては既に述べたが、要す
るにTi 、 Nbの少なくとも1種以上を含有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼の場合、上記の比が9以上
で粒界の103が著しく低減するからであり、中性子照
射脆化のおそれがな(、高温引張り延性およびクリープ
延性を改善するのに有効である。
すことが必要であることについては既に述べたが、要す
るにTi 、 Nbの少なくとも1種以上を含有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼の場合、上記の比が9以上
で粒界の103が著しく低減するからであり、中性子照
射脆化のおそれがな(、高温引張り延性およびクリープ
延性を改善するのに有効である。
N:0.2%以下について
Nの添加は、オーステナイト相を安定にし、さらに強度
上昇にも効果があるが、0.2%を超える添加は熱間加
工性が低下するので、0.2%以下に限定する。
上昇にも効果があるが、0.2%を超える添加は熱間加
工性が低下するので、0.2%以下に限定する。
本発明鋼の製造、とくに精錬に当っては、脱B精錬前も
しくは該精錬後のいずれかに、Ti 、 Nbの一種ま
たは2種および11B/109≧9であるBを添加する
。その後の加熱、圧延、熱処理は常法に従う既知工程を
そのまま利用する。
しくは該精錬後のいずれかに、Ti 、 Nbの一種ま
たは2種および11B/109≧9であるBを添加する
。その後の加熱、圧延、熱処理は常法に従う既知工程を
そのまま利用する。
(実施例)
小型実験炉により、表−1に示す鋼を真空溶製した。本
発明例については、その後11B / IOB≧9のフ
ェロボロン合金を投入して脱B精錬を行って成分調整と
鋼塊鋳造した。その後、1250℃で加熱後熱間圧延を
行い、25龍厚の板を製造した。溶体化熱処理は105
0℃で20分行いその後水冷した。
発明例については、その後11B / IOB≧9のフ
ェロボロン合金を投入して脱B精錬を行って成分調整と
鋼塊鋳造した。その後、1250℃で加熱後熱間圧延を
行い、25龍厚の板を製造した。溶体化熱処理は105
0℃で20分行いその後水冷した。
溶体化処理材に対して、粒界におけるIIIB存在の有
無、クリープ破断強度、同破断時間を求めた。
無、クリープ破断強度、同破断時間を求めた。
なお粒界Bの存在はオージェ分析および、フィショント
ラソクエソチング法によって調べた。その結果を本発明
例、比較例に分けて表−2に示す。。
ラソクエソチング法によって調べた。その結果を本発明
例、比較例に分けて表−2に示す。。
この表から判るように、本発明鋼はBが鋼中に均一に分
散しているため、粒界に存在するIIIBは検出できな
い程度に減少しているが、比較例では粒界に存在するI
IIBはいずれも検出可能な程度に多い。さらにクリー
プ破断強度、破断伸びも比較鋼に比べてすぐれているこ
とが明らかである。
散しているため、粒界に存在するIIIBは検出できな
い程度に減少しているが、比較例では粒界に存在するI
IIBはいずれも検出可能な程度に多い。さらにクリー
プ破断強度、破断伸びも比較鋼に比べてすぐれているこ
とが明らかである。
表 2
(発明の効果)
以上説明したように本発明によれば、中性子照射環境下
で使用しても中性子照射脆化を起すことがなくかつ高温
引張り延性、強度にすぐれると共にクリープ特性にも優
れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる
。
で使用しても中性子照射脆化を起すことがなくかつ高温
引張り延性、強度にすぐれると共にクリープ特性にも優
れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる
。
第1図は、Ti 、 Nbの一種または二種を含有する
オーステナイト系ステンレス鋼における粒界10Bン農
度に及ぼすllB/ IOB比の影響を示すグラフであ
る。
オーステナイト系ステンレス鋼における粒界10Bン農
度に及ぼすllB/ IOB比の影響を示すグラフであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、C:0.1wt%以下、Si:1wt%以下Mn:
2wt%以下、Cr:16〜26wt%Ni:6〜18
wt%、N:0.2wt%以下を含有し、同位体の質量
数が11のBと同質量数が10のBとの比が9以上のB
を0.0001〜0.01wt%必須成分として含有し
、 0.01〜0.5wt%のTiもしくは0.01〜1.
0wt%のNbのいずれか1種または2種を任意成分と
して含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
耐中性子照射脆化特性に優れたオーステナイト系ステン
レス鋼。 2、C:0.1wt%以下、Si:1wt%以下Mn:
2wt%以下、Cr:16〜26wt%Ni:6〜18
wt%、Mo:0.1〜4wt%N:0.2wt%以下 を含有し、同位体の質量数が11のBと同質量数が10
のBとの比が9以上のBを0.0001〜0.01wt
%必須成分として含有し、 0.01〜0.5wt%のTiもしくは0.01〜1.
0wt%のNbのいずれか1種または2種を任意成分と
して含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
耐中性子照射脆化特性に優れたオーステナイト系ステン
レス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60227657A JPS6289845A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60227657A JPS6289845A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6289845A true JPS6289845A (ja) | 1987-04-24 |
JPH0379421B2 JPH0379421B2 (ja) | 1991-12-18 |
Family
ID=16864294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60227657A Granted JPS6289845A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6289845A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117210771A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-12-12 | 鞍钢股份有限公司 | 核电用厚规格高性能含氮奥氏体不锈钢及其制造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56127757A (en) * | 1980-02-29 | 1981-10-06 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Cr-ni austenite steel for reactor core material of fast breeder |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60227657A patent/JPS6289845A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56127757A (en) * | 1980-02-29 | 1981-10-06 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Cr-ni austenite steel for reactor core material of fast breeder |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117210771A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-12-12 | 鞍钢股份有限公司 | 核电用厚规格高性能含氮奥氏体不锈钢及其制造方法 |
CN117210771B (zh) * | 2023-08-24 | 2024-05-14 | 鞍钢股份有限公司 | 核电用厚规格高性能含氮奥氏体不锈钢及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0379421B2 (ja) | 1991-12-18 |
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