JPS6326331A - 窒化物分散強化鋼 - Google Patents

窒化物分散強化鋼

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JPS6326331A
JPS6326331A JP62169601A JP16960187A JPS6326331A JP S6326331 A JPS6326331 A JP S6326331A JP 62169601 A JP62169601 A JP 62169601A JP 16960187 A JP16960187 A JP 16960187A JP S6326331 A JPS6326331 A JP S6326331A
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JP
Japan
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alloy
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nitride
ferritic
composition
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JP62169601A
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アンドルー　マーク　ウィルソン
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UK Atomic Energy Authority
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UK Atomic Energy Authority
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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    • C23C8/24—Nitriding
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    • G—PHYSICS
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    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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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】 本発明は窒化分散強化鋼、特に液体金属冷却式高速吊性
子炉に於ける燃料ビンクラツディング材料として用いる
ためのフェライト型鋼、フェライト；マルテンサイト型
鋼、マルテンサイト型鋼に関する。
高速炉中の燃料ピン（ｆｕｅｌ　ｐｉｎ）は過剰の歪を
発生することなく核分裂気体生成物の放出による圧力に
耐えねばならない圧力容器として設計される。典型的に
は６７０−ＴＯＯ℃程度の最高クラッド温度が期待され
かつ寿命圧力（ｌｉｆｅｐｒｅｓｓｕｒｅ）の限界は１
４０．６ｋｇ／ｃ＋Ｉ！　（２，０００ｌｂ／ｉｎ”）
の程度である。従って、燃料クラツディング合金は、長
期の気体プレナム（ｇａｓ　ｐｌｅｎａ）の使用に伴う
資本費用の不利を招くことなく、例えば１５％以上の高
燃焼標的を達成できるように、良好な高温クリープ強さ
をもたねばならない。ピン（ｐｉｎｓ）は高速中性子束
に暴露されるので、クラ・７デイングは中性子によって
誘起されるボイド膨張に対しても良好な抵抗を示さねば
ならない。
１２％Ｃｒフェライト：マルテンサイト型鋼は、ボイド
膨張に対する感受性が低いので魅力ある候補合金である
と考えられるが、その通常の硬化および続もどし条件で
は、７００℃に於ける高バーン・アップ燃料ピン用のク
ラツディングとして使用するための十分な高温クリープ
温度を有していない。
オーステナイト型２０％Ｃｒ／　２５％Ｎｌ／Ｔｉの気
相窒化が合金のクリープ強さを顕著に増加するＴｉＮの
微細分散体を生成することが既知であるので、本出願人
らは１２％Ｃｒフェライト：マルテンサイト型鋼組成物
中に窒化物生成物質、特にチタン、を添加した後、１０
５０〜１２００℃の程度の温度に於て気相窒化して鋼中
への窒化チタン分散を生じさせることによって１２％Ｃ
ｒフェライト：マルテンサイト型鋼のクリープ強さを改
良しようと試みた。しかし、これらの試みは、驚くべき
事には、１２％Ｃｒフェライト：マルテンサイト型鋼の
゛クーリープ強さをほとんど増加しなかった。そして、
この点での不成功は、本出願人らによれば、得られた分
散体が粗すぎて顕著な強化効果をもたらすことができな
いという事実によるものである。
エライト：マルテンサイト型鋼の低い中性子誘起ボイド
膨張特性とほぼ匹敵し、しかも高温すなわち７０′θ℃
程度の高温に於て増加されたクリープ強さを与える鋼組
成物の提供である。
本発明の１つの面によれば、その成分が窒化物生成物質
を含みかつ合金が７５０℃未満の温度に於ては□フェラ
イト型またはマルテンサイト型またはフェライト：マル
テンサイト型でありかつ１０００℃を越える温度ではほ
ぼ完全にオーステナイト型であるような量で存在する合
金組成物を製造し、かつ該合金、好ましくは粉末状の該
合金の窒化を１０００℃を越える温度に於て行って、は
ぼ完全にオーステナイト型のマトリックろ内に窒化物生
成物質を窒化物として沈殿、させるように、その後で窒
化合金を冷却してフェライト型またはマルテンサイト型
またはフェライト：マルテンサイト型へ転化させること
からなる窒化物分散強化低炭素鋼の製造法が提供される
。
炭素含量は、炭化チタンのかなりの沈殿によってチタン
含量が減少しないことを保証するため、好ましくは０．
０２重量％未満である。
クロム含量は、好ましくは少なくとも９重量％で、１２
重量％以下、好ましくは１０重量％以下である。
窒化物生成物質がチタンである場合には、チタンは好ま
しくは１．０〜２．５重量％の量で存在する。
合金のニッケル含量は、好ましくは０．５〜３．５重量
％、より好ましくは１．５〜２．５重量％の範囲内であ
る。
かくして、本発明は、合金がそのフェライト型またはマ
ルテンサイト型またはフェライト：マルテンサイト型に
戻ったとき高温に於ける合金のクリープ強さを顕著に増
加する例えば窒化チタンの均一な微細分散の沈殿を保障
する観点で合金がほぼ完全にオーステナイト型である間
に合金の窒化を行うことにある。加えて、窒化クロムの
生成を避けるため、窒化は１０００℃を越える（好まし
くは少なくとも１０５０℃の）温度で行われる。
そうでないと、望ましくない細孔生成の危険のあるその
後の高温処理によって窒化クロムを除去しなければなら
ない。
上記の方法で得られた合金を高速炉燃料ビン用タラッデ
ィングとして用いるとき、使用時温度が典型的に７００
℃未満であるので、合金はフェライト型またはマルテン
サイト型またはフエライ（・：マルテンサイト型であり
、かつ高温すなわち３５０〜７５０℃に長期暴露すると
、存在する（もし存在すれば）マルテンサイトはフェラ
イト型へ徐々に転化する傾向があるであろう。
本発明のもう１つの面によれば、少なくとも９重量％の
クロム含量を有し、かつ無窒化物形の合金と比べるとき
合金のクリープ強さを顕著に増加するように合金中に微
細にかつ均一に分散された窒化チタンのような耐火安定
性窒化金属を含む、上記製造法で製造された窒化低炭素
フェライト型またはマルテンサイト型またはフェライト
；マルテンサイト型鋼合金が提供される。
チタン、クロム、ニッケル、炭素の含量は」−で定義し
た通りであることができる。
本発明の合金はストックス）　ＩＪツブまたはノートま
たは管材料の形態であることができ、あろいは通常の粉
末冶金技術による次の圧密のために粉末状であることが
できる。
合金の窒化は気相窒化、すなわち主として窒素の雰囲気
（おそらくは少量の水素が存在する、例えば９５％Ｎ２
１５％Ｈ２）中で行うことができ、窒化温度は、窒化ク
ロムの生成を避けるため、好ましくは１１００〜１２０
０℃の範囲である。窒化後、合金を精製水素中で脱気す
ることができる。
窒化は他の技術で行うことができると考える。
例えば合金の成分を窒化物生成物質、例えばチタン、お
よび高温で解離する窒素供与体、例えばクロムの窒化物
、と−緒に機械的に合金化することによって合金を製造
することからなる本出願人らの先行の英国特許出願第２
１８３６７６Ａ号中に記載されている技術によって行う
ことができると考えられる。
実際に、本発明の合金、すなわち１０００　’ｃを越え
る温度に於てはほぼ完全にオーステナイト型でありかつ
７５０℃まではフェライト型またはマルテンサイト型ま
たはフエライト：マルテンサイト型である合金の組成の
決定は相安定性の計算によって行うことができる。目下
の所、好ましい２種の合金組成物は下記の通りである。
合金■：炭素　０．０１２；クロム　９．２；モリブデ
ン　０．６１．ケイ素　０．４２．チタン１．９７；ニ
ッケル　１．０３．マンガン０．７７；鉄　残分 合金■：炭素　０．０１７ｉクロム　９．２；モリブデ
ン　０．５８．ケイ素　０．４４．チタン１．４６；ニ
ッケル　２．５６；マンガン０．７７；鉄　残分（数字
はすべて重量％として示す）。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）成分が窒化物生成物質を含みかつ合金が７５０℃
    未満の温度に於てフェライト型またはマルテンサイト型
    またはフェライト：マルテンサイト型でありかつ１００
    ０℃を越える温度に於てほぼ完全にオーステナイト型で
    あるような量で存在する合金組成物を生成する工程と、
    好ましくは粉末形の合金で、１０００℃を越える温度に
    於てほぼ完全にオーステナイト型マトリックス内で窒化
    物生成物質が窒化物として沈殿するように合金の窒化を
    行う工程と、その後で窒化合金が冷却時にフェライト型
    またはマルテンサイト型またはフェライト：マルテンサ
    イト型へ転化する工程とからなる窒化物分散強化低炭素
    鋼の製造法。
  2. （２）該合金組成物中の窒化物生成物質がチタンで、好
    ましくは１．０〜２．５重量％の量である特許請求の範
    囲第（１）項記載の製造法。
  3. （３）該合金組成物中の炭素含量が０．０２重量％未満
    である特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載
    の製造法。
  4. （４）該組成物のクロム含量が９〜１２重量％、好まし
    くは９〜１０重量％の範囲である特許請求の範囲第（１
    ）項または第（２）項または第（３）項記載の製造法。
  5. （５）該組成物が０．５〜３．５重量％、好ましくは１
    ．５〜２．５重量％の量のニッケルを含む特許請求の範
    囲第（１）項ないし第（４）項のいずれか１項に記載の
    製造法。
  6. （６）窒化温度が１１００〜１２００℃の範囲である特
    許請求の範囲第（１）項ないし第（５）項のいずれか１
    項に記載の製造法。
  7. （７）特許請求の範囲第（１）項ないし第（６）項のい
    ずれか１項に記載の製造法によって製造されかつ少なく
    とも９重量％、好ましくは９〜１０重量％のクロム含量
    を有し、かつ窒化物の無い形の合金と比較するときクリ
    ープ強さが顕著に増加するように微細にかつ均一に分散
    された耐火安定性金属窒化物をその中に含む、窒化低炭
    素フェライト型またはマルテンサイト型またはフェライ
    ト：マルテンサイト型鋼合金。
  8. （８）本文中で記載した合金 I または合金IIの組成を
    有する合金。
  9. （９）ストックストリップまたはシートまたは管材料の
    形態、あるいは粉末冶金技術による圧密用粉末材料の形
    態の特許請求の範囲第（７）項または第（８）項記載の
    合金。
  10. （１０）特許請求の範囲第（７）項ないし第（９）項の
    いずれか１項に記載の合金からなるクラッディングを有
    する核燃料要素。
JP62169601A 1986-07-07 1987-07-07 窒化物分散強化鋼 Pending JPS6326331A (ja)

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