JPWO2013150947A1 - クロム含有オーステナイト合金 - Google Patents

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Abstract

合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続したクロム酸化物皮膜を有するクロム含有オーステナイト合金。クロム酸化物皮膜が連続していれば、臨界不動態化電流密度法における最大電流密度が０．１μＡ/ｃｍ２以下となる。母材の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなることが望ましい。

Description

本発明は、クロム含有オーステナイト合金に係り、特に、原子力プラント等の高温水環境における耐全面腐食性に優れたクロム含有オーステナイト合金に関する。
原子力プラントに用いられる蒸気発生器用伝熱管（以下、単に「ＳＧ管」ともいう。）には、６００合金、６９０合金等のクロム含有オーステナイト合金が使用されている。これら合金は、高温水環境において優れた耐食性を有しているからである。
これらの部材は、数年から数１０年の間、原子炉の炉水環境である３００℃前後の高温水の環境で用いられることになる。原子力プラント用ＳＧ管として用いられるクロム含有オーステナイト合金は、Ｎｉを多く含み耐食性に優れており腐食速度は遅いものの、長期間の使用により微量のＮｉが母材から溶出する。
溶出したＮｉは、炉水が循環する過程で、炉心部に運ばれ燃料の近傍で中性子の照射を受ける。Ｎｉが中性子照射を受けると核反応により放射性Ｃｏに変換する。この放射性Ｃｏは、半減期が非常に長いため、放射線を長期間放出し続ける。したがって、Ｎｉの溶出量が多くなると、放出される放射線量が適正値に低下するまで定期検査に着手できないため、定期検査の期間が延び、経済的な損失を被る。
Ｎｉの溶出量を少なくすることは、軽水炉を長期にわたり使用していく上で非常に重要な課題である。そのため、これまでにも材料側の耐食性の改善や原子炉水の水質を制御することにより合金中のＮｉの溶出を防止する対策が採られてきた。
特許文献１には、Ｎｉ基合金伝熱管を１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒという真空度の雰囲気で、４００〜７５０℃の温度域で焼鈍してクロム酸化物を主体とする酸化物皮膜を形成させ、耐全面腐食性を改善する方法が開示されている。
特許文献２には、Ｎｉ基析出強化型合金の溶体化処理後に、１０−３Ｔｏｒｒ〜大気圧空気下の酸化雰囲気で時効硬化処理および酸化物皮膜形成処理の少なくとも一部を兼ねて行なう加熱処理を施す原子力プラント用部材の製造方法が開示されている。
特許文献３には、Ｎｉ基合金製品を露点が−６０℃〜＋２０℃である水素または水素とアルゴンの混合雰囲気中で熱処理するＮｉ基合金製品の製造方法が開示されている。
特許文献４には、ニッケルとクロムとを含有する合金ワークピースを、水蒸気と少なくとも１種の非酸化性ガスとのガス混合物に曝して、クロム富化層を形成させる方法が開示されている。
特許文献５には、含Ｃｒニッケル基合金管を酸化性ガスを含んだ非酸化性ガスからなる雰囲気で処理することによって、管内面に所定厚みを有したクロム酸化物皮膜を形成させる製造方法が開示されている。
特開昭６４−５５３６６号公報 特開平８−２９５７１号公報 特開２００２−１２１６３０号公報 特開２００２−３２２５５３号公報 国際公開第２０１２／０２６３４４号
杉本克久：ドライコーティングＴｉＮ薄膜のピンホール欠陥評価、材料と環境、４４（１９９５）、第２５９−２６１頁
特許文献１〜５に記載の方法で形成される酸化皮膜の厚さは、特許文献１では５００〜５０００Å、特許文献２では１０００〜８０００Å、特許文献３では１８０〜１５００ｎｍ、特許文献４では２５０〜４００ｎｍ、特許文献５では５０〜１５００ｎｍである。一般的に皮膜が薄いと耐食性は低下する傾向にあるため、特許文献１〜５に記載の方法では、耐溶出性を向上させるため、比較的厚い皮膜を形成することとしている。
一方、クロム酸化物皮膜を有するクロム含有オーステナイト合金の製品において、皮膜が厚いと、曲げ等の加工をした際に、割れ、剥離等が生じるおそれがあり、また外観を損なうため、皮膜厚さはできるだけ小さくするのが好ましい。
本発明者らは、クロム酸化物皮膜を有するクロム含有オーステナイト合金について、皮膜の厚さを薄くしても金属溶出防止効果を損なわない方法を鋭意検討した結果、以下の知見を得るに至った。
皮膜を薄くした際に溶出性が低下する要因は、皮膜が表面に対して連続的に形成されにくく、部分的に母材が露出してしまうためである。
クロム酸化物皮膜の厚さが５０ｎｍ未満であっても表面に連続した皮膜を形成すれば、高い耐金属溶出性を有するクロム含有オーステナイト合金が得られる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（４）に示すクロム含有オーステナイト合金を要旨とする。
（１）合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続したクロム酸化物皮膜を有することを特徴とするクロム含有オーステナイト合金。
（２）臨界不動態化電流密度法における最大電流密度が０．１μＡ/ｃｍ２以下であることを特徴とする上記（１）に記載のクロム含有オーステナイト合金。
（３）母材の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のクロム含有オーステナイト合金。
（４）合金が、原子力プラント用部材として用いられることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のクロム含有オーステナイト合金。
なお、「クロム酸化物皮膜」とは、Ｃｒ２Ｏ3を主体とする酸化物皮膜を意味し、Ｃｒ2Ｏ3以外の酸化物、例えば、ＦｅＣｒ２Ｏ４、ＭｎＣｒ2Ｏ4、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などの酸化物が含まれていても良い。また、クロム含有オーステナイト合金の表面にクロム酸化物からなる酸化物皮膜を有するのであれば、クロム酸化物層の上層（外側の層）および／または下層（内側の層）に他の酸化物層が形成されていても良い。
本発明によれば、クロム含有オーステナイト合金の表面に、安価で、かつ均一にクロム酸化物皮膜を形成させることができる。本発明に係るクロム含有オーステナイト合金は、高温水環境、例えば、原子力発電プラントにおける高温水環境で長時間にわたり使用してもＮｉの溶出が極めて少ないから、蒸気発生器用伝熱管等の高温水中で使用される部材、特に原子力プラント用部材に好適である。
１．酸化物皮膜
本発明に係るクロム含有オーステナイト合金は、合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続したクロム酸化物皮膜を有する必要がある。皮膜厚さを５０ｎｍ未満とすることによって皮膜の割れ、剥離等の発生を抑制することができる。皮膜厚さは４０ｎｍ以下であることが望ましい。また、安定して連続したクロム酸化物皮膜を形成させるためには、皮膜厚さは５ｎｍ以上とする必要がある。皮膜厚さは１０ｎｍ以上であることが望ましい。
なお、皮膜の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により直接測定しても良いし、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、グロー放電発光分光法（ＧＤＳ）等の深さ方向分析により測定しても良い。この際、皮膜厚さの測定を複数カ所で行いその平均値を求めるなどして、皮膜全体の平均的な厚さを求めることに留意するのが良い。
本発明において、合金表面に形成されたクロム酸化物皮膜が連続しているとは、母材の露出がないことを指す。酸化物皮膜が連続していることを示す評価方法として、臨界不動態化電流密度法を用いるのが良い。非特許文献１に記載されているように、臨界不動態化電流密度法とは、コーティングにおけるピンホール等の物理的な欠陥を調べる手法の１つである。
希硫酸に濡れ性を高めるためチオ硫酸ナトリウムを添加した溶液中でアノード分極測定を行うと、物理的な欠陥のない連続皮膜が形成された合金の場合、最大電流密度は小さい値となる。一方、皮膜が物理的な欠陥を有し、合金母材が露出している場合、最大腐食電流密度の値が高くなる。したがって、表面に形成された酸化皮膜の物理的な欠陥の有無、即ち、合金表面が酸化物皮膜で連続的に覆われており露出がないかどうかの指標を得ることができる。
５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続したクロム酸化物皮膜を得るためには、皮膜形成処理条件の適正化が重要である。具体的には、酸素ポテンシャルと処理温度と処理時間とを適正化することが重要となる。クロム酸化物が生成する酸素ポテンシャル、処理温度および処理時間の範囲内において、酸素ポテンシャルを低くし、処理温度を低温としてクロム酸化物の成長を抑えた上で、時間を制御することで、目標とする厚さの皮膜を連続的に形成させることができる。
酸素ポテンシャルの制御方法としては、非酸化性ガスに酸化性ガスを含有させ、酸化性ガスの濃度により制御する方法が望ましい。真空度により制御する方法では、酸素、水蒸気等複数の種類の酸化性ガスを含むため酸素ポテンシャルの精密な制御は難しい。非酸化性ガスとしてはアルゴン等の希ガスや水素ガスなどがある。酸化性ガスとしては水蒸気、二酸化炭素、酸素ガス等が挙げられる。
酸素ガスは非酸化性ガスに水素を用いた場合、爆発の危険がある。また、二酸化炭素を酸化性ガスとして用いた場合、金属酸化後に発生した一酸化炭素によって合金表層が浸炭し、粒界強度が高まることで耐食性が低下するおそれがある。したがって、酸化性ガスとしては水蒸気が最も望ましい。
水蒸気の濃度は低すぎると酸化物皮膜が形成されず、高すぎるとクロム以外の成分も酸化されてしまい、純粋なクロム酸化物皮膜が得られにくいため、５００〜１５０００ｐｐｍとするのが望ましい。水蒸気濃度は１０００ｐｐｍ以上とするのがより望ましく、３０００ｐｐｍ以上とするのがより望ましい。
皮膜形成処理温度は、上記の酸素ポテンシャルと処理時間との兼ね合いで適正な皮膜厚さを形成させるために制御すれば良い。通常の熱処理工程においては、合金を所定の処理温度まで加熱し、その処理温度のまま保持し、その後冷却させる。皮膜の形成処理は、上記の処理工程中において、昇温を開始して合金の表面温度が５００℃になってから所定温度に到達する間（加熱段階）、所定温度に保持している間（保持段階）、および冷却を開始してから合金の表面温度が５００℃となるまでの間（冷却段階）に、合金を酸化雰囲気にさらすことで行われる。そして、上記の全段階で合金を継続して酸化雰囲気にさらしても良いが、例えば、加熱段階、保持段階および冷却段階のいずれかまたは複数の段階を適宜選択して酸化雰囲気として皮膜を形成させても良い。
また、本発明における皮膜形成処理温度とは、皮膜形成のために、酸化雰囲気にさらされる温度範囲をいう。その加熱段階、保持段階および冷却段階の全てで酸化性ガスにさらす場合は、皮膜形成処理温度を均一な厚さの皮膜が形成できる５００℃から加熱保持される温度までの温度範囲を皮膜形成処理温度とした。例えば、全段階ではなく所定温度に保持する保持段階だけ酸化性ガスにさらす場合は、皮膜形成処理温度は保持温度となる。また、保持温度は処理中に段階的に温度を変化させても良い。
皮膜形成のための処理温度が５００℃未満では、クロムの酸化が非常に遅く現実的でない。一方、７５０℃を超えると酸化速度が速くなりすぎ、均一な皮膜厚さの制御が難しくなる。したがって、処理温度は５００〜７５０℃の範囲内の温度とするのが望ましい。
皮膜形成処理時間は、上記の酸素ポテンシャルと処理温度との兼ね合いで適正な皮膜厚さを形成させるために制御すれば良い。皮膜形成処理時間は、上記の加熱段階、保持段階および冷却段階において酸化雰囲気にさらされた時間をいう。さらに、各段階で酸化雰囲気にさらす時間を「加熱時間」、「保持時間」および「冷却時間」といい、各段階での時間を合計したものを「皮膜形成処理時間」または単に「処理時間」という。
皮膜形成処理時間は、クロム酸化物を主体とする酸化物皮膜を形成するためには、１分以上とすることが望ましい。一方、３時間を超えて加熱処理しても、酸化物皮膜はほとんど成長せず、製造コスト面からも不利となる。したがって、処理時間は３時間以下とするのが望ましい。処理時間は５分以上とすることがより望ましく、１００分以下とすることがより望ましい。また、皮膜形成処理温度が６００℃以上である場合、処理時間は１時間以下とすることが望ましい。
皮膜形成処理を行う場合、適正な材料の機械的特性を得るため、事前に焼きなまし処理を行うことができる。また、皮膜形成処理の前後または同時に結晶粒界の耐食性を向上させる目的で７００〜７５０℃で５〜１５時間の熱処理を行っても良い。
２．化学組成
本発明に係るクロム含有オーステナイト合金の母材の化学組成については、特に制約はないが、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなるものであることが望ましい。
ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、合金の粒界強度を高める効果を有するため、含有させても良い。ただし、０．１５％を超えて含有させると、耐応力腐食割れ性が劣化するおそれがある。したがって、Ｃを含有させる場合には、その含有量を０．１５％以下とするのが望ましい。Ｃ含有量は、０．０６％以下とするのがより望ましい。なお、上記の効果を得るためには、Ｃの含有量は０．０１％以上とするのが望ましい。
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、製錬時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。その含有量が過剰な場合、合金の清浄度が低下することがあるため、Ｓｉの含有量は１．００％以下とするのが望ましく、０．５０％以下とするのがより望ましい。なお、Ｓｉの脱酸剤としての効果が顕著となるのは、Ｓｉの含有量が０．０５％以上の場合である。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、ＳをＭｎＳとして固定し、熱間加工性を確保するのに有効な元素である。Ｍｎは、Ｃｒに比べて酸化物の生成自由エネルギーが低く、加熱によりＭｎＣｒ2Ｏ4として析出する。また、拡散速度も比較的速いため、通常は、加熱により母材近傍にＣｒ2Ｏ3が優先的に生成し、その外側に上層としてＭｎＣｒ2Ｏ4が形成される。ＭｎＣｒ2Ｏ4層が存在すれば、使用環境中においてＣｒ2Ｏ3層が保護され、また、Ｃｒ2Ｏ3層が何らかの理由で破壊された場合でもＭｎＣｒ2Ｏ4によりＣｒ2Ｏ3の修復が促進される。ただし、その含有量が過剰な場合、合金の耐食性を低下させることがあるため、Ｍｎの含有量は２．０％以下とするのが望ましく、１．０％以下とするのがより望ましい。なお、上記の効果を得るためには、Ｍｎの含有量は０．１％以上とするのが望ましく、０．２％以上とするのがより望ましい。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、合金中に不純物として存在する元素である。その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｐ含有量は、０．０３０％以下とするのが望ましい。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、合金中に不純物として存在する元素である。その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｓ含有量は、０．０３０％以下とするのが望ましい。
Ｃｒ：１０．０〜４０．０％
Ｃｒは、クロム酸化物からなる酸化物皮膜を生成させるために必要な元素である。合金表面にそのような酸化物皮膜を生成させるためには、１０．０％以上含有させるのが望ましい。しかし、４０．０％を超えると加工性が劣化するおそれがある。したがって、Ｃｒの含有量は１０．０〜４０．０％とするのが望ましい。
Ｎｉ：８．０〜８０．０％
Ｎｉは、オーステナイト合金の耐食性を確保するために必要な元素であり、８．０％以上含有させるのが望ましい。一方、Ｎｉは高価であるため、用途に応じて必要最小限含有させれば良く、８０．０％以下とするのが望ましい。Ｎｉの含有量は４５．０％以上とするのがより望ましい。
Ｔｉ：０．５％以下
Ｔｉは、合金の加工性を向上させ、溶接時における粒成長を抑制するのに有効な元素である。しかし、その含有量が０．５％を超えると、合金の清浄性を劣化させるおそれがある。したがって、Ｔｉの含有量は０．５％以下とするのが望ましく、０．４％以下とするのがより望ましい。なお、上記の効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．１％以上とするのが望ましい。
Ｃｕ：０．６％以下
Ｃｕは、合金中に不純物として存在する元素である。その含有量が０．６％を超えると合金の耐食性が低下することがある。したがって、Ｃｕ含有量は０．６％以下とするのが望ましい。
Ａｌ：０．５％以下
Ａｌは、製鋼時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。残存したＡｌは、合金中で酸化物系介在物となり、合金の清浄度を劣化させ、合金の耐食性および機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ａｌ含有量は、０．５％以下とするのが望ましい。
Ｎ：０．２０％以下
Ｎは、含有させなくても良いが、本発明が対象とするクロム含有オーステナイト合金中には、通常、０．０１％程度のＮが不純物として含有されている。しかし、Ｎを積極的に含有させれば、耐食性を劣化させることなく、強度を高めることができる。ただし、０．２０％を超えて含有させると耐食性が低下するので、含有させる場合の上限は０．２０％とする。
上記クロム含有オーステナイト合金の組成として代表的なものは、以下の二種類である。
（ａ）Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１４．０〜１７．０％、Ｆｅ：６．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下およびＡｌ：０．５％以下と、残部Ｎｉおよび不純物とからなるＮｉ基合金。
（ｂ）Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２７．０〜３１．０％、Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下およびＡｌ：０．５％以下と、残部Ｎｉおよび不純物とからなるＮｉ基合金。
上記（ａ）の合金は、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含み、Ｎｉを７０〜８０％含むため、塩化物を含む環境での耐食性に優れる合金である。この合金においては、Ｎｉ含有量とＣｒ含有量とのバランスの観点からＦｅの含有量は６．０〜１０．０％とするのが望ましい。
上記（ｂ）の合金は、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含み、Ｎｉを５５〜６５％含むため、塩化物を含む環境のほか、高温における純水およびアルカリ環境での耐食性にも優れる合金である。この合金においてもＮｉ含有量とＣｒ含有量とのバランスの観点からＦｅの含有量は７．０〜１１．０％とするのが望ましい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学組成の合金（６９０合金）を真空中で溶解、鋳造して得たインゴットを熱間鍛造してビレットを作製した。得られたビレットを熱間加工および冷間加工により外径１９ｍｍ、肉厚１ｍｍの管形状に成形した。１１００℃で焼きなまし熱処理を行った後に、表２に示す条件で管内面への皮膜形成処理を行った。
なお、皮膜形成処理は、各合金管を炉内で所定の温度まで加熱、保持および冷却する間に、管内に所定の濃度の酸化性ガスを流入させることで行った。上述のように、表２における「皮膜形成処理温度」とは、酸化性雰囲気にさらす温度範囲であり、「加熱時間」、「保持時間」および「冷却時間」は、各段階で酸化性雰囲気にさらす時間であり、「皮膜形成処理時間」が各段階での処理時間の合計時間である。
Figure 2013150947
Figure 2013150947
皮膜厚さについては、ＳＥＭ画像（倍率１０万倍）の任意の５カ所を測定し、それらの平均値を皮膜厚さとした。また、内表面に１０ｍｍ×１０ｍｍの領域を測定面とした試験片を作製し、温度３０℃の脱気した０．１Ｍ硫酸＋０．０１Ｍチオ硫酸ナトリウム溶液で臨界不動態化電流密度（ＣＰＣＤ）測定を行い、最大電流密度を求めた。その結果を表２に併せて示す。
また、上記の試料を用いてＮｉ溶出性の評価を下記のとおり実施した。試験管へ原子炉一次系を模擬した溶液を一定量満たした後、チタン製のロックを用いて両端を封止し、オートクレーブ中で溶出試験を行った。なお、模擬溶液は、５００ｐｐｍ Ｂ＋２ｐｐｍ Ｌｉを含む蒸留水であり、高純度アルゴンガスをバブリングして脱気した後、水素とアルゴンの混合ガスを加圧して溶存水素３０ｃｃ−ＳＴＰ／ｋｇＨ２Ｏ相当にした。試験温度は３２５℃、試験時間は５００時間とした。試験終了後、直ちに溶液を誘導結合プラズマ分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）により分析し、試験片の単位表面積当たりのＮｉイオン溶出量（ｇ／ｍ２）を調べた。その結果を表２に併せて示す。
皮膜の密着性を曲げ試験後の割れ観察により調査した。表面処理後の試料を長さ８０ｍｍの縦半割形状にした後、管内面を下側にして、並行になるように両端を支持具で支えた。なお、支持具同士の間隔は５０ｍｍとした。その後、長手方向中央付近に上からＲ８ｍｍの冶具を押しつけて、逆Ｕ字曲げを行った。押し付け高さについては、縦半割形状とした試料の一方については、約２０ｍｍとし、もう一方については、約３０ｍｍとした。その後内表面をＳＥＭにより２０００倍で観察し、押し付け高さが２０ｍｍおよび３０ｍｍの双方の曲げ試験において割れが観察されなかったものを◎、３０ｍｍの曲げ試験では割れが認められたものの、２０ｍｍでは割れが観察されなかったものを○、押し付け高さが２０ｍｍおよび３０ｍｍの双方の曲げ試験において割れが観察されたものを×とした。
表２に示すように、比較例である試験Ｎｏ．１０および１１は皮膜が連続でないため耐Ｎｉ溶出性が劣る。また、試験Ｎｏ．１２および１３は皮膜厚さが厚く、溶出試験でのＮｉ溶出性は良好であるが、曲げ試験で割れが認められた。それに対して、本発明例である試験Ｎｏ．１〜９は、皮膜厚さが小さいものの均一に形成されているため耐Ｎｉ溶出性に優れており、割れも発生していない。
本発明によれば、クロム含有オーステナイト合金の表面に、安価で、かつ均一にクロム酸化物皮膜を形成させることができる。本発明に係るクロム含有オーステナイト合金は、高温水環境、例えば、原子力発電プラントにおける高温水環境で長時間にわたり使用してもＮｉの溶出が極めて少ないから、蒸気発生器用伝熱管、スペーサースプリング・コイルスプリング・フィンガスプリング・チャンネルファスナ、蓋用管台等の高温水中で使用される部材、特に原子力プラント用部材に好適である。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（３）に示すクロム含有オーステナイト合金を要旨とする。
（１）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：４５．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなる合金であって、該合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に酸化物皮膜が形成されており、該酸化物皮膜が、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続するクロム酸化物皮膜を含むことを特徴とするクロム含有オーステナイト合金。
（３）合金が、原子力プラント用部材として用いられることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のクロム含有オーステナイト合金。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）および（２）に示すクロム含有オーステナイト合金を要旨とする。
（１）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：４５．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなる合金であって、該合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に酸化物皮膜が形成されており、該酸化物皮膜が、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続するクロム酸化物皮膜を含み、臨界不動態化電流密度法における最大電流密度が０．１μＡ／ｃｍ２以下であることを特徴とするクロム含有オーステナイト合金。
（２）合金が、原子力プラント用部材として用いられることを特徴とする上記（１）に記載のクロム含有オーステナイト合金。

Claims (4)

  1. 合金が有する面のうち少なくとも一つの表面に厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ未満の連続したクロム酸化物皮膜を有することを特徴とするクロム含有オーステナイト合金。
  2. 臨界不動態化電流密度法における最大電流密度が０．１μＡ/ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のクロム含有オーステナイト合金。
  3. 母材の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下と、残部Ｆｅおよび不純物とからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロム含有オーステナイト合金。
  4. 合金が、原子力プラント用部材として用いられることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のクロム含有オーステナイト合金。
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