JPWO2016208569A1 - 原子力用Ni基合金管 - Google Patents
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Abstract
Description
−0.0020≦[N]/14−{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≦0.0015 (1)
ここで、式(1)中の元素記号には、対応する元素の質量%で表した含有量が代入される。
[A] 固溶化熱処理まま材で、炭窒化物の析出が少ないもの
[B] 固溶化熱処理まま材で、炭窒化物の析出が多いもの
[C] [A]に特殊熱処理を施したもの
[D] [B]に特殊熱処理を施したもの
本実施形態による原子力用Ni基合金管は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
炭素(C)は、鋼の脱酸及び強度の確保の目的で用いられる。C含有量が0.010%未満では、構造材として必要な強度が得られない。C含有量が0.025%を超えると、粒界に析出する炭化物が増え、SCCき裂進展速度が大きくなる。したがって、C含有量は0.010〜0.025%である。C含有量の下限は、好ましくは0.015%である。C含有量の上限は、好ましくは0.023%である。
シリコン(Si)は、脱酸の目的で用いられる。Si含有量が0.10%未満では、脱酸が不足する。しかし、Si含有量が0.50%を超えると、介在物の生成が促進される。したがって、Si含有量は0.10〜0.50%である。Si含有量の下限は、好ましくは0.15%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.30%である。
マンガン(Mn)は、脱酸及びオーステナイト相の安定化に有効な元素である。Mn含有量が0.01%未満では、この効果が十分に得られない。Mn含有量が0.50%を超えると、合金の清浄度が低下する。Mnは硫化物を形成して非金属介在物となる。非金属介在物は、溶接時に濃化して合金の耐食性を低下させる。したがって、Mn含有量は0.01〜0.50%である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.10%である。Mn含有量の上限は、好ましくは0.40%である。
燐(P)は、不純物である。P含有量が0.030%を超えると溶接熱影響部での偏析による脆化が生じ、割れ感受性が増大する。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量は、より好ましくは0.020%以下である。
硫黄(S)は、不純物である。S含有量が0.002%を超えると溶接熱影響部での偏析による脆化が生じ、割れ感受性が増大する。したがって、S含有量は0.002%以下である。S含有量は、より好ましくは0.0010%以下である。
ニッケル(Ni)は、合金の耐食性を確保するのに有効な元素である。高温高圧水環境下でSCCき裂進展速度を小さくするためには、Ni含有量を52.5%以上にする必要がある。一方、オーステナイト相の安定性や、Cr、Mn等の他元素との相互作用を考慮し、Ni含有量の上限は65.0%にする。したがって、Ni含有量は52.5〜65.0%である。Ni含有量の下限は、好ましくは55.0%であり、さらに好ましくは58.0%である。Ni含有量の上限は、好ましくは62.0%であり、さらに好ましくは61.0%である。
クロム(Cr)は、合金の耐食性を確保するのに有効な元素である。高温高圧水環境下でSCCき裂進展速度を小さくするためには、Cr含有量を20.0%以上にする必要がある。しかし、Cr含有量が35.0%を超えると、Cr窒化物を形成して、合金の熱間加工性を低下させる。したがって、Cr含有量は20.0〜35.0%である。Cr含有量の下限は、好ましくは25.0%であり、さらに好ましくは28.0%である。Cr含有量の上限は、好ましくは33.0%であり、さらに好ましくは31.0%である。
モリブデン(Mo)は、Crの粒界拡散を抑制するため、SCCき裂進展を助長するM 23C6の析出の抑制に効果がある。Mo含有量が0.03%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Moは、Cr含有量の多い合金においては、粒界にLaves相を析出させ、SCCき裂進展速度を大きくする。したがって、Mo含有量は0.03〜0.30%である。Mo含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Mo含有量の上限は、好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
コバルト(Co)は、不純物である。Coは、原子炉の一次冷却水と接する合金表面から溶出し、放射化すると半減期の長い60Coに変換される。したがって、Co含有量は0.018%以下である。Co含有量は、好ましくは0.015%以下である。
錫(Sn)は、不純物である。Sn含有量が0.015%を超えると溶接熱影響部での偏析による脆化が生じ、割れ感受性が増大する。したがって、Sn含有量は0.015%以下である。Sn含有量は、好ましくは0.010%以下であり、より好ましくは0.008%以下である。
窒素(N)は、TiやCと結合して炭窒化物を形成する。N含有量が0.050%を超えると、炭窒化物が過剰になりSCCき裂進展速度が大きくなる。一方、Nは合金の強度を向上させるためにも用いられる。また、Nを著しく低減させることはコストアップにつながるため、下限を0.005%とした。したがって、N含有量は0.005〜0.050%である。N含有量の下限は、好ましくは0.008%である。N含有量の上限は、好ましくは0.025%である。
チタン(Ti)は、熱間加工性低下の改善、及び合金の強度を確保するために有効な元素である。Tiが少しでも含有されれば、この効果が得られる。一方、Ti含有量が0.300%を超えると、炭窒化物が過剰になり、高温高圧水素環境下でのSCCき裂進展速度が大きくなる。したがって、Ti含有量は0〜0.300%である。Ti含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.0100%であり、さらに好ましくは0.012%である。Ti含有量の上限は、好ましくは0.250%であり、さらに好ましくは0.200%である。
ニオブ(Nb)は、熱間加工性低下の改善、及び合金の強度を確保するために有効な元素である。Nbが少しでも含有されれば、この効果が得られる。一方、Nb含有量が0.200%を超えると、炭窒化物が過剰になり、高温高圧水素環境下でのSCCき裂進展速度が大きくなる。したがって、Nb含有量は0〜0.200%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.001%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.100%である。
タンタル(Ta)は、熱間加工性低下の改善、及び合金の強度を確保するために有効な元素である。Taが少しでも含有されれば、この効果が得られる。一方、Ta含有量が0.300%を超えると、炭窒化物が過剰になり、高温高圧水素環境下でのSCCき裂進展速度が大きくなる。したがって、Ta含有量は0〜0.300%である。Ta含有量の下限は、好ましくは0.001%である。Ta含有量の上限は、好ましくは0.250%であり、さらに好ましくは0.150%である。
ジルコニウム(Zr)は、熱間加工性低下の改善、及び合金の強度を確保するために有効な元素である。Zrが少しでも含有されれば、この効果が得られる。一方、Zrを含有する炭窒化物は凝固時の析出速度が大きいため、過剰に添加すると混粒(成分偏析)の原因となり耐食性が低下する。Zr含有量が0.03%以上になると、炭窒化物が過剰になり、高温高圧水素環境下でのSCCき裂進展速度が大きくなる。したがって、Zr含有量は0%以上0.03%未満である。Zr含有量の下限は、好ましくは0.001%である。Zr含有量の上限は、好ましくは0.02%である。
−0.0020≦[N]/14−{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≦0.0015 (1)
ここで、式(1)中の元素記号には、対応する元素の質量%で表した含有量が代入される。
本実施形態による原子力用Ni基合金管の組織は、オーステナイト単相である。本実施形態による原子力用Ni基合金管の組織は、より具体的には、オーステナイト相からなり、残部は析出物である。
本実施形態による原子力用Ni基合金管は、複数の析出物が析出した粒界を有する。本実施形態による原子力用Ni基合金管は、粒内に析出物が存在してもよい。以下、粒界に析出した析出物を、粒内に析出した析出物と区別して、粒界析出物と呼ぶ。粒界析出物は、少なくとも炭窒化物を含む。
A 262 Cに準じて評価される腐食速度が、1mm/yrよりも大きくなる。反対に、ASTM A 262 Cに準じて評価される腐食速度が、1mm/yr以下であれば、Cr欠乏層を有していないと評価できる。
以下、本実施形態による原子力用Ni基合金管の製造方法の一例を説明する。
Claims (5)
化学組成が、質量%で、
C :0.010〜0.025%、
Si:0.10〜0.50%、
Mn:0.01〜0.50%、
P :0.030%以下、
S :0.002%以下、
Ni:52.5〜65.0%、
Cr:20.0〜35.0%、
Mo:0.03〜0.30%、
Co:0.018%以下、
Sn:0.015%以下、
N :0.005〜0.050%、
Ti:0〜0.300%、
Nb:0〜0.200%、
Ta:0〜0.300%、
Zr:0%以上0.03%未満、
残部:Fe及び不純物であって、
組織がオーステナイト単相であり、
前記化学組成が、下記式(1)を満たす、原子力用Ni基合金管。
−0.0020≦[N]/14−{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≦0.0015 (1)
ここで、前記式(1)中の元素記号には、対応する元素の質量%で表した含有量が代入される。
前記原子力用Ni基合金管は、複数の粒界析出物が析出した粒界を有し、
前記複数の粒界析出物の長径の平均値が、0.8μm以下であり、
前記複数の粒界析出物のうち、0.8μmよりも大きい長径を有する粒界析出物の数が、前記粒界1μmあたり3.0個未満である、原子力用Ni基合金管。
前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.005〜0.300%、
Nb:0.001〜0.200%、
Ta:0.001〜0.300%、及び
Zr:0.001%以上0.03%未満、
からなる群から選択される1又は2以上の元素を含有する、原子力用Ni基合金管。
前記粒界炭化物は、炭窒化物及びM23C6の両方を含み、かつ、Cr欠乏層を有さない、原子力用Ni基合金管。
ASTM A 262 Cに準じて評価される腐食速度が、1mm/yr以下である、原子力用Ni基合金管。
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