JPH0114966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

利用産業分野 この発明は、核燃料集合体輸送用容器、核燃料
保管用ラツク及び使用済み核燃料保管用ラツク等
に用いられるB0.5wt％〜3.0wt％含有量のCr15wt
％〜21wt％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナ
イトステンレス鋼の製造方法に係り、特に、熱間
圧延性の改善を目的としたＢ含有オーステナイト
ステンレス鋼の製造方法に関する。 背景技術 一般に、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼
は、含有するＢの中性子吸収断面積が大きいこと
より、中性子の制御材及び遮蔽材として用いられ
ている。 特に、高Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼
は、核燃料集合体輸送用容器、核燃料保管用ラツ
ク及び使用済み核燃料保管用ラツク等に用いられ
ているが、今日、該容器やラツクの小形化と低コ
スト化のために、素材である該ステンレス鋼の薄
肉化が要望されている。 しかし、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼
は、Ｂ含有量が多くなると、Ｂがステンレス鋼に
固溶せず、硼化物が析出し、これが脆い性質を有
するため、熱間加工時に割れ易く、また一旦割れ
が生じると硼化物によつて、割れが伝播し、割れ
が少なく加工できる熱間加工温度領域が狭く、難
加工材となり、熱間圧延時に圧延材の表面、特に
冷却され易く引張力の掛る長手方向の縁部に、割
れやひび疵などが発生し易くなり、後工程での加
工などが不可能となつて製品化できず、歩留が悪
い問題があつた。 このため、Ｂ含有のオーステナイトステンレス
鋼の熱間圧延性改善について、種々検討されてお
り、鋼材、Fe−Ni合金あるいはTi材の熱間圧延
において、前記素材の外周全面を薄鉄板で被包し
て熱間圧延したり（特開昭56−38418号）、有孔異
種金属板で被包して熱間圧延する技術（特開昭54
−6842号）が知られているが、これは酸化防止及
び焼付け防止のためであり、本発明鋼のごとき硼
化物とオーステナイト相との２相よりなる合金の
難加工性を改善するのではなく、また、有孔異種
金属板を用いる場合は、素材と被包材間の空気抜
き孔のために逆に酸化が進行し、熱間圧延時に被
包金属板が素材より剥離する恐れがあつた。 発明の目的 この発明は、Ｂ含有のオーステナイトステンレ
ス鋼の熱間加工性の改善を目的とし、熱間加工時
に加工材の長手方向縁部に割れやひび疵が発生す
るのを防止し、後続工程の加工を容易にし、製品
歩留の大幅な向上が得られるＢ含有オーステナイ
トステンレス鋼の製造方法を目的としている。 発明の構成 この発明は、 B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜21wt％、
Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイトステンレス
鋼塊を、そのままかあるいは、 長方形状に整形後、鋼塊の少なくとも４主面を
鉄筒にて密着包囲し、分塊圧延あるいは鍛造によ
り圧着させたのち、 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下率
10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を行な
うことを特徴とするＢ含有オーステナイトステン
レス鋼の製造方法である。 さらに、詳述すれば、この発明は、 ａ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜21wt
％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイトステ
ンレス鋼塊を、 ｂ 例えば、型抜き用勾配のついた鋳塊の場合、
そのままか、あるいは、軽鍛造して、勾配のな
い均一断面形状からなる長方形に整形するか、
あるいは連続鋳造によるスラブ鋳片またはビレ
ツト鋳片を所要寸法に切断整形し、 ｃ 得られた長方形状の整形鋼塊の少なくとも４
主面、すなわち、長手方向の両端面を除く上下
面と両側面の４主面あるいは全表面の黒皮を除
去し、清浄化し、 ｄ この４主面あるいは全表面を、炭素鋼あるい
はステンレス鋼からなるパイプや板による溶接
組立体などの鉄筒にて密着包囲し、 ｅ 上記鉄筒と整形鋼塊とを950℃〜1250℃にて
分塊圧延あるいは鍛造により圧着させたのち、 ｆ 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下
率10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を
行なつたのち、 ｇ そのままか、あるいは溶体化処理を施し、必
要に応じて冷間圧延もしくはレベラーにより平
担度を矯正し、 ｈ その後熱間圧延材の外周面最外層の鉄層を除
去し、必要に応じて冷間圧延もしくはレベラー
により平坦度を矯正し、 熱間圧延時に圧延材の長手方向縁部に割れやひび
疵のない品質良好な高Ｂ含有オーステナイトステ
ンレス鋼を歩留よく得る製造方法である。 この発明において、上記ｄの鉄筒は、パイプ状
や板材による溶接組立体などが利用でき、整形鋼
塊の４主面を包囲するほか、全面を完全被包する
ことも、鋼塊の温度降下防止に有効であり、引張
力軽減のためには４主面中、特に、熱間圧延時の
長手方向縁部にあたる両側面及び縁部との密着が
重要であり、上記の整形鋼塊を完全被包したの
ち、鉄筒に穿孔して鉄筒と鋼塊との間を真空とな
してから封孔したほうが、整形鋼塊と鉄筒との溶
着性が向上するため好ましい。 また、鉄筒の材質は、熱間変形抵抗及び熱膨腸
特性を一致させるため、ステンレス鋼を用いるの
もよいが、コスト面からは軟鋼が好ましく、鉄筒
の厚みは、熱間圧延終了まで残存する程度の厚み
が必要で、好ましくは２mm〜10mm厚みである。 発明の効果 この発明の製造方法により、熱間加工性が大幅
に改善され、熱間加工時に加工材の長手方向縁部
に割れやひび疵のない品質良好な高Ｂ含有オース
テナイト系ステンレス鋼が得られるが、その理由
は以下のとおりである。 熱間加工時のロール接触あるいは冷却水及び周
囲温度の影響により、加工材の温度が低下すると
ともに加工時に種々の引張力がかかり、上述の所
謂耳われ等を生じるが、この発明鋼は硼化物とオ
ーステナイト相との２相からなつており、温度低
下や引張力の負荷により、割れやひび疵などが、
一旦発生すると硼化物により次々と割れやひび疵
が伝播進行し、製品化できなくなるため、特に切
期の割れやひび疵を発生させないことが重要であ
り、この発明方法では素材表面に密着させた鉄筒
によつて上記の温度低下が防止され、また、長手
方向の縁部に掛りやすい圧延時の引張力が、前記
の鉄筒により緩和される。 この発明の製造方法の効果は、熱間圧延のみな
らず、分塊圧延あるいは鍛造時にも同様に有効で
あり、鍛造はハンマー鍛造、プレス鍛造のいずれ
でも有効である。従つて、分塊圧延あるいは鍛造
前に、鋼塊に鉄筒を密着包囲し、熱間加工後に表
面を切削し、表面を清浄化したのち、再度、鉄筒
にて密着包囲し、熱間圧延に供してもよいが、歩
留、作業性、鉄筒の密着性を考慮すると、鉄筒の
厚みを適切にして、分塊圧延あるいは鍛造前に密
着包囲し、これを除去することなく、熱間圧延
時、熱間圧延後の処理まで鉄筒により密着保護さ
せた状態とするのが望ましい。 発明の限定理由 この発明においてオーステナイトステンレス鋼
の成分限定理由は、以下のとおりである。 Ｂは、中性子の吸収効果を有するために含有す
るが、0.5wt％未満では、中性子吸収効果が少な
く、制御材、遮蔽材としての板厚が大きくなり、
前述の容器やラツクが大型化しコスト高となるた
め好ましくなく、また、3.0wt％を超える含有で
は材料の延び及び衝撃値が著しく劣化して構造材
として不適となるため、0.5wt％〜3.0wt％の範囲
とする。 Crは、本系においてNiと共に耐食性を得るた
めに含有するが、15wt％未満では、充分な耐食
性が得られず、Crの含有量の増加と共に耐食性
は良好となるが、21wt％を超える含有ではその
効果が飽和し、コスト面で好ましくないため、
15wt％〜21wt％の範囲とする。 Niは、本系においてCrと共に耐食性を得るた
めに含有するが、7.0wt％未満では、還元性雰囲
気における充分な耐食性が得られず、また、
16wt％を超える含有ではその効果が飽和し、コ
スト面で好ましくないため、7.0〜16wt％の範囲
とする。 この発明において、好ましいＢ含有オーステナ
イトステンレス鋼は、 B0.5wt％〜3.0wt％、 C0.12twt％以下、Si1.0wt％以下、Mn2.0wt％
以下、 P0.05wt％以下、S0.03wt％以下、Gr15wt％〜
21wt％、Ni7.0〜16wt％ 残部実質的にFeからなるオーステナイトステン
レス鋼である。 Ｃは、0.12wt％を超えると粒界に炭化物を生成
し易くなり、粒界腐蝕を起し易くなり好ましくな
いため、0.12wt％以下とする。 Siは、耐酸化性及び溶接性の改善に有効である
が、1.0wt％を超える含有はその効果が飽和して
コスト的に好ましくないため、1.0wt％以下とす
る。 Mnは、高温での耐酸化性が得られるが、
2.0wt％を超えると反つて低下するため、2.0wt％
％以下とする。 Ｐ、Ｓは、応力腐蝕割れを発生し易くなるた
め、P0.05wt％以下、S0.03wt％以下とする必要
がある。 本系ステンレス鋼において、残部は、Feと不
可避的不純物である。 また、この発明方法において、分塊圧延、鍛造
並びに熱間圧延の温度を950℃〜1250℃としたの
は、950℃未満では、成形鋼塊の変形抵抗が大き
く、変形能が低下し、われ疵などを発生するため
好ましくなく、また、1250℃を超えると、結晶粒
の粗大化が起り、われ発生を惹起するためであ
る。 また、１パス当りの圧下率を10％〜70％とした
のは、10％未満では硼化物の充分な微細分散化を
計ることができず、また、70％を超えると加工度
が大きくなりすぎ、われまたはひび疵が発生し易
くなるためである。 実施例 実施例 １ B1.8wt％、C0.005wt％、 Si0.41wt％、Mn1.49wt％、 Cr18.5wt％、Ni11.4wt％ P0.010wt％、S0.004wt％、 残部実質的にFe からなるオーステナイトステンレス鋼を、上辺
270mm×155mm下辺265mm×115mm高さ560mm寸法の
160Kgの平板状鋼塊となし、手入により鋳肌表面
を除去して清浄化し、押湯部切断後、長手方向の
上下面と両側面の４主面に、厚み７mmのC0.15％
の鋼板の溶接組立体よりなる軟鋼筒にて密着包囲
すると共に、長手両端に、該軟鋼筒との間を
Cr19.8wt％、Ni10.0wt％よりなるオーステナイ
トステンレス鋼にて溶接封じをし、これをプレス
鍛造により、1050℃で、厚み65mm×幅280mm×長
さ1235mmに仕上鍛造し、軟鋼筒を圧着させた。 その後、1220℃に加圧し、１パス当りの圧下率
54％、40％、33％、33％の熱間圧延を行ない、板
厚８mm×幅320mm×長さ8780mm寸法の板材となし
た。 熱間圧延後に、1000℃、0.5時間の熱処理を行
ない、水冷し、板材の外表面の軟鉄層部分を切削
除去し、長手２分割し、レベラーにより平担度を
矯正し、最終仕上寸法として、板厚７mm×幅300
mm×長さ4300mm寸法の板材となした。 また、比較例として、上記組成のオーステナイ
トステンレス鋼をそのまま鍛造及び熱間圧延し、
同様の板厚７mm×幅300mm×長さ4300mm寸法の最
終仕上寸法となした。 得られた２種のオーステナイトステンレス熱間
圧延材の加工における各々の加熱回数と耳割れ状
況及び製品歩留（最終製品／鋼塊×100％）を調
べ、第１表にその結果を示す。

【表】 実施例 ２ B2.0wt％、C0.03wt％、 Si0.53wt％、Mn1.45wt％、 Cr17.8wt％、Ni12.10wt％ P0.011wt％、S0.006wt％、 残部実質的にFe からなるオーステナイトステンレス鋼を、勾配比
3.4を有する180Kgの平板状鋼塊となし、これを軽
鍛造して、黒皮を除去し、厚み110mm×幅250mm×
長さ770mm寸法の均一断面を有する長方形状に整
形手入後、表面を清浄化し、これを、厚み８mm、
外径126mm×266mm、内径110mm×250mm、長さ770
mm寸法のC0.18％の軟鋼筒に装入し、長手両端に
つき、該軟鋼筒との間をCr19wt％、Ni9.5wt％よ
りなるオーステナイトステンレス鋼にて溶接封じ
をし、これをハンマー鍛造により、1100℃で、厚
み70mm×幅270mm×長さ1365mmに仕上鍛造し、軟
鋼筒を圧着させた。 その後、1180℃に加熱し、１パス当りの圧下率
34％の熱間圧延を行ない、２パスで板厚30mm×幅
275mm×長さ3125mm寸法となし、1210℃に再加熱
し、１パス当りの圧下率43％、41％及び30％の３
パスの熱間圧延を行ない、板厚７mm×幅285mm×
長さ12900mm寸法の板材となした。 熱間圧延後に長手方向に３分割し、1050℃、１
時間の熱処理を行ない、水冷後レベルにより平担
度を矯正し、板材の外表面の軟鉄層部分を切削除
去し、最終仕上寸法として、板厚６mm×幅270mm
×長さ4300mm寸法の板材となした。 また、比較例として、上記組成のオーステナイ
トステンレス鋼をそのまま鍛造及び熱間圧延し、
同様の最終仕上寸法となした。 得られた２種のオーステナイトステンレス熱間
圧延材の加工における各々の加熱回数と、耳割れ
状況及び製品歩留（最終製品／鋼塊×100％）を
調べ、第２表にその結果を示す。

【表】 第１表及び第２表の結果より明らかな如く、こ
の発明の製造方法によつて、難加工性である高Ｂ
含有オーステナイトステンレス鋼の熱間加工性が
大幅に改善され、製品歩留の著しい向上が認めら
れ、核燃料保管用ラツクや使用済み核燃料保管用
ラツク等の小形化と低コスト化に有利な薄肉化が
容易なことが分る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜21wt
   ％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイトステン
   レス鋼塊を、そのままかあるいは、長方形状に整
   形後、鋼塊の少なくとも４主面を鉄筒にて密着包
   囲し、分塊圧延あるいは鍛造により圧着させたの
   ち、950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下
   率10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を行
   なうことを特徴とするＢ含有オーステナイトステ
   ンレス鋼の製造方法。