JPH0147546B2

JPH0147546B2 -

Info

Publication number: JPH0147546B2
Application number: JP56179067A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tamura; Tatsuo Kondo
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1989-10-16
Also published as: JPS5881955A; DE3241414A1; DE3241414C2

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高温ガス炉用耐熱鋼に関する。詳しく
は、本発明は、例えば発電用等を含む多目的高温
ガス炉用の耐熱鋼に関する。すなわち、本発明は
不純な不活性ガス中ですぐれた耐食性とすぐれた
高温強度を有する高温ガス炉用耐熱鋼に関する。高温ガス炉用の構造材料のうち、高温部はハス
テロイーＸ合金などを主体とするNi基超合金が
使用されようとしているが、これらの材料のほと
んどは20重量％を超える多量のクロムを含有して
いるために、通常の酸化性ガス中の常識とは逆
に、不純ヘリウム中では耐酸化性が十分でない。
この場合、適量のシリコンとマンガンを添加する
ことによつて耐酸化性を改善することもできるが
なお十分でない。またこれらの合金は一般に高価
なモリブデン、タングステンおよびニツケルなど
の合金元素を大量に含んでいるためにこれらの合
金は総じて高価という欠点をもつている。本発明の目的はこのような欠点を補うために安
価な鉄基材料でハステロイーＸ合金よりもすぐれ
た耐酸化性とハステロイーＸ合金に匹敵する高温
強度を有する高温ガス炉用耐熱材料と提供するこ
とである。本願発明者等は、鋭意研究の結果、本発明の炭
素0.02〜0.2重量％、シリコン0.05〜2.0重量％、
マンガン0.05〜2.0重量％、クロム８〜15重量％、
ニツケル８〜13.5重量％、モリブデン3.5〜８重
量％、チタンおよびニオブをそれぞれ0.01〜1.0
重量％の範囲で単独または複合添加し、残部は溶
製上不可避の不純物と鉄よりなる不純ヘリウムガ
ス中にすぐれた耐酸化性と高温強度を有する高温
ガス炉用耐熱鋼によつてこの目的を達成した。而して、本願発明の達成に当り、本願発明者等
は以下の点を考慮して最適の合金組成範囲を定め
た。具体的に説明する。 (1) 炭素量は0.02重量％以下では炭化物による強
化が期待できずまた0.2重量％以上では結晶粒
度調整がむづかしくなるので、0.02〜0.2重量
％とする。 (2) シリコン：0.05〜２重量％。シリコンは脱酸
剤として欠くことのできない元素であり、また
不純ヘリウム中の被膜のはく離に対して有効な
元素であるが、２重量％以上の多量を含有する
と非金属介在物が増えるので上限を２重量％と
する。また、0.05重量％以下では効果が期待で
きない。 (3) マンガン：0.05〜２重量％。マンガンはシリ
コンとともに脱酸剤として有効であるばかりで
なく、不純ヘリウム中では、クロムとともにク
ロム−マンガンスピネル酸化物を形成し耐酸化
性に寄与するが２重量％以上では加工性を害す
る。また、0.05重量％以下では効果が期待でき
ない。 (4) クロム：８〜15重量％。不純ヘリウム中では
クロムが少ない方が耐酸化性は良いがクロムが
８重量％以下ではオーステナイト地の強さが維
持できず、また炭化物による強化作用も期待で
きない。しかも、クロム量が15重量％以上にな
ると不純ヘリウム中における耐酸化性が悪くな
るので上限を15重量％とする。 (5) ニツケル：８〜13.5重量％。オーステイナイ
ト地を安定化させるためにはニツケル８重量％
以上の添加が必要であり、安価な鉄基材料を供
給するという目的のためにニツケルの上限を
13.5重量％とする。 (6) モリブデン：3.5〜８重量％、モリブデンは
3.5重量％以下ではオーステナイト地が強化さ
れず、またMo₆CおよびFe₂Mo相による析出強
化作用が望めない。モリブデンを８重量％以上
添加すると、本合金系ではオーステイナイト地
を安定化することは困難となり、靭性が低下す
るので上限を８重量％とする。 (7) チタンおよびニオブは0.01〜1.0重量％の範
囲でそれぞれ単独にまたは複合して添加する。
チタンまたはニオブはごく微量でも炭化物の形
状寸法を制御できる。炭化物の微細分散効果を
狙うにはチタンまたはニオブのいずれか一方を
少なくとも0.01重量％添加する必要があり、複
合添加するとさらにその効果は一段と強められ
るが、それぞれ１重量％以上になると溶接性、
製造性を害する。 (8) 残り：不純物以外は鉄上記の組成範囲の鋼を溶製し、10Kg鋼塊を作製
し、熱間圧延さらに固溶化処理したあと、高温ガ
ス炉近似ヘリウムガス中でフリープ破断試験およ
び腐食試験を行なつた。ヘリウムガス中の不純物
量の測定例は以下のとおりである。水素205、メ
タン５、CO95、CO₂2ppm、O₂検出限界以下。この
試験結果を化学組成とともに第１表に示す。

【表】

【表】クロム量の高い比較鋼、従来鋼に比べ本発明鋼
の酸化増量は著しく少ない。不純ヘリウム中のク
リープ破断強さは表から明らかなように数％以上
のモリブデンを添加することによつて得られ、か
つ微量のチタンおよびニオブを単独または複合添
加することによつてその強度は一段と高められ、
ごくわずかの合金元素を含む鉄基耐熱鋼でありな
がらNi基の従来合金であるハステロイーＸ合金
に匹敵する強度を示す。当然のことながら本鋼は
オーステイナイトを安定化させているために、時
効後の靭性は、従来鋼であるインコロイ800合金、
ハステロイーＸ合金と同等以上の値を示す。第２
表に一例を示す。

【表】本発明は不純ヘリウム中では低Crの方が耐食
性の優れているという事実と結果論であるが不純
ヘリウム中のクリープ強さを高める方法として大
気中でよく知られているMoによる強化および
TiNbによる強化作用が不純ヘリウム中でも使え
ることを基礎にしたものであるが、本発明の要点
は、耐食性を向上させるために通常耐熱鋼に含ま
れるフエライト安定化元素であるクロムを大幅に
低減させ、その分だけ高価なオーステナイト安定
化元素であるニツケルを減じ、さらに、フエライ
ト安定化元素であるが強い強化作用をもつモリブ
デン、チタン、ニオブを添加して、安価で不純ヘ
リウム中で優れた鋼を提供することにある。本発明の高温ガス炉用耐熱鋼は増殖炉のラツパ
一管、高温ガス炉における制御棒、ダクト材、中
間熱交換器など低酸化ポテンシヤル中ですぐれた
耐食性と高温強さを要求される構造部材として利
用することができる。不純ヘリウム中では低クロムの方が耐食性が優
れていることは公知であるが、これは大気中など
の強酸化性雰囲気で知られている常識とは逆の新
しい事実である。一方、大気中のクリープ強さに
おいては強化作用としてモリブデンを添加する、
TiおよびNbを微量単独あるいは複合させて添加
する方法はよく知られている。しかし、不純物を
含むヘリウム中ではクリープ試験中に特有の腐食
反応をともなうために、大気中のクリープ強さの
強化作用をそのまま借用することはできない。す
なわち、大気中の腐食に関する常識が通用しない
ような不純ヘリウム中では現時点では、クリープ
の強化作用についても大気中の常識は根拠をもた
ないし、不純ヘリウム中で耐食性が優れ、高い強
度をもつ材料を求めることは、大気中の挙動から
では推察し得ない新規の技術範囲と言うことがで
きる。

Claims

【特許請求の範囲】

１炭素0.02〜0.2重量％、シリコン0.05〜2.0重
量％、マンガン0.05〜2.0重量％、クロム８〜15
重量％、ニツケル８〜13.5重量％、モリブデン
3.5〜８重量％、チタン及びニオブをそれぞれ
0.01〜1.0重量％の範囲で単独又は複合添加し、
残部は溶製上不可避の不純物と鉄とより成る不純
ヘリウムガス中に優れた耐酸化性と高温強度を有
する高温ガス炉用耐熱鋼。