JPH02225648A - 高強度酸化物分散強化型フェライト鋼 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、高温強度の高いフェライト系の酸化物分散
強化型鋼であって、特に原子炉の炉心材料として好適な
澗に関するものである。

（従来の技術） フェライト系の鋼は、オーステナイト系の鋼に比較して
中性子照射を受けた場合の耐スエリング性に優れている
ため、原子炉、特に高速増殖炉の炉心材料として注目さ
れている。しかしながら、一般にフェライト鋼は、オー
ステナイト鋼に比べて高温強度が低い、この高温強度を
高めたフェライト鋼として、例えば、特開昭６０−８２
９６号公報に開示されているような酸化物分散強化型フ
エライトがある。

上記の酸化物分散強化型フェライト鋼は、オーステナイ
ト調を凌ぐ高温強度をもつが、次のような難点がある。

即ち、この種の鋼は、高温引張において６５０°Ｃ付近
に延性のピークを持ち、それ以上の温度では逆に延性が
低下する。これは、酸化物分散強化型合金では、粒内強
度が極めて高いために低延性の破壊が粒界で起きるから
であると考えられる。上記のような校内破壊−粒界破壊
のモードは、歪速度依存性をもち、歪速度が大きい場合
には粒界破壊から粒内破壊に移る遷移温度は高温側にあ
るが、クリープのように歪速度が極めて小さい場合には
低温側に移行する。この遷移温度が、原子炉の炉心材料
などの使用温度（およそ６５０″Ｃ）付近にあるため、
この温度域でのクリープｉ度が安定しないということに
なる。

更に、酸化物分散強化型フェライト鋼は、室温延性が低
いという難点もある。そのため、原子炉の燃料被覆管等
で寸法精度を出すために必須の冷間抽伸が難しい。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 酸化物分散強化型フェライト鋼の粒内−粒界破壊遷移温
度は、その使用目的温度の６５０°Ｃ付近にある。この
ことは、使用温度でのクリープ強度が不安定であること
を意味し、例えば、原子炉の炉心材料として用いるとき
に、設計基準の策定に困難を来す、さらに、酸化物分散
強化型フェライト鋼の室温延性の低さは、前記のように
冷間抽伸の困難を招き製品製造上の問題を生じている。

本発明は、元来高温強度の高い酸化物分散強化型フェラ
イト鋼について、その高温強度をさらに高めるとともに
、使用目的温度域でのクリープ強度の安定化と、室温延
性を向」二させることを課題とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記の課題を解決する手段として、酸化
物分散強化型フェライト鯛の粒界の強化が最も有効であ
ると考えた。そこで、本来の高い高温強度を維持しつつ
、粒界強度を高める成分系を追求し、下記の組成をもつ
フェライ）ＩＩが最も目的に適うことをｆｌｌｌＷした
。

本発明の要旨は、 Φ　Ｍ１％で、１２゜５％から２５％までのＣｒと、０
．２％から２％までのＴｉと、０．０５％から２％まで
のＹ！０．と、０．００３％から０．０２％までのＢと
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる高強度酸化
物分散強化型フェライト鋼、にあり、また、 ■　上記■の成分に加えて、それぞれ２％から４％まで
のＮｏとＷの少なくとも一方を含む高強度酸化物分散強
化型フェライト鋼、 ■　上記■の成分に加えて、２％までのＮｉを含有する
高強度酸化物分散強化型フェライト爛、■　上記■の成
分に加えて、それぞれ２％から４％までのＦＩｏとＷの
少なくとも一方と、２％までのＮｉを含有する高強度酸
化物分散強化型フェライト鋼、にある。

上記本発明鋼の不純物としては、約０．２％以下のＣ１
約１．０％以下のｓｉ、約１．０％以下のＦｇｎなどが
ある。なお、本明細書において、成分含有量についての
％は全て重量％を意味する。

（作用） 以下、本発明鋼の構成成分の含有量の限定理由をその作
用効果とともに説明する。

ｃｒは、鋼の組織をフェライトにし、耐食性、耐酸化性
を与える必須の成分である。耐食性確保のために１２．
５％以上が必要である。しかし、２５％を趙えると延性
が劣化するため、上限は２５％までとする。

Ｔｉは、Ｔ８０．との相互作用によって複酸化物を生成
し、またＹ、０．を微細化する元素で、分散強化による
高強度化に有効である。しかし、その含有量が０．２％
未満では長時間側でのクリープ強度向上の効果が乏しい
ため０．２％以上含有させる必要がある。一方、τｌの
含有量が２％を趙えると延性が低下する。

ＹｔＯｓは、分散強化の作用を担う重要な成分である。

即ち、基地中に均一に分散して高温強度を高める。　０
．０５％未満ではクリープ強度が不安定であるからその
含有量は０．０５％以上とするのがよい。

一方、２％を趨える含有量になると、強度向上の効果は
飽和し、延性を低下させる好ましくない作用が現れる。

Ｂは、本発明鋼を特徴づけるものの一つで、鋼の粒界強
化の作用をもつ、即ち、Ｂは粒界に偏析して、粒界の強
度を高め、酸化物分散強化型鋼の特徴である粒界−粒内
破壊遷移温度を上昇させる。

このような作用は、０．００３％未満では不十分である
。しかし、０．０２％を超えて含有させても、それ以」
−の効果はない。

ｌｉｏとＷは、鋼の基地に固溶して粒内強度を向上させ
るだけでなく、粒界強度の向上にも役立つ。

このような効果を期待する場合、それぞれ２％以上、４
％までの範囲で、一方または両方を含有させることがで
きる。それぞれ４％を趙えると金属間化合物の析出が多
くなり靭性が劣化する弊害がある。

Ｎｉは、オーステナイト相を安定化させる成分であり、
その添加によって広義のフェライトｌｌ（フェライト士
マルテンサイトの２相綱）の製造を容易にする。しかし
、Ｎｉは、中性子照射で誘導放射能を帯びるので、原子
炉の炉心材料としては、その含有量は２％以下に止める
のがよい。

綱に通常含有されているＣは、Ｎｉと同様の作用をもつ
が、０．２％以下に抑えるのがよい、ＳｌおよびＭｎも
中性子照射で誘導放射能を帯びるので、少ない方がよい
、許容上限値はそれぞれ１．０％である。

本発明の分散強化型フェライト綱は、粉末冶金法で製造
される。その概略を説明すれば下記のとおりである。

原料としては、Ｙ＊Ｏｓを除くベース組成の合金粉末（
例えばガスアトマイズ粉末）にＹ、０．粉末を混合する
か、または、Ｆｅ、　Ｃｒ、　Ｔｉなどの純金属粉末と
Ｙ！島粉末を前記の組成になるように配合して混合し、
機械的合金化（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ａｌｌｏｙｉｎ
ｇ）を行わせたものを用いる。この合金化には、通常の
ボールミルも使用できるが、高エネルギーのアトライタ
ーを用いるのが望ましい、こうして得た原料粉末をカプ
セルに入れ、脱気封入し、熱間押出し、＋１１Ｐ鍛造な
どで成形する。成形温度は１１００〜９００°Ｃが望ま
しい。

熱処理は、フェライト単相鋼では１１００−１０００℃
での溶体化、マルテンサイト相を含む鯛の場合は１１０
０〜１０００°Ｃでの溶体化と＾ｃ、変態点以下での焼
戻しを行う。

（実施例） 下記の工程で第１表に示す２６種類の合金の試験片を作
成し、高温引張試験とクリープ試験を実施した。

■　平均粒２ｚ＋ｓｏμ■のアルゴンガスアトマイズ法
によって製造した母合金粉末に、Ｙ２Ｏ，の粉末（平均
粒径０．０２μｍ）を添加してアトライターで機械的合
金化を行った。アトライターの回転数は２９０ｒｐｍと
し、処理時間は４８時間とした。

■　得られた合金粉末を軟鋼製カプセル（６７１−径）
に充填して脱気したのち、１１００℃に加熱して押出し
加工によって３０−―φの丸棒とした。

■　上記の丸棒を１１００℃で熱間圧延して７謹磐厚の
板とし、＋１００°Ｃで溶体化処理を行った。

■　溶体化後の板から、２■−厚Ｘ　６ｍｄｉｉＸ３（
１ｗｍＧＬの板状引張試験片を採取し、室温、６００　
’Ｃ１６５０°Ｃ１７００°Ｃおよび８００℃での引張
試験と、６５０℃でのクリープ破断試験を行った。

第１表中に、室温での延性、高温引張試験による延性ピ
ーク温度、および６５０　’ＣＸ　１０’時間のクリー
プ破断強度を併記する。

第１表に見られるとおり、Ｂを０．００３％以上含有す
る本発明の鋼では、すべての延性ピーク温度が７００℃
以上にある。Ｂを添加していない比較鋼（８１１１７１
のそれが６５０°Ｃであることと対照してみれば、Ｂの
添加によって遷移温度が５０゛Ｃ以上高くなっているこ
とが明らかである。

第１図は、上記のクリープ破Ｉｆ試験の結果から、１３
Ｃｒ−１Ｔｉ　　０．２９ＹｘＯｘ系の鋼のＢの含有量
と、６５０’ＣＸｌ０’時間のクリープ破断強度との関
係を図にしたものである１図示のとおり、Ｂの含有量が
０．００３％以上でクリープ破断強度が著しく大きくな
っている。この結果から、Ｂの含有量を０．００３％以
上とするのが望ましいことが明らかである。

第１表の石２と阻１９、Ｎｌ１８と麹２４は、それぞれ
ＡＰの添加の影響をみたものである。いずれの場合もＡ
ｔを含有しないものの方がクリープ強度が高くなってい
る。この結果から、＾ｌの添加をしない方が望ましいと
いえる。

第２図は、第１表の本発明鋼と比較鋼の室温での延性と
、６５０℃×１０３時間のクリープ破断強度との関係を
まとめたものである０図示のとおり、本発明鋼はクリー
プ強度が高いだけでなく、優れた室ｎａｇ性も備えてい
る。これに対し、比較鋼はクリープ強度が全般に低く、
Ｎｉ１２２．２５のようにクリープ強度が比較的高いも
のは室温延性が著しく劣る。なお、本発明鋼のＮｄＩ３
．１５、】６は、ｙｊｏ、を高めにしてＭｏ、　Ｗを添
加したもので、掻めて高いクリープ強度が得られている
。

（以下、余白） （発明の効果） 本発明は、従来の酸化物分散強化型鋼に特有の粒内−粒
界破壊遷移温度の低い欠点を解消し、併せて高温強度も
向上させたフェライト系の酸化物分散強化型鋼を提供す
るものである。この鯛は、フェライト調本来の優れた耐
久エリングを生かし、特に原子炉の炉心材料に用いて極
めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１３Ｃｒ　　ｌ　Ｔｉ　　０．２９ＹｚＯｓ
系の鋼のＢの含有量と、６５０℃ＸｌＯ’Ｑ間のクリー
プ破断強度との関係を示すものである。 第２図は、本発明鋼と比較鋼の室温での延性と、６５０
℃×１０３時間のクリープ破断強度との関係を示すもの
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、１２．５％から２５％までのＣｒと、
   ０．２％から２％までのＴｉと、０．０５％から２％ま
   でのＹ＿２Ｏ＿３と、０．００３％から０．０２％まで
   のＢとを含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる高強
   度酸化物分散強化型フェライト鋼。
2. （２）重量％で、１２．５％から２５％までのＣｒと、
   ０．２％から２％までのＴｉと、０．０５％から２％ま
   でのＹ＿２Ｏ＿３と、０．００３％から０．０２％まで
   のＢと、更にそれぞれ２％から４％までのＭｏとＷの少
   なくとも一方を含有し、残部がＦｅおよび不純物からな
   る高強度酸化物分散強化型フェライト鋼。
3. （３）重量％で、１２．５％から２５％までのＣｒと、
   ０．２％から２％までのＴｉと、０．０５％から２％ま
   でのＹ＿２Ｏ＿３と、０．００３％から０．０２％まで
   のＢと、２％以下のＮｉを含有し、残部がＦｅおよび不
   純物からなる高強度酸化物分散強化型フェライト鋼。
4. （４）重量％で、１２．５％から２５％までのＣｒと、
   ０．２％から２％までのＴｉと、０．０５％から２％ま
   でのＹ＿２Ｏ＿３と、０．００３％から０．０２％まで
   のＢと、２％以下のＮｉと、更にそれぞれ２％から４％
   までのＭｏとＷの少なくとも一方を含有し、残部がＦｅ
   および不純物からなる高強度酸化物分散強化型フェライ
   ト鋼。