JPH03138334A

JPH03138334A - 耐粒界腐食性Ｆｅ―Ｃｒ―Ｍｎ系合金及びその用途

Info

Publication number: JPH03138334A
Application number: JP2190553A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Kato; 隆彦加藤; Heishichirou Takahashi; 高橋　平七郎; Shinzo Ikeda; 池田　伸三; Jiro Kuniya; 国谷　治郎; Masakiyo Izumitani; 泉谷　雅清
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1991-06-12
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH089755B2

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〕本発明は、核融合炉材料、高速増殖炉、軽水炉等の炉構
成材料用の鉄−クロム−マンガン系合金に係り、特に中
性子照射環境にさらされたとき、結晶粒界でのＣｒ元素
の濃度減少を防止するに好適な鉄−クロム−マンガン系
合金とその用途に関する。

〔従来の技術〕

これまで、原子力用材料として開発された鉄−クロム−
マンガン系の合金は、軽水炉や高速炉等の原子炉用鋼と
して多用されている鉄−クロム−ニッケル系合金の主構
成元素であるニッケルをマンガンに置き換えたものであ
り、さらに相安定性の確保等から、元素構成比を変えた
り微量元素の添加を追加したものである。この鉄−クロ
ム−マンガン系合金の優れた点は、特に核融合反応で生
ずるエネルギスペクトルを有する中性子の照射により生
成する放射性同位元素の残留放射能（以下誘導放射能と
呼ぶ）が、ニッケルをマンガンに置換することにより低
減できるため、核融合炉の安全性の高度化や炉メンテナ
ンス・廃棄物処理・炉構成材料の再利用における経済性
の向上に大きな効果がある。

これら従来の合金には、特開昭６１−９５６０号公報に
記載のように２０〜４０重量％のＭｎと、０〜１５重量
％のＣｒと、０．４〜３．０重量％のＳｉと、オーステ
ナイト微細構造を安定化させる量のＣ及びＮの少なくと
も一方であって０．７　重量％未満のＣ及び０．３重量
％のＮと、０〜０．１　重量％のＰと、０〜０．０１重
量％のＢと、０〜３．０重量％ののＡｌと、Ｏ〜０．５
重量％のＮｉと、０〜２゜０重量％のＷと、０〜１．０
重量％のＴａと、Ｏ〜２．５重量％のＶとから成り、残
部が実質的に鉄であるオーステナイト微細構造を持つも
のが発明されている。またこれに準する発明として、特
開昭６２−２３８２５３号公報に記載のように重量基準
にて、Ｃ；　０．０５〜０．５％、Ｍｎ；１２−５０％
、Ｃｒ；２〜２０％、Ｓｉ；０．１〜５．０％、Ａｆｆ
；０．０１〜４．０％、Ｎ；０．２５％以下を有し、更
にＴｉ；０．０１〜１．０％、Ｎｂ　；　０．０１〜１
．０％、Ｚｒ　；　０．００５〜０．２％のうち一種以
上を所定比で含有し、残部を不可避不純物を除く鉄とし
た高温強度を向上させた高マンガンオーステナイト鋼が
ある。さらに上記高マンガンオーステナイト鋼に、Ｎｉ
；１０％以下、ＣＯ；５％以下、Ｃｕ：１０％以下、の
うち一種以上を加えた鋼または、Ｍｏ；５％以下、Ｗ；
５％以下のうち一種以上を加えた鋼または。

Ｎｉ：１０％以下、Ｃｏ；５％以下、Ｃｕ；１０％以下
、のうち一種以上及びＭ　ｏ　；　５％以下、Ｗ；５％
以下のうち一種以上を含有した高マンガンオーステナイ
ト鋼が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来合金は、中性子照射雰囲気下での使用の際に起
こる結晶粒界での元素の組成変化について配慮がされて
おらず、特に結晶粒界での耐食性低下及び強度低下の原
因である粒界でのＣｒ濃度低下の問題があった。

本発明の目的は、中性子照射に対して鉄−クロム−マン
ガン系合金の結晶粒界でのクロム濃度の減少を防止でき
る特性を持ち、軽水炉や高速増殖炉、核融合炉等のごと
き中性子照射雰囲気で使用される炉心機器、構造物の構
成材料に使用するに好適な合金とその装置及びその構成
部品を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１発明は、重量でＭ　ｎ　５〜４０％、Ｃｒ５〜１８
％、Ａｌ２〜１２％及び残部が実質的にＦｅからなり、
主にフェライト組織を有することを特徴とする耐粒界腐
食性Ｆ　ｅ　−Ｃｒ　−Ｍ　ｎ系合金にある。

第２発明は、第１発明に重量で、Ｃ０．ＯＯ１〜０．５
％及びＮ０．ＯＯ１〜０．５％の少なくとも１種を含み
、フェライト又はフェライトとオーステナイト混合組織
を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金にある。

第３発明は、第１発明又は第２発明に重量でＴｉ０．０
１〜１．０％、Ｚｒ０．０１〜０．５％。

Ｈｆ０．０１〜０．５％、Ｎｂ０．０１〜０．５％及び
Ｔ　ａ　０．０１〜０．５％の少なくとも１種を含むＦ
ｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金にある。

第４発明は第１〜第３発明のいずれかに重量でＭ　ｏ　
４　、０％以下及びＷ４．０％以下の少なくとも１種を
含むＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金にある。

第５発明は第１〜第４発明のいずれかに重量でＢ　０．
００３〜０．１％及びＰ０．０１〜０．０８％の少なく
とも１種を含むこと、第６発明は前述の発明のいずれか
にＳ　ｉ　０．０１〜５．０重量％含むＦｅ−Ｃｒ−Ｍ
ｎ系合金にある。

第７発明は、Ｎｉ当量＝　（０，５Ｍｎ＋Ｎｉ＋３０Ｃ
＋２６Ｎ）が９重量％以上でかつ、Ｍ　ｎ　＜４０重量
％、Ｃ＜０．５　重量％、Ｎ＜０．５　重量％の範囲に
入るＭｎ及びＮｉと、ＣおよびＮのうち一種以上を含有
し、さらにＣｒ：２〜１８重量％、Ａｌ；２〜１２重量
％、Ｓｉ：０．０１〜５．０重量％、Ｍｏを４．０　重
量％以下を含有し、残部が不可避不純物を除きＦｅから
成ることを特徴とするフェライト及びオーステナイト混
合構造を有する鉄−クロム−マンガン系合金である。

第８発明は、Ｎｉ当量（０，５Ｍｎ＋Ｎｉ＋３０Ｃ＋２
６Ｎ）が９重量％以上でかつ、Ｍ　ｎ　（４０重量％、
Ｃ＜０．５　重量％、Ｎ＜０．５　重量％の範囲に入る
Ｍｎ及びＮｉと、ＣおよびＮのうち一種以上を含有し、
かつＣｒ；２〜１８重量％。

Ａｆｌ；２〜１２重量％、　Ｓ　ｉ　；　０．０１〜５
．０重量％、Ｍｏを４．０重量％以下含有し、さらにＴ
ｉ当量＝（Ｔｉ＋０．５３Ｚｒ＋０．２７Ｈｆ＋０．５
２Ｎｂ＋０．２６Ｔａ）が０．１〜０．４重量％の範囲
に入るＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａのうち一種以上を
含有し、残部が不可避不純物を除きＦｅから成ることを
特徴とするフェライト及びオーステナイト混合構造を有
する鉄−クロム−マンガン系合金である。

第９発明は第７又は第８の鉄−クロム−マンガン系合金
にさらにＰ　；　０．０１〜０．０８重重量を含有する
ものである。

上記合金は、エネルギＥ　＞　０　、１　Ｍ　ｅ　Ｖの
中性子照射環境下で、特に１０２０ｎ／ａ＃以上の照射
を受けても粒界Ｃｒ濃度が減少しない合金であるが、該
中性子照射を受けることによりさらに粒界Ｃｒ濃度を上
昇させることのできる合金を発現できる。

従って、上記各組成成分を持つ本発明合金は、１０”ｎ
　／ａＪ（Ｅ＞０．　Ｉ　Ｍ　ｅ　Ｖ）の中性子照射環
境下で使用することにより、粒界Ｃｒ濃度の減少防止効
果をより高めたものである。

更に１本発明は原子炉圧力容器内に中性子源パイプ、炉
心支持板、中性子計装管、制御棒挿入パイプ、シュラウ
ド、上部格子板、燃料集合体用被覆管及びチャンネルボ
ックスを備え、高温高圧純水下で作動する原子炉におい
て、該原子炉圧力容器内の前記構成物品の少なくとも１
つが、前述の第１〜第９発明のＦｅＣｒ−Ｍｎ系合金か
らなるものである。

また、本発明は水冷構造を有する真空容器内にプラズマ
側にセラミックタイルが設けられ水冷構造を有するダイ
バータ及びプラズマ側にセラミックタイルが設けられ水
冷構造を有する第１壁を備えた核融合炉において、該核
融合炉の前記構成部品の水に接する部材が同様に本発明
のＦｅ−Ｃｒ−Ｍ　ｎ系合金からなるものである。

〔作用〕

本発明においては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金に主構成元素
としてＡｌを添加すると共に、その組成を限定し、さら
にその添加効果を失わないように。

制限した量の実用微量元素を添加することにより。

中性子照射環境下で結晶粒界のＣｒ濃度が減少しないま
たは該Ｃｒ濃度が上昇する合金を創生じた。

そこで次に粒界Ｃｒ濃度の減少防止を達成するために発
明した合金組成成分の働きについて詳細を述べる。

一般に照射による粒界近傍での元素濃度の変化は、合金
の平均的な原子サイズに比較して、サイズの大きい元素
が粒界で減少し、サイズの小さい元素が粒界に集中する
。これは、照射により材料中に生成した点欠陥すなわち
原子空孔と格子間原子が点欠陥消滅場所である粒界に等
電流れ込んでくる過程で、合金の平均原子サイズより大
きい元素は、原子空孔と相互作用し、原子空孔と入れ換
わるため原子空孔が流れ込む粒界とは逆の方向に移動し
、粒界で濃度減少を起こす。また合金の平均原子サイズ
より小さい元素は、格子間原子と相互作用し格子間原子
に引きずられて粒界に移動し粒界での濃度が高くなる。

この様な機構により照射による溶質原子の粒界近傍での
濃度変化が説明できる。実際、第２図や第４図では、合
金の平均原子サイズより大きな原子サイズのＣｒは粒界
で濃度減少が起っている。そこで本発明者らは、合金の
平均原子サイズを増大させることにより合金の平均原子
サイズに比較したＣｒの相対的な原子サイズを小さくす
るという指導原理を発想した。

これを実現させる方法として、合金に固溶可能でかつ原
子サイズが大きい元素の添加を種々検討した結合、Ａｌ
の添加が有効であることを見い出し、本発明をするに達
した。またＭｎの構成量を増大させることも上記効果を
発現させるのに有効と考えられたため高いＭｎ量の合金
について照射実験を行ったが、Ｍｎ量が高いとＭｎを多
く含む析出物が結晶粒内に多数形成されるため、第３図
に示した様に実質的にＭｎ量コントロールのみでは粒界
Ｃｒ濃度低下を防止することはできなかった。

本発明の合金では、Ａｌの添加が上記の作用により粒界
Ｃｒ濃度低下防止に重要な役割を果たしている。このた
めＡｌは固溶状態で一定量以上添加される必要がある。

従って、本発明合金で作製した部品は１０００〜１２０
０℃で１５〜６０分程度の溶体化処理を施したものが好
ましく、さらにその後３０％以下の塑性加工を加えたも
のも好ましい、塑性加工が３０％を越えると伸びの低下
が著しくなるためである。また合金鋼塊は１０００〜１
１５０℃程度で熱間加工を加えて最終素材にした段階で
上記溶体化処理を施すのが好ましい。−方、Ｆｅ−Ｃｒ
−Ｍｎ合金を構成材料として使用する場合、適切な機械
的強度、耐食性、耐酸化性。

耐スエリング性等が要求されるが、これらを発現させる
に一般に用いられている種々の実用添加元素は、上記Ａ
ｌ添加の効果をさまたげない様に制限されなければなら
ない。この様な立場から、本発明合金は組成成分を次の
様に限定した。

Ａａ；照射による粒界Ｃｒ濃度の低下を防止するために
は、最小限２％（重量％以下同じ）以上添加量が必要で
あり、１２％を越えると粗大なＡｆｌ化合物の析出によ
り脆化が著しく、また熱間加工時、冷間加工時に割れが
入るためその範囲を２％以上１２％以下と定めた。特に
４．５〜６．５％が好ましい。

Ｍ　ｎ　’、　Ａ　Ｑの固溶効果を高めるのには５％以
上の添加が必要である０本発明合金が主にフェライト構
造をとる場合またはフェライトとオーステナイト構造を
とる場合いずれに対しても、４０％を越えるとＭｎの化
合物が粗大析出して脆化が著しくなるので、その範囲を
５〜４０％と定めた。特に５〜１０％または２０〜３０
％が好ましい。

４５０〜６００℃で加熱すると１１〜１９％で衝撃値が
低下する。

Ｃｒ；良好な耐食性を保持するため、少なくとも５％以
上を必要とするが、１８％を越えるとＡｌと析出物を形
成したり、δ相、σ相を形成して脆くなるため５〜１８
％と定めた。また本発明合金がＮｉを含まない場合、特
にσ組形成による脆化が高Ｃｒ側で著しいため７〜１２
％に保持することが好ましい、オーステナイト相を含む
本発明合金では１０〜１８％が特に耐食性の点から好ま
しい。

Ｓｉ；Ｓｉは無添加又は耐酸化性の保持の点がら０．０
１％以上の添加が有効である。５％を越えるとＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｎ、Ｎｉ等と種々の析出物を形成し、それら
の添加効果を失なわせ、またＦｅやＣｒとσ相を容易に
形成しやすくなり脆化を著しくさせるため、０．０１〜
５％　と定めた。

０．１〜２％　が好ましい。

Ｔｉ　：Ｎｉを含まない本発明合金では、耐酸化性向上
の点から０．０１％以上の添加が有効であるが、１．０
％　を越えるとＳｉ等の照射誘起により粗大析出物を形
成し脆化を促進するので、０．０１〜１．０％　と定め
た。またＮｉを含有させたオーステナイト相を含む本発
明合金では、耐スエリング性を保持するため０．１％以
上の添加が必要であるが、０．４％　を越えるとＣ，Ｎ
、Ｓｉ、等と粗大析出物を照射誘起析出して脆化を促進
すると共に溶接性も著しく低下するため０．１〜０．４
％と定めた。

Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ　：これらの元素はフェライト
、又はフェライトとオーステナイト相を含む本発明合金
において、Ｔｉと同様に耐スエリング性を保持するため
Ｔｉ当量＝（０，５３Ｚｒ＋０．２７Ｈｆ＋０．５２Ｎ
ｂ＋０．２６Ｔａ）が最小限０．１％以上となる様に添
加することが必要である。該当量で０．４％　を越える
とＴｉと同様の上記の理由により耐脆化性及び溶接性が
著しく低下するので、上記Ｔｉ当量に従って０．１〜０
．４％当量となる様に一種以上添加することが必要であ
る。さらにＺｒは、Ｎｉを含まない本発明合金では、高
温強度を高めるための元素であり、Ｔｉ当量で０．０１
％以上の添加が有効であるが０．４％を越えると上記と
同様の理由により好ましくない。

Ｂ；粒界強度の向上、結晶粒微細化、高温での延性改善
のため０．００３％以上の添加が有効である。Ｂは熱中
性子照射によりδＢ”＋ｏｎ１→ｚＨｅ’＋ａＬｉ７な
る反応でＨｅを生成する元素であり、中性子照射環境下
でＨｅ生成による粒界脆化が０．１％　を越えると著し
くなるので０．１％以下の添加が好ましい。

Ｐ　；　０．０１　　以上の添加により耐スエリング性
が向上するため、Ｐを含有させることもできるが、０．
０８％　を越えると脆化が著しくなるので、０．０８％
以下とすることが好ましい。

Ｍｏ；強度向上のため添加するのが好ましいが、４．０
％　を越えるとび相、ラーベス相形成を促進し脆化を誘
起するので上限を４．０％　と定めた。

Ｃ，Ｎ；Ｃは強度を向上させるため０．００１％以上の
添加が有効であるが、ＮおよびＣが各々０．３％および
０．５％　を越えると粗大な窒化物や炭化物の形成によ
り脆化が著しくなるため、Ｎを０．ｏ　ＯＪへ・０．３
％、Ｃを０．００１〜０．５％と定めた。特に、Ｃ０，
ＯＯ］〜０．１５％、Ｎ０．００１〜０．１５％が好ま
しいが、いずズ１も下限は０．０５％がよい。

Ｎｉ　；Ｎｉは延性を向上させるためフェライト相及び
オースブ”ナイト相混合構造を有する本発明合金では、
Ｍｎ、Ｃ，Ｈの一種以上と置換してＮｉ当斌＝　（Ｎｉ
＋０．５Ｍｎ＋３０Ｇ＋２６Ｎ）が９％以−にとなるＮ
ｉの添加が有効である。特に、１５％以下が好ましく、
より２〜１５％が好ましい。また同様の理由でフェライ
ト構造の本発明合金では０．０１〜０．１％　が好まし
い。

以上の実用添加元素の組成範囲では、Ａｌ添加による、
照射誘起粒界Ｃｒ濃度減少の防止効果はさまたげられる
ことがない。

また、ＡＭの添加は上記の効果だけでなく、本発明合金
の耐酸化性を保持するのに有効で、さらに該合金中の酸
素量が多い場合、アルミナ形成による分散強化もできる
。同様の強化は本合金に含有させたＺｒも効果がある。

オーステナイト相を形成するＮｉ当量は１２〜２０が好
ましい。

（実施例１〕第１図は重量でＣ０，０１％、Ｃ：　ｒ　１０％、５ｉ
Ｏ５，３％、Ｍｎ５％、ＡＭ４．８％、残Ｆｅからなる
合金に電子照射し、結晶粒界近傍の組成変化を調へたも
のである。照射は、中性子照射を模擬した電子照射を用
い、温度７２３にで照射量１０ｄｐａまで照射した。但
し、　１ｄｐａは中性子照射量で約ｌＸｌ０”ｎ／ｃｊ
に相当する。照射前には、結晶粒界及びその近傍でほぼ
均一な組成を有するが、照射により結晶粒界でのＣｒ濃
度減少は防止されており、むしろ逆に照射前の約１０．
４％（母相と同じ濃度レベル）より１３．９％　と約３
．５％濃化させることができる。また、Ｍｎはベースの
５．３％より４．３％　と約１％減少する。

本合金は、真空溶解後、ｉ−１５０℃で熱間鍛造または
熱間圧延を行い、１０５０〜１１５０℃で溶体化処理し
た後、冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最終的に１１５０℃
　１５分間加熱後水冷する溶体化処理を行ったものであ
る。

第２図及び第４図は、本発明にかかる合金に比較するた
め同様の製法によって用意した合金であり、照射により
粒界Ｃｒ濃度が減少する例を示す。

第２図は１、Ｆ　ｅ　−１０Ｃｒ　−３Ｍ　ｎ合金を照
射したときの、粒界近傍の組成変化を示す。これは第１
図の合金に近い組成でＡΩ添加のない場合である。照射
条件は第１図において説明したのと同じであるが、明ら
かに結晶粒界でベースの１０．６％より８．４％　と約
２．２％のＣｒの減少が起きており、Ａｌの添加が粒界
Ｃｒ濃度の低下を防止していることがわかる。また第３
図はＦｅ−Ｃｒ−Ｍ　ｎ合金を基本３元素で構成したモ
デル合金として溶製したＦｅＦｅ−１０Ｃｒ−２２合金
にＡＭ３．Ｏ重量％を添加した本発明合金の照射結果を
示す図である。Ｃｒ量はベースの９．３％より粒界で８
．６％　とＣｒが低下しているが、１重量％と少ないｅ
　Ｍ　ｎ量はベースの２１．７％より２０％と約１．７
％減少している。第４図は、従来、軽水炉炉心部等で使
用されている５ＵＳ３１６Ｌ鋼を７２３にで３０ｄｐａ
まで電子照射したときの、結晶粒界近傍の組成変化を示
す０粒界ではＣｒ濃度がベースの１９．６％から１６．
８％　と約３％減少し、Ｎｉ濃度がベースの１２．１％
から１５．５％と約３．４％高くなっている。

〔実施例２〕第】表は９本発明合金（＆１〜７）の化学組成（重量％
）を比較合金（Ｐ！１１８〜１０）と共に示す。

また第５図は、第１表の合金を照射したときの結晶粒界
近傍のＣｒ濃度変化をエネルギ分散型Ｘ線分光分析装置
で調べた結果である。これらの合金はいずれも実施例１
と同様に製造したものである。

照射は中性子を模擬した電子照射を用い、温度７２３に
で照射量１０ｄｐａまで照射した（中性子照射量的１．
０”ｎ／ａＪに相当）。いずれの合金でも照射前は粒界
及び粒内でＣｒ濃度変化はないが、上記照射により本発
明合金では粒界でＣｒ濃度が上昇する（ＮＱＩ及び２）
か、または粒界Ｃｒ濃度の減少が防止されている（Ｎα
３）。

一方、Ｍｎ量が２０重量％以上の本発明合金（Ｎａ４及
び５）では、同量のＡＭを添加しても粒界でＣｒ濃度が
若干減少しているが、低下量が１％以下と小さい。比較
合金のＮＱ８〜１ｏはＣｒｐ度が２％以上減少していた
。本実施例のＮｉは不可避不純物として混入した。また
本実施例のＮＧ１〜３，６合金は全フェライト構造をも
つ合金である６また。＆４，５及び７は約３％の残留オ
ーステナイト相を有し、比較合金のＮＱ８〜１ｏは全オ
ーステナイト組織を有する。

〔実施例３〕第２表はＳｉまたはＴｉまたは両方を含む本発明合金（
Ｎａｌ〜４）の化学組成（残部Ｆｅ、重量％）を比較合
金（Ｎａ５）と共に示し、さらに実施例１と同様の条件
で製造し、更に照射した後の粒界Ｃｒ濃度の増減を示す
、Ｓｉ及び／またはＴｉを含有した場合でも照射による
粒界Ｃｒ濃度減少はＡｌ添加により防止されている０本
実施例ではＣ及びＮが不可避不純物として混入している
６本実施例の合金は全フェライト構造をもつ合金である
。

〔実施例４〕第３表は本発明合金（Ｎａｌ〜６．＆１１〜１４゜Ｎα
１７〜２０）の化学組成を比較合金（＆７〜１０．４１
５〜１６）と共に示し、さらに実施例１と同様の条件で
製造し、電子照射した後の粒界Ｃｒ１ｍ度の増減を示す
。Ｃまたは／及びＮを添加することによりオーステナイ
ト組成を形成し、Ｓｉ、Ｔｉのうち一種以上を所定量含
有した本発明合金（１〜６合金）またはさらにＺｒ、Ｂ
、Ｐのうち一種以上を所定量含有した本発明合金（Ｎα
１１〜１４）でも、２．０重量％以上のＡｌ添加が照射
による粒界Ｃｒ濃度減少の防止に有効である。第３表の
合金はいずれも１０〜２５体積％程度のフェライト構造
の相を含むフェライト及びオーステナイト混合構造を有
する合金である。

〔実施例５〕第４表は本発明合金（＆１〜２０．＆２５〜２７）の化
学組成を比較合金（Ｎｃｔ２１〜２４）と共に示し、さ
らに実施例１と同様の条件で製造し、電子照射した後の
粒界Ｃｒ濃度の増減を示す。

Ｍｎ及びＣまたはＮをＮｉで置換した本発明合金Ｎａ　
１〜１２は、２重量％以上のＡｌの添加により。

照射で誘起される粒界Ｃｒ濃度の低下を防止できた。さ
らに上記合金にＴ　ｉｐ　Ｚ　ｒ　ｖ　Ｈｆ　ＨＮ　ｂ
　ＰＴａのうち一種以上を所定量添加した本発明合金Ｎ
１１１３〜２０も該Ｃｒ濃度低下を防止できた。これら
の合金はオーステナイト構造を安定化させる上記諸元素
の添加を施しても、本発明のＡｌ添加の効果が有効であ
ることを示す実施例である。但し、組織は＆１〜１２．
＆１４〜２０．Ｎα２６゜２７がフェライト及びオース
テナイト混合構造を有するものである。　Ｎａ１〜ｌ　
２．　！１ｌａｌ　４〜２０はフェライト量が面積率で
１０〜３０％及び勲２６゜２７のフェライト量は５０％
であった。

Ｎｏ３９及び虱２５は全フェライト組織、＆２１〜２４
は全オーステナイト組織である。フェライトとオーステ
ナイト混合組織を有するもののＮｉ当量は１３〜２０の
範囲である。

〔実施例６〕第６図は、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）炉心部の要部欠截
概略斜視図である０図において、１：中性子源パイプ、
２：炉心支持板、３：中性子計装管、４：制御棒、５：
シュラウド、６：上部格子板である。これらの構造物及
び機器は軽水炉炉心を構成するもので、中性子照射量が
多く、また２８８℃、７　Ｍ　Ｐ　ａの高温高圧水中下
で用いられている。これらの構造物および機器を本発明
による鉄−クロム−マンガン鉄基合金で作製することに
より、中性子照射下で粒界のＣｒ温度が一ヒ昇し、耐食
性の向上が計れる。第６図に示すものの他に、これら構
造物および機器間で使用されるパーツ等に本発明に係る
合金を用いることで、同様の効果が期待できる。さらに
沸騰水型以外の水冷却型原子炉の炉心部用構造物および
機器に本発明に係る合金を用いることで、同様の効果が
期待できる。

前述の中性子源パイプ１．中性子計装管３．制御棒挿入
パイプ及び燃料集合体７のチャンネルボックス及び燃料
被覆管に実施例１〜４の合金を用いることにより、耐中
性子照射ＳＣＣに優れたものが得られる。これらの部材
は鋼塊より熱間加工及び溶体化処理後冷間加工と焼鈍の
繰返しにより得られる。

また１本発明に係る合金は炉内にインターナルポンプを
設けた新型転換炉（ＡＢＷＲ）及び加圧木型原子炉（Ｐ
ＷＲ）にも適用できる。ＡＢＷＲ炉内構造は前述のＢＷ
Ｒのジェットポンプ１６に代えて炉内にインターナルポ
ンプを設けたものであり、他はＢＷＲとほぼ類似してい
る。従って、このＡＢＷＲの炉内機器及び構造物に対し
前述のＢＷＲへの適用製品と同様に本発明に係る合金が
前述と同様に適用される０本発明に係る合金を用いるこ
とによりより安全性の高いものとすることができる。

〔実施例７〕第７図はトカマク型核融合炉の概略断面図である。図に
おいて、３１はダイバータ、３２は第１壁および冷却パ
ネル、３５はブランケット、３３は真空容器である。こ
れらの構造物および機器はトカマク型核融合炉炉心を構
成するもので、多量の中性子およびプラズマから漏えい
する種々の粒子線の照射を受け、また冷却のために水に
接する設計となっており、高温水と接触することになる
。

これらの構造物および機器を本発明による鉄−クロム−
マンガン系鉄基板合金で作製することにより、照射下で
粒界のＣｒ濃度の低下を防止でき、耐食性の向上を計れ
る。

これらのダイバータ３１．第１壁３２及び真空容器３３
は水冷構造を有し、本発明に係る合金によって構成され
る。ダイバータ３１．第１壁３２は冷却構造の金属部材
表面に低原子番号（例えばＳｉＣ＋　５ｉａＮｎｔ　Ａ
ｌＮｐ　ＡｌｚＯａセラミックス）からなるブロックが
機械的又は金属的に接合された構造を有する。これらに
対しても本発明に係る合金が用いられ、板材又はパイプ
によって構成される。

核融合装置は図示されていないが、トロイダルコイル３
４の他、ボロイダルコイル、真空排気装置を備えている
。核融合装置には、他にオーブン磁場系、慣性閉込めの
レーザー加熱系があり、これらのタイプにも粒子線の照
射を受け、高温水にさらされる部分に本発明に係る合金
が適用可能であり５高信頼性が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鉄−クロム−マンガン系合金にＡｌを
添加することにより中性子照射環境下において結晶粒界
でのクロム濃度減少を防止できるので、このＡｌ添加の
鉄−クロム−マンガン系合金を軽水炉や高速増殖炉、核
融合炉等のごとき中性子照射雰囲気で使用される炉心機
器、構造物等の構成材料に使用したとき、該合金の粒界
での耐食性、強度の低下を防止できるまたはそれらの特
性を高める効果がある。さらに同様の本発明合金の機能
から特に軽水炉炉心部の材料として使用するとき、照射
加速応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）の防止にも著しい効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は及び第３図は本発明による鉄−クロム−マンガ
ン系合金の照射による結晶粒界近傍の組成変化を示す図
、第２図及び第４図は比較合金の照射による結晶粒界近
傍の組成変化を示す図、第５図は本発明による合金の照
射による結晶粒界近傍のＣｒ４度変化を示す図、第６図
は、沸騰水型原子炉炉心の要部欠截斜視図、第７図は、
核融合炉の断面図である。１・・・中性子源パイプ、２・・・炉心支持板、３・・
中性子計装管、４・・・制御棒、５・・・シュラウド、
６・・・上部格子板、７・・・燃料集合体、８・・・上
鏡スプレィノズル、９・・・ベントノズル、１０・・・
圧力容器蓋、１１・・・圧力容器フランジ、１２・・・
計測用ノズル、１３・・・気水分離器、１４・・・シュ
ラウドヘッド、１５・・・給水入口ノズル、１６・・・
ジェットポンプ、１７・・・再循環水出口ノズル、１８
・・・蒸気乾燥器、１９・・・蒸気出口ノズル、２０・
・・給水スパージャ−２１・・・炉心スプレィ用ノズル
、２２・・・下部炉心格子、２３・・・再循環水入口ノ
ズル、２４・・・バッフル板、２５・・・制御棒案内管
、３１・・・ダイバータ。３２・・・第１壁、３３・・・真空容器。第図結晶粒界の位置粒界からの距離（任意目盛）結晶粒界の位置 ↓ 粒界からの距離（任意目盛）結晶粒界の位置 ↓ 粒界からの距離（任意目盛）第４図結晶粒界の位置粒界からの距離（任意目盛）第図第図距離（任意単位）第図 −＼〜−一−−一一一

Claims

【特許請求の範囲】１、重量で、Ｍｎ５〜４０％、Ｃｒ５〜１８％、Ａｌ２
〜１２％及び残部が実質的にＦｅからなり、主にフェラ
イト組織を有することを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−
Ｃｒ−Ｍｎ系合金。２、重量で、Ｃ０．００１〜０．５％及びＮ０．００１
〜０．３％の少なくとも１種、Ｍｎ５〜４０％、Ｃｒ５
〜１８％、Ａｌ２〜１２％及び残部が実質的にＦｅから
なり、フェライト又はフェライトとオーステナイト混合
組織からなることを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ
−Ｍｎ系合金。３、請求項１又は２において、重量で、Ｔｉ０．０１〜
１．０％、Ｚｒ０．０１〜０．５％、Ｈｆ０．０１〜０
．５％、Ｎｂ０．０１〜０．５％及びＴａ０．０１〜０
．５％の少なくとも１種類を含むことを特徴とする耐粒
界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金。４、請求項１〜３のいずれかにおいて、重量で、Ｍｏ４
．０％以下及びＷ４．０％以下の少なくとも１種を含む
ことを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金
。５、請求項１〜４のいずれかにおいて、重量でＢ０．０
０３〜０．１％及びＰ０．０１〜０．０８％の少なくと
も１種を含むことを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ
−Ｍｎ系合金。６、請求項１〜５のいずれかにおいて、Ｓｉ０．０１〜
０．５重量％を含むことを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ
−Ｃｒ−Ｍｎ系合金。７、重量で、Ｃｒ２〜１８％、Ａｌ２〜１２％、Ｓｉ０
．０１〜５．０％、Ｍｎ４．０％以下及びＷ４．０％以
下の少なくとも１種と、Ｃ０．５％以下及びＮ０．５％
以下の少なくとも１種と、（０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋３０Ｃ
＋２６Ｎ）の計算式より各元素の含有量を重量％で計算
されるＮｉ当量が９以上で前記Ｍｎ量が４０％以下であ
るＭｎ、Ｎｉ、Ｃ及びＮとを含有し、残部が実質的にＦ
ｅであり、フェライト及びオーステナイト混合組織を有
することを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系
合金。８、重量で、Ｃｒ２〜１８％、Ａｌ２〜１２％、Ｓｉ０
．０１〜５．０％、Ｍｎ４．０％以下及びＷ４．０％以
下の少なくとも１種と、Ｃ０．５％以下及びＮ０．５％
以下の少なくとも１種と、（０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋３０Ｃ
＋２６Ｎ）の計算式より各元素の含有量を重量％で計算
されるＮｉ当量が９以上で前記Ｍｎ量が４０％以下であ
る前記Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃ及びＮと、（Ｔｉ＋０．５３Ｚｒ
＋０．２７Ｈｆ＋０．５２Ｎｂ＋０．２６Ｔａ）の計算
式より各元素の含有量を重量％として計算されるＴｉ当
量が０．１〜０．４である前記Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ
及びＴａとを含有し、残部が実質的にＦｅであり、フェ
ライト及びオーステナイト混合組織を有することを特徴
とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金。９、請求項７又は８において、Ｐ０．０１〜０．０８重
量％を含むことを特徴とする耐粒界腐食性Ｆｅ−Ｃｒ−
Ｍｎ系合金。１０、原子炉圧力容器内に中性子源パイプ、炉心支持板
、中性子計装管、制御棒挿入パイプ、シユラウド、上部
格子板、燃料集合体用被覆管及びチャンネルボックスを
備え、高温高圧純水下で作動する原子炉において、該原
子炉圧力容器内の前記構成物品の少なくとも１つが、請
求項１〜８のいずれかに記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金
からなることを特徴とする原子炉。１１、高温高圧純水下にさらされる中性子源パイプ、炉
心支持板、中性子計装管、制御棒挿入パイプ、シユラウ
ド、上部格子板、燃料集合体用被覆管及びチャンネルボ
ックスの少なくとも１つが、請求項１〜８のいずれかに
記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金からなることを特徴とす
る原子炉圧力容器内構成部品。１２、水冷構造を有する真空容器内にプラズマ側にセラ
ミックタイルが設けられ水冷構造を有するダイバータ及
びプラズマ側にセラミックタイルが設けられ水冷構造を
有する第１壁を備えた核融合炉において、該核融合炉の
前記構造部品の前記水に接する部材が請求項１〜８のい
ずれかに記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金からなることを
特徴とする核融合炉。１３、水冷構造を有する真空容器
、セラミックタイルが設けられ水冷構造を有するダイバ
ータ及びセラミックタイルが設けられ水冷構造を有する
第一壁及びブランケットの少なくとも１つが、請求項１
〜８のいずれかに記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系合金からな
ることを特徴とする核融合炉構成部品。