JPH03223443A - オーステナイト鉄基合金 - 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］ 本発明は、オーステナイト鉄基合金に係り、特許こ原子
炉炉内機器に適した耐食性に優れたオーステナイト鉄基
合金に関する。

［従来の技術］ オーステナイト系ステンレス鋼製制御棒、炉内計装管等
の原子炉炉内機器は、高温純水という環境に置かれるう
えに、他の原子炉構成材料に比べて比較的高い中性子照
射を受けている。一方、高温純水中でオーステナイト系
ステンレス鋼は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起
こすことがある。ＩＧＳＣＣの主たる材料側の因子は、
溶接などの熱サイクルによる粒界炭化物の形成とそれに
伴う粒界近傍におけるクロム欠乏層の形成、すなわち、
溶接鋭敏化である。しかしながら、鋭敏化が全く起こっ
ていない溶体化オーステナイト系ステンレス鋼において
も、照射を受けた場合、非照射材に比べて高い粒界腐食
割れ感受性を示すという報告も出されている。

照射による材料への影響としては、照射によって引き起
こされる照射誘起偏析により、Ｓｉ（ケイ素）およびＰ
（リン）等が濃縮し粒界の耐食性が低下することが考え
られる。

高純度オーステナイト系ステンレス鋼は、上記因子に着
目し、不純物元素量を限定することにより高照射を受け
た場合でも耐粒界腐食割れ性の優れた性能を有すること
を目的として開発されたものである。なお、この種の技
術に関する文献として、例えば、「オーステナイト鋼の
粒界腐食」（Ｊ。

Ｓ、Ａｒｍｊ、ｊｏ、Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ、　ｖｏｌ、
２４、ｐ、２４（１９６８）：Ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕ］
ａｒ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｏｎ５ｅｎｓｊｔ
ｉｚｅｄ　Ａｕ５ｔｅｎｉｔｉｃＳｔｅｅｌｓ）、ある
いはｒＢＷＲおよびＰＷＲ炉心におけるオーステナイト
系ステンレス鋼およびＮ１基合金の変形特性Ｊ　　（Ｆ
、Ｇａｒａｚａｒｏｌｌｉ　ｅｔ　ａｌ、Ｐｒｏｃ、Ｉ
ｎｔｌ、Ｓｙｍｐ、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｄｅ
ｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭａｔｅｒｉａＩｓ　ｉｎ
　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｙｓｔｅｍ−１ｉ１ａｔｅｒ　Ｒ
ｅａｃｔｏｒｓ、　Ｍｏｎｔｅｒｙ。

Ｃａ１．、ＵＳＡ、　ｐ、４４２．５ｅｐ（１９８３）
：Ｄｅｆｏｒｎ＋ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆＡｕｓｔｅｎｉ
ｔｉｃ　５ｔａｉｎｌｅｓｓ　５ｔｅｅｌ　ａｎｄ　Ｎ
１−ｂａｓｅ　Ａ１１ｏｙｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏ
ｆ　ａ　Ｂｏｉｌｉｎｇ　ａｎｄ　ａ　Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｉｚｅｄ　ｌ１ａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ）が挙げられ
る・［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記高純度オーステナイト系ステンレス
鋼は、必ずしも所期の目的どおりには耐粒界腐食割れ性
が改善されない場合があることが明らかになった。この
原因として、−照射によって引き起こされる照射誘起偏
析により、Ｃｒ（クロム）が粒界で欠乏し粒界の耐食性
が低下することが考えられる。なお、照射によるクロム
欠乏層の形成は溶接鋭敏化とは異なり粒界炭化物の形成
は伴わない。

また、上記高純度オーステナイト系ステンレス鋼は通常
の純度のオーステナイト系ステンレス鋼（通常純度材と
いう）に比べて照射脆化の程度が大きく、機械的特性上
も問題がある。この原因としては、照射によって生成す
る転位ループの生成核として作用する不純物元素が高純
度化することにより少なくなり、照射脆化のもとである
転位ループ形態が通常純度材と異なるため照射脆化しや
すくなることが考えられる。

本発明は、上記の状況に鑑みなされたもので、通常純度
材において照射によるクロム欠乏層の形成を阻止し、ま
た高純度化することなく不純物元素の粒界偏析を阻止す
ることにより、耐粒界腐食割れ性を向上できるオーステ
ナイト鉄基合金を提供することを目的としたものである
。［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係るオーステナイト
鉄基合金の構成は、ニッケル１０．０〜１４．０ｗｔ％
、クロム１６．○−１８，０ｗｔ％、モリブデン２．０
〜３．０ｗｔ％、炭素０゜０３ｗｔ％以下、マンガン２
．０ｗｔ％以下、燐０．０４ｗｔ％以下、硫黄０．０３
ｗｔ％以下、硅素１．０ｗｔ％以下、残部が主として鉄
からなるオーステナイト鉄基合金において、イツトリウ
ムを０．１〜０．５ｗｔ％含有させるようにしたもので
ある。

［作用コ 本発明は、Ｎｉ１Ｏ，Ｏ〜１４．０ｗｔ％、Ｃｒ１６．
Ｏ〜１８．０ｗｔ％、Ｍｏ２．０〜３゜０ｗｔ％、Ｃ０
，０３ｗｔ％以下、Ｍｎ２．０ｗｔ％以下、Ｐｏ、０４
ｗｔ％以下、Ｓｏ、０３ｗｔ％以下、Ｓｉ１．０ｗｔ％
以下、残部が主として鉄からなる５ＵＳ３１６Ｌオース
テナイト系ステンレス鋼に、ステンレス鋼中でＣｒより
も原子半径が大きいＹ（インドリウム）を含有させたこ
とにより、Ｃｒの粒界からの欠乏の媒体である照射によ
って生成する過剰の原子空孔をトラップしたり、Ｃｒよ
りも優先的にＹが粒界から欠乏する。

これらのことによりＣｒの粒界欠乏に寄与する原子空孔
濃度を低減させＣｒの粒界欠乏を抑制することができ、
その結果、粒界近傍におけるＣｒ欠乏層の形成を防止で
き、耐食性を向上することができる。

また、Ｙは不純物元素と化合物を形成しやすく、不純物
元素を粒内に固定することができ、その結果、高純度化
することなく不純物元素の粒界偏析を防止することがで
き、さらに高純度化による照射脆化の問題も解決するこ
とができる。

ただし、Ｙの合金中での固溶度は小さいことから最大添
加量は０．５ｗｔ％程度である。また、不純物元素と化
合物を形成させ、さらに固溶量を確保するため少なくと
もＯ，１ｗｔ％程度添加する必要がある。

［実施例コ 以下１本発明の実施例を第１図および第２図を用いて説
明する。

まず、ｗｔ％で、Ｎｉ　１０．Ｏ〜１４．０％。

Ｃｒ１６．Ｏ〜１８．０％、Ｍｏ２．Ｏ〜３．０％、Ｃ
ｏ、０３％以下、Ｍｎ２．０％以下、２０００４％以下
、Ｓｏ、０３％以下、Ｓｉ１．０％以下、残部が主とし
てＦｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼に、Ｙを
種々の濃度で含有させて、オーステナイト鉄基合金を製
造し、電子線照射実験及び粒界腐食試験を実施して、Ｙ
の効果を調べた。

第１図は、電子線照射実験における添加元素（Ｙ）と照
射によるＣｒの粒界欠乏の関係図である。

すなわち、電子線照射実験は照射試験後、粒界近傍のＣ
ｒの濃度分布をエネルギー分散型Ｘ線分光装置で測定し
た。その結果を第１図に示す、第１図において、縦軸は
Ｃｒの濃度の粒界と粒内の比、すなわち照射によるＣｒ
の粒界欠乏の程度を表す。この図に示すように、Ｙの添
加により、照射によるＣｒの粒界からの欠乏が低減され
ることがわかる。これにより照射されても一充分耐粒界
腐食割れ性を維持することができる。

第２図は、粒界腐食試験におけるイツトリウム濃度と粒
界腐食感受性（割れ長さの比）の関係図である。

粒界腐食試験は６価クロムを含む５規定沸騰硝酸液に試
験鋼を６時間浸漬して行った。その結果を第２図に示す
、第２図において、横軸はＹ濃度を表し、縦軸は粒界腐
食感受性（割れ長さの比）を表す。この図に示すように
Ｙの濃度をＯ，１ｗｔ％以上にすると耐粒界腐食割れ性
が著しく向上することがわかる。しかし、Ｙの濃度を０
．５ｗｔ％以上にしても、粒界腐食感受性はほとんど一
定値を保持することがわかる。

また、５ＵＳ３１６Ｌオーステナイト系ステンレス鋼中
へのＹ元素の固溶限からみて、最大０゜５ｗｔ％と推定
されるので、本実施例におけるＹ添加量は、０．１〜０
．５ｗｔ％が好適である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のオーステナイト鉄基合金
は、所定量のイツトリウムを含有したことによって、中
性子照射を受けてもＩＧＳＣＣの発生しにくい、耐粒界
腐食割れ性に優れた原子炉炉内機器用の材料を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電子線照射試験における添加元素（Ｙ）と照
射によるＣｒの粒界欠乏の関係図、第２図は、粒界腐食
試験におけるイツトリウム（Ｙ）濃度と粒界腐食感受性
の関係図である。 〈符号の説明〉 １・・・鋼中Ｙ濃度と粒界腐食感受性の特性曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ニッケル１０．０〜１４．０ｗｔ％、クロム１６．
   ０〜１８．０ｗｔ％、モリブデン２．０〜３．０ｗｔ％
   、炭素０．０３ｗｔ％以下、マンガン２．０ｗｔ％以下
   、燐０．０４ｗｔ％以下、硫黄０．０３ｗｔ％以下、硅
   素１．０ｗｔ％以下、残部が主として鉄からなるオース
   テナイト鉄基合金において、イットリウムを０．１〜０
   ．５ｗｔ％含有させたことを特徴とするオーステナイト
   鉄基合金。 ２、請求項１、記載の合金により構成されることを特徴
   とする原子炉炉内機器。