JPH0354007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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B00.5wt％〜3.0wt％含有の Cr15wt％〜24wt％−Ni6wt％〜17wt％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。

従来の技術 一般に、Ｂ含有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。

発明が解決しようとする課題 このため、従来、熱間圧延性改善について、
種々検討（特開昭56−38418号、特開昭54−6842
号）されているが、前記の公知技術は、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、有孔異種金属板で被包して熱間圧延する
技術であるが、これは酸化防止及び焼付き防止の
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
するものではなかつた。

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。

課題を解決するための手段 この発明は、 B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜24wt％
−Ni6wt％〜17wt％系オーステナイトステンレ
ス鋼素材の少なくとも４主面を鉄筒にて密着包囲
し、分塊圧延あるいは鍛造し、 該素材表面の鉄層を除去したのち、該素材の厚
み側両側面に、１側面を面取加工した厚みが該素
材厚みより１mm〜10mm厚い鋼条片を密着させ、 該素材と鋼条片との間に形成される凹部に、オ
ーステナイトステンレス鋼にて該素材より １mm〜10mm厚い肉盛溶接した後、 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下率10
％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を行つた
後、外表面の鋼条片層及びオーステナイトステン
レス鋼層部分を除去することを特徴とするＢ含有
オーステナイトステンレス鋼の製造方法である。

作 用 工 程 さらに、詳述すれば、この発明は、 ａ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜24wt
％−Ni6wt％〜17wt％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、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、 得られた鋼素材の少なくとも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主面の黒皮を除去し、清浄化し、 ｃ この４主面を、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、 b′ あるいは、鋳型内の内壁に密着させて嵌入
した、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる
鉄筒内に、前記オーステナイトステンレス鋼
の溶鋼を鋳込み、 c′ 得られた鋼素材の少なくとも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主面に送素鋼やステンレス鋼からなる
鉄筒を密着させた鋼塊に造塊し、 ｄ 上記ｃまたはc′の鋼素材を950℃〜1250℃に
て分塊圧延あるいは鍛造し、 ｅ さらに、上記素材表面の鉄層を除去し、 ｆ 第１図に示す如く、鋼素材１の四隅に面取２
加工を行ない、炭素鋼あるいはステンレス鋼か
らなる該鋼素材より特定の肉厚の鋼条片３の一
方側面の面取４加工を行ない、鋼素材１の両側
面にそれぞれ鋼条片３を面取側で突合せ、両者
間の面取２，４部で構成される凹部に、ステン
レス鋼にて該鋼素材より特定肉厚の肉盛５溶接
し、 ｇ 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、 ｈ 板材の外表面の鋼条片層及びステンレス鋼層
部分を切削除去し、 ｉ 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
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ｃ、c′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、ｃ
については鋼素材の４主面を包囲するほか、全面
を完全被包することも、鋼塊の加工時の温度降下
防止に有効であり、c′については鉄筒内に鋳込が
可能であればよく、鋳込時に底付き鉄筒でもよ
く、また、密着の度合は、溶着するほうが好まし
いが、完全に溶着する必要はなく、熱間圧延前に
鉄筒を除去するため、分塊圧延または鍛造の間、
該素材を保護できる程度に密着すればよい。

また、ｂにおいて、鉄筒に装入する前の手入
は、完全に黒皮を除去することが望ましいが、表
面状況が良好な際は、部分手入あるいは手入なし
でもよい。

また、鉄筒の材質は、熱間変形抵抗及び熱膨脹
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、分塊圧延あるいは鍛造終了まで残存す
る程度の厚みが必要で、好ましくは２mm〜10mm厚
みである。

なお、長手両端面について鉄筒と該素材とを分
塊圧延あるいは鍛造中の端面よりの剥離を防ぐた
めに溶接付けするのもよい。

この発明におけるｆの鋼条片は、炭素鋼あるい
は熱間変形抵抗及び熱膨脹特性を一致させるた
め、ステンレス鋼を用いてもよいが、コスト面か
らは軟鋼が好ましい。また、鋼条片幅は、 ５mm〜50mmが好ましい。

また、鋼条片の厚み及び溶接部の肉盛厚みは、
フイツシユテールの発生を抑え、歩留を上げるた
め、熱間圧延前及び圧延時の鋼素材より厚いほう
が好ましく、該素材より１mmから10mm厚くするこ
とが好ましい。

この発明におけるｆの肉盛溶接鋼は、溶接時及
び加熱時の割れを防ぐため、Ｂ含有オーステナイ
トステンレス鋼の熱膨脹特性と一致させると共に
圧延時に割れを生じないため、Ｂ含有オーステナ
イトステンレス鋼と熱間変形抵抗の差が少ない、
オーステナイトステンレス鋼を用いる必要があ
る。

また、ｆの肉盛溶接における開先角度は、鋼素
材と鋼条片が溶接できる範囲でよく、5゜〜60゜が
望ましく、所要角度に応じて、鋼素材および／ま
たは鋼条片の隅部の面取を行なえばよい。また、
鋼素材の四隅部は歩留を考慮して面取を施さなく
てもよい。

作用効果 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。

鋼素材を分塊圧延あるいは鍛造時に、鉄筒にて
４主面を密着包囲することにより、長手方向の縁
部に付加され易い加工時の引張力が、前記の鉄筒
により緩和されるとともに、外周面、特に冷却さ
れやすい長手方向縁部の温度低下を防止し、割れ
やひび疵を少なくする。

さらに、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
めに、特に初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、表面の鉄層
を除去し、手入した鋼素材の長手両側面に、熱間
変形能の良好な鋼条片を肉盛溶接することによ
り、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、条片および肉盛溶接により緩和される。

また、この発明方法によつて、上述の如く圧延
素材への引張力が緩和できるとともに、ｆの鋼条
片及び溶接部の肉盛厚さを圧延素材厚さより１mm
〜10mm厚く調節することにより、熱間圧延による
フイツシユテールの発生量を少なくすることがで
き、歩留向上にすこぶる有効である。

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、遮蔽板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、ステンレス
鋼として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、24wt％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％〜24wt％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、6wt％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、17wt％
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、６〜17wt％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％、 C0.15wt％以下、Si1.0wt％以下、 Mn2.5wt％以下、 P0.05wt％以下、S0.03wt％以下、 Cr15wt％〜24wt％、Ni6〜17wt％ 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、0.15wt％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、耐食性が
劣化して好ましくないため、0.15wt％以下とす
る。

Siは、製鋼工程における精練に効果があるとと
もに、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、製鋼工程において、脱酸、脱硫効果が
あるとともに、オーステナイト組織を安定化さ
せ、また、高温での耐酸化性が得られるが、
2.5wt％を超えると反つて低下するため、2.5wt％
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、本系ステンレス鋼において、耐酸性向上
のため、Mo4wt％以下を含有してもよく、オー
ステナイト安定化、結晶粒子微細化及び靭性向上
のため、N₂0.30wt％以下を含有してもよい。

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、鋼素材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 B1.96wt％、C0.55wt％、 Si0.39wt％、Mn1.54wt％、 Cr18.2wt％、Ni10.5wt％ 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274mm×164mm、下辺269mm×119
mm高さ630mm寸法の190Kg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４mmのC0.12％の鋼板の溶接組立体よりなる軟
鋼筒にて密着包囲したのち、これをプレス鍛造に
より、1200℃で、厚み50mm×幅268mm×長さ1870
mmに鍛造した。

その後、鋼素材表面の軟鉄層部分を切削除去
し、厚み46mm×幅260mm×長さ1870mm寸法の該素
材の両側面四隅を角度θ＝5゜、面取長さｌ＝22mm
の面取加工を行なつた。

C0.12％、厚み50mm×幅20mm×長さ1900mm寸法
よりなる軟鋼鋼の条片に、一方側面の二隅を角度
θ′＝30゜、面取長さl′＝24mmの面取加工を行なつ
た。

ついで、鋼素材の両側面に、前記条片の面取加
工面を長手中央に突合せて密着させ、面取部で形
成される凹部に、Cr19.9wt％、Ni9.5wt％、残部
Feからなるオーステナイトステンレス鋼を、肉
盛溶接して、幅300mm×長さ1900mm、軟鋼条片及
び肉盛溶接部厚みは50mm、鋼素材厚みは46mmにし
た。

その後、1220℃に加熱し、１パス当りの圧下率
41％の熱間圧延を行ない、４パスで板厚６mm×幅
315mm×長さ13800mm寸法の板材となした。

熱間圧延後に、1050℃、0.5時間の熱処理を行
ない、水冷し、板材の外表面の軟鉄及びステンレ
ス鋼層部分を切削除去するとともに表面酸化層を
除去し、レベラーにより平坦度を矯正し、最終仕
上寸法として、板厚5.5mm×幅255mm×長さ13500
mm寸法の板材となした。

また、比比較例として、上記組成のオーステナ
イトステンレス鋼の190Kg平板状鋼塊を軟鋼筒に
て密着包囲せず、プレス鍛造し、また軟鋼条片を
溶接せず、そのまま熱間圧延したが、得られた製
品の最終寸法は板厚5.5mm×幅255mm×長さ5800mm
であつた。

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。

■■■ 亀の甲 ［0019］ ■■■ 実施例 ２ B2.2wt％、C0.02wt％、 Si0.41wt％、Mn1.55wt％、 Cr19.2wt％、Ni10.8wt％ P0.009wt％、S0.011wt％、 残部実質的にFeからなるオーステナイトステ
ンレス鋼の溶鋼を、上面φ270mm×底面φ200mm×
高さ620mm、鋳型厚み65mmの鋳型内に嵌入した内
径φ260mm×φ190mm×高さ620mm、板厚み５mm寸
法、C0.18％の軟鋼筒内に、鋳込みし、外周面に
厚み５mmの鉄皮を溶着した250Kgの鋼塊を造壊し
た。

その後、1200℃に加熱し、１パス当りの圧下率
15〜70％のプレス鍛造を施し、押湯部を切断し厚
み60mm×幅240mm×長さ2395mmに鍛造した。

その後、鋼素材表面の軟鉄層部分を切削除去し
て厚み54mm×幅230mmにし、長手方向に３分割後、
該素材の両側面四隅を角度θ＝20゜、面取長さｌ
＝24mmの面取加工を行なつた。

C0.17％、厚み55mm×幅25mm寸法よりなる軟鋼
の条片に、一方側面の二隅を角度θ′＝30゜、面取
長さl′＝24.55mmの面取加工を行なつた。

ついで、鋼素材の両側面に、前記条片の面取加
工面を突合せて密着させ、面取部で形成される凹
部に、Cr18.4wt％、Ni9.7wt％、残部Feからなる
オーステナイトステンレス鋼を、肉盛溶接して、
幅280mm×長さ790mm、軟鋼条片及び肉盛溶接部厚
みは55mm、鋼素材厚みは54mmにした。

その後、1200℃に加熱し、１パス当りの圧下率
41％の熱間圧延を行ない、５パスで板厚４mm×幅
305mm×長さ9800mm寸法となした。

熱間圧延後に長手方向に２分割し、1000℃、１
時間の熱処理を行ない、水冷後板材の外表面の軟
鉄及びステンレス鋼層部分を切削除去するととも
に表面酸化層を除去し、レベラーにより平坦度を
矯正し、最終仕上寸法として、板厚3.5mm×幅225
mm×長さ4850mm寸法の板材６枚となした。

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。得られた製品枚数
は２枚であつた。

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。

■■■ 亀の甲 ［0020］ ■■■ 発明の効果 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
容易に得られることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造方法を示す鋼素材と鋼
条片との縦断面説明図である。 １……鋼素材、２，４……面取、３……鋼条
片、５……肉盛。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜24wt
   ％−Ni6wt％〜17wt％系オーステナイトステン
   レス鋼素材の少なくとも４主面を鉄筒にて密着包
   囲し、分塊圧延あるいは鍛造し、 該素材表面の鉄層を除去したのち、該素材の厚
   み側両側面に、１側面を面取加工した厚みが該素
   材厚みより１mm〜10mm厚い鋼条片を密着させ、 該素材と鋼条片との間に形成される凹部に、オ
   ーステナイトステンレス鋼にて該素材より １mm〜10mm厚い肉盛溶接した後、 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下率10
   ％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を行つた
   後、外表面の鋼条片層及びオーステナイトステン
   レス鋼層部分を除去することを特徴とするＢ含有
   オーステナイトステンレス鋼の製造方法。