JPH0362783B2 - - Google Patents
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- JPH0362783B2 JPH0362783B2 JP60135070A JP13507085A JPH0362783B2 JP H0362783 B2 JPH0362783 B2 JP H0362783B2 JP 60135070 A JP60135070 A JP 60135070A JP 13507085 A JP13507085 A JP 13507085A JP H0362783 B2 JPH0362783 B2 JP H0362783B2
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産業上の利用分野
この発明は、中性子照射を受ける原子炉構成材
料、例えば高速増殖炉や軽水炉などの炉容器材料
として使用される金属材料、特に微量の硼素(B)を
含有する金属材料、例えば炭素鋼、低クロム・モ
リブデン（Cr−Mo）鋼、フエライト系高クロム
鋼、ステンレス鋼、超合金等の金属材料を製造す
る方法に関するものである。 従来の技術 周知のように原子炉圧力容器用の低炭素鋼とし
ては例えばASTM規格のA533 Ｂ class1鋼、
A508 class3鋼などが使用されている。一方、低
Cr−Mo鋼やフエライト系高クロム鋼、フエライ
ト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレ
ス鋼と比較して安価であことや、オーステナイト
系ステンレス鋼よりも特性上優れた点もあるた
め、原子炉用鋼、特に高速増殖炉あるいは核融合
炉への適用が考えられている。さらにインコネル
あるいはインコロイ等の超合金は、優れた耐熱性
や耐酸化性を有することから、原子炉用材料、特
に核融合炉への適用が考えられている。 一方、オーステイナイト系ステンレス鋼は、優
れた高温強度と耐食性を有するところから、原子
炉における各種構成材料として従来から使用され
ており、特に熱中性子照射を受ける高速増殖炉や
軽水炉の炉容器材料としてもその使用が予定され
ている。 ところでオーステナイト系ステンレス鋼におい
ては、例えば「動燃技報」No.50あるいは特開昭53
−88499号公報などに開示されているように、Ｂ
を添加することによつて炭化物を微細化かつ安定
化し、炭化物の粒界析出を抑制し粒界を強化し
て、強度や延性さらには加工性を改善する効果が
得られることが知られている。 発明が解決すべき問題点 前述のようにオーステナイト系ステンレス鋼に
対するＢの添加は、粒界強化などの点から有効で
あるが、その反面次のような問題がある。 すなわち一般にＢは二種の同位元素 10B、
11Bによつて構成され、その自然存在比は 10Bが
19.6％、 11Bが80.4％程度であるが、これらの同
位元素のうちに特に 10Bは熱中性子吸収が大き
く、そのため熱中性子照射を受ける原子炉容器材
などにＢを含有するオーステナイト系ステンレス
鋼を用いた場合、1017n／cm2程度の比較的軽度の
熱中性子照射でも 10B（ｎ、α）7Li核反応が生じ
て 10Bが崩壊し、その結果Heガスを発生させ、
そのHeがスリープ亀裂の発生と伝播を助長し、
クリープ脆化を招来する原因となる。 またＢを積極的に添加しないオーステナイト系
ステンレス鋼においても、通常の製鋼過程を経て
得られたオーステナイト系ステンレス鋼は少なく
とも数ppm程度はＢを含有しており、その程度の
微量のＢを含有する場合でも熱中性子照射を受け
れば前記同様に 10B（ｎ、α）7Li反応に起因して
クリープ脆化が生じるおそれがある。 さらに、オーステナイト系ステンレス鋼以外の
金属材料、例えば前述のような炭素鋼、低Cr−
Mo鋼、フエライト系高クロム鋼、フエライト系
ステンレス鋼、あるいは超合金等においても、Ｂ
を積極的に添加しない場合であつても製錬過程を
終えて得られた金属材料には通常は少なくとも数
ppm程度のＢを不純物として含有しており、また
積極的にＢを添加した場合にはそれ以上のＢが含
有されている。これらの場合も、既にオーステナ
イト系ステンレス鋼について説明したのと同様
に、 10B（ｎ、α）7Li核反応により 10Bが崩壊し、
その結果Heガスを発生させ、そのHeがクリープ
脆化を招く原因となる。 この発明は以上の事情を背景としてなされたも
ので、Ｂを積極的に添加した金属材料あるいはＢ
を単に不純物として含有する金属材料を間わず、
熱中性子照射を受ける原子炉構成材料にＢを含有
する金属材料を使用した場合に、 10Bに起因す
るクリープ脆化が発生することを有効に防止し得
るようにした金属材料の製造方法を提供すること
を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 既に述べたように熱中性子照射によるクリープ
脆化の原因は、Ｂの同位元素のうちでも特に
10Bの反応、すなわち 10B（ｎ、α）7Li反応でHe
を発生することにあり、これに対し、 11Bは安
定でHe生成核反応を生じない。そこでこの発明
では、炭素鋼、低Cr−Mo鋼、フエライト系高ク
ロム鋼、フエライト系ステンレス鋼、オーステナ
イト系ステンレス鋼、あるいは超合金などの金属
材料の製造過程において、予め安定な 11Bを積
極的に添加することによつて溶融金属中に含まれ
る全Ｂ（＝ 10B＋ 11B）のうちの 10Bの量比すな
わち 10B／（ 10B＋ 11B）を下げておき、しか
る後に脱Ｂ精錬を行なうことによつて、目標全Ｂ
量（＝ 10B＋ 11B）の絶対量は変わらないが熱
中性子照射により問題が生じる 10Bの量比が低
い金属材料を得ることが可能となつたのである。 すなわちこの発明の原子炉用金属材料の製造方
法は、熱中性子照射を受ける環境下で使用される
原子炉用の硼素含有金属材料を製造するにあた
り、予めＢの同位元素 11Bの量比 11B／（ 10B
＋ 11B）が自然存在比より高い硼素含有原料を
添加しておき、しかる後脱Ｂ製錬を行なうことに
よつて金属材料中の 10B含有量を低減すること
を特徴とするものである。 発明の実施のための具体的説明 この発明の方法においては、金属材料の製造時
において、予め 11Bの量比、すなわち 11B／（
10B＋ 11B）の値が自然存在比によりも高い硼素
含有原料を積極的に添加しておく。すなわちＢの
同位元素 10B， 11Bのの自然存在比は、既に述
べたように 10B：19.6％、 11B：80.4％であるか
ら、80.4％を越える 11Bを含むＢを含有する硼素
含有原料、例えばFe−Ｂ合金、硼素酸化物
（B2O3）、硼酸（H3BO3）などの硼素含有原料を
添加する。但し実際の公定においては、Fe−Ｂ
合金などの硼素含有原料中のＢの同位元素 11B
の量比は、製造コストおよび熱中性子照射後のク
リープ脆化防止の効果の点から、90％以上とする
ことが望ましい。換言すれば90％以上の 11Bと
10％未満の 10Bによつて構成されるＢを含有す
る硼素含有原料を添加することが望ましい。 このような硼素含有原料は目的とする金属材料
の製錬過程において脱Ｂが行なわれるまでの間に
添加しておけば良い。すなわち一般に炭素鋼、低
Cr−Mo鋼、フエライト系高クロム鋼、ステンレ
ス鋼、あるいは超合金の製錬は、溶銑予備処理に
よる製錬を行ない、次いで転炉あるいは電気炉に
よつて粗脱炭を行なつた後、VOD炉あるいはRH
脱ガス槽、さらにはAOD炉などで間空脱炭して
製造するのが通常であり、また場合によつては上
記工程のうち電気炉以降のみを使用することもあ
る。それらの場合、脱Ｂは脱炭とともに進行する
から、前記硼素含有原料は溶銑予備処理時または
転炉や電気炉における粗脱炭中に添加したりある
いは粗脱炭開始前に製錬原料または合金原料とと
もに添加しておけばよく、また場合によつては真
空脱炭前に溶融金属中に添加したりしても良い。 このように 11Bの量比 11B／（ 10B＋ 11B）
が自然存在比よりも高い、Ｂを含有する硼素含有
原料を積極的に添加することによつて、溶融金属
中に含まれる全硼素量のうちの 11B／（ 10B＋
11B）の比率も自然存在比より高くなる。ここ
で、添加する硼素含有原料の添加量は、最終的に
得るべき製品としてＢの添加効果を期待しない場
合（すなわち不純物としてのみＢが残留する場
合）には、脱製錬における脱Ｂ率に応じて定めれ
ば良く、また最終的に得るべき製品として前述の
ような粒界強化等のＢ添加効果を期待する場合に
はその目標残量Ｂ量と脱Ｂ製錬における脱Ｂ率に
応じて定めれば良い。 脱Ｂ製錬においては、後述する実施例からも明
らかなように、溶融金属中に残留する全Ｂ量は減
少するものの、その残留Ｂ中の同位元素 11B，
10Bの比率は変化しない。したがつて脱Ｂ製錬後
には、全Ｂ量が所要濃度まで低下しておりしかも
その残留Ｂ中の 11Bの量比 11B／（ 10B＋ 11B）
が自然存在比よりも高い金属材料を得ることがで
きる。すなわちこの金属材料は、残留Ｂ中の同位
元素 11B， 10Bのうち、熱中性子照射によつて
反応してクリープ脆化の原因となる同位元素
10Bの量比 10B／（ 10B＋ 11B）が自然存在比よ
り少なく、したがつて全残留Ｂ量が同じ従来の金
属材料と比較すば 10Bの含有量が少ないことに
なり、その結果熱中性子照射によるクリープ脆化
の危険を従来の金属材料よりも少なくすることが
できる。 なお、ステンレス鋼や低炭素鋼などの鋼の製錬
時においては、製錬中に脱酸等を目的として
FeSi（フエロシリコン）、FeMn（フエロマンガ
ン）、SiMn（シリコンマンガン）等を添加するこ
とが多いが、その場合これらの添加原料にも不可
避的にＢが含有されているのが通常であるから、
脱Ｂ製錬後の到達Ｂ量を考慮して、可及的にＢ含
有量の少ない添加原料を使用することが望まし
い。 なおまた、脱Ｂ製錬は１回だけの製錬に限ら
ず、２回以上の製錬を繰返しても良いことは勿論
であり、これにより 10B絶対量の一層の低減を
図ることができる。 実施例 実施例 １ 先ずオーステナイト系ステンレス鋼の製造に適
用したこの発明の実施例を比較例とともに記す。 重量％でC0.05％、Si0.50％、Mn1.00％、
P0.020％、S0.006％、Ni9.0％、Cr18.3％、
B0.0005％、残部がFeおよび不可避的不純物より
なるSUS 304鋼を、転炉による粗脱炭−VOD炉
による脱Ｂ製錬を兼ねた真空脱炭により製造する
にあたり、現場製造条件を模擬した小型実験製錬
炉により次の(A)、(B)、(C)に示す３種の条件で脱Ｂ
製錬を行なつた。なお脱Ｂ製錬前の溶鉄中の不純
物としてのＢ含有量はいずれの場合も10ppmであ
る。 (A) 硼素含有原料を特に添加せず、B5ppmまで
脱Ｂ製錬を行なつた（比較例１）。 (B) 11B／（ 10B＋ 11B）の値が自然存在比
（約80％）となつている80％Fe−20％Ｂ合金
を、Ｂ量で10ppm添加し、B5ppmまで脱Ｂ製
錬を行なつた（比較例２）。 (C) 11B／（ 10B＋ 11B）の値が自然存在比
（約80％）より高い98％となつている80％Fe−
20％Ｂ合金を、Ｂ量で40ppm添加して、
B5ppmまで脱Ｂ製錬を行なつた（本発明実施
例1a）。 (D) 前記の(C)で用いたものと同じ80％Fe−20B合
金を、Ｂ量で50ppm添加して、B45ppmまで脱
Ｂ製錬を行なつた（本発明実施例1b）。 いずれの場合も脱Ｂ製錬の開始から終了まで随
時サンプリングし、全Ｂ量および 10B／（ 10B
＋ 11B）の測定を行なつた。それらの結果を第
１図および第２図に示す。 第２図は特に硼素含有原料を添加しなかつた比
較例１よおび 10Bの量比が自然存在比の硼素含
有原料を添加した比較例２の場合について示すも
のであり、比較例１の場合にはＢ量が脱Ｂ製錬開
始前の不純物量10ppmから5ppmに低下しただけ
であり、 10B／（ 10B＋ 11B）の値は製錬期間
中ほぼ自然存在比の0.2で一定であた。また比較
例２の場合は、脱Ｂ製錬前のＢ添加によつてＢ量
は製錬開始時に20ppmとなり、最終的に5ppmま
で低下しているが、添加したＢは 11B／（ 10B
＋ 11B）の値が自然存在比であるため、製錬期
間中の 10B／（ 10B＋ 11B）の値はほぼ0.2で一
定であつた。 一方第１図は、 11Bの量比 11B／（ 10B＋
11B）の値が自然存在比よりも格段に高い98％を
示すＢを含有する硼素含有原料を添加した本発明
実施例1a、1bの場合について示すものであり、
この場合硼素含有原料の添加によつて脱Ｂ開始時
の 10Bの量比 10B／（ 10B＋ 11B）は0.05とな
り、その後の全脱Ｂ製錬期間を通じて 10Bの量
比がほぼ一定に保たれ、最終的に 10Bの量比が
0.05と比較例１、比較例２の場合よりも格段に少
ないオーステナイト系ステンレスを得ることがで
きた。 なお上記実施例１では、脱Ｂ製錬を実験室的な
例で示したが、これは製錬法を特に限定するもの
ではなく、既に述べたように溶銑予備処理時の製
錬、転炉、電気炉、VOD炉、AOD炉あるいは
RH脱ガス槽などでの脱Ｂ製錬など、すべてが適
用可能であることは勿論である。 なおまた上記の実施例１においては、 10Bの
量比を低減するための硼素含有原料として80％
Fe−20％Ｂ合金を溶いているが、このほかのフ
エロボン等の硼素含有原料を用いても同様な効果
が得られることは勿論である。 実施例 ２ 次に低炭素鋼の製造にこの発明の方法を適用し
た実施例を比較例とともに記す。 第１表のＡ、Ｂに示す目標成分組成の低炭素鋼
を常法にしたがつて製錬するにあたり、製錬末期
に自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素原料を
添加し、その後脱Ｂ製錬を行なつた。第２表に脱
Ｂ製錬前の溶銑中の 10B量、添加した硼素原料
による溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素原料中の
11B量比すなわち 11B／（ 10B＋ 11B）、硼素原
料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後の全Ｂ量、
10B量比すなわち 10B／（ 10B＋ 11B）、 10B量
を併せて示す。なお第２表中においてNo.５および
No.７は従来法にしたがつて、特に硼素原料を添加
しなかつた比較例、No.６は 11B量比が自然存在
比の硼素原料を添加した比較例である。 第２表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の鋼中の全Ｂ量は硼素原料を
添加しない比較例および 11B量比が自然存在比
の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度である
が、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対量
も著しく減少しており、したがつてこの発明の方
法が低炭素鋼中の 10Bの低減に有効であること
が判る。 実施例 ３ 次いで低Cr−Mo鋼およびフエライト系高クロ
ム鋼の製造にこの発明の方法を適用した実施例を
比較例とともに記す。 第３表のＣ、Ｄ、Ｅに示す目標成分組成の鋼を
常法にしたがつて製錬するにあたり、製錬末期に
自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素原料を添
加し、この後脱Ｂ製錬を行なつた。第４表に脱Ｂ
製錬前の溶鉄中の 10B量、添加した硼素原料に
よる溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素原料中の
11B量比すなわち 11B／（ 10B＋ 11B）、硼素原
料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後の全Ｂ量、
10B量比すなわち 10B／（ 10B＋ 11B）、 10B量
を併せて示す。なお第４表中においてNo.７、No.９
およびNo.10は従来法にしたがつて、特に硼素原料
を添加しなかつた比較例、No.８は 11B量比が自
然存在比の硼素原料を添加した比較例である。 第４表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の鋼中の全Ｂ量は硼素原料を
添加しない比較例および 11B量比が自然存在比
の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度である
が、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対量
も著しく減少しており、したがつてこの発明の方
法が低Cr−Mo鋼やフエライト系高クロム鋼の
10Bの低減にも有効であることが判る。 実施例 ４ さらに超合金の製造にこの発明の方法を適用し
た実施例を比較例とともに記す。 第５表に示す目標成分組成のインコロイ800H
合金とインコネル652合金を製錬するにあたり、
製錬末期自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素
原料を添加し、その後脱Ｂ製錬を行なつた。第６
表に脱Ｂ性前の合金溶湯中の 10B量、添加した
硼素原料による溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素
原料中の 11B量比すなわち 11B／（ 10B＋
11B）、硼素原料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後
の全Ｂ量、 10B量比すなわち 10B／（ 10B＋
11B）、 10B量を併せて示す。なお第６表中にお
いてNo.５およびNo.７は従来法にしたがつて特に硼
素原料を添加しなかつた比較例、No.６は 11B量
比が自然存在比の硼素原料を添加した比較例であ
る。 第６表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の合金中の全Ｂ量は硼素原料
を添加しない比較例および 11B量比が自然存在
比の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度であ
るが、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対
量も著しく減少しており、したがつてこの発明の
方法が超合金中の 10Bの低減にも有効であるこ
とが判る。 なお以上の各実施例１〜４においては、オース
テナイト系ステンレス鋼、低Cr−Mo鋼、フエラ
イト系クロム鋼、および超合金について示した
が、その他の金属材料、例えばフエライト系ステ
ンレス鋼やマルテンサイ系ステンレス鋼などにも
この発明を適用して有効なことは勿論である。
料、例えば高速増殖炉や軽水炉などの炉容器材料
として使用される金属材料、特に微量の硼素(B)を
含有する金属材料、例えば炭素鋼、低クロム・モ
リブデン（Cr−Mo）鋼、フエライト系高クロム
鋼、ステンレス鋼、超合金等の金属材料を製造す
る方法に関するものである。 従来の技術 周知のように原子炉圧力容器用の低炭素鋼とし
ては例えばASTM規格のA533 Ｂ class1鋼、
A508 class3鋼などが使用されている。一方、低
Cr−Mo鋼やフエライト系高クロム鋼、フエライ
ト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレ
ス鋼と比較して安価であことや、オーステナイト
系ステンレス鋼よりも特性上優れた点もあるた
め、原子炉用鋼、特に高速増殖炉あるいは核融合
炉への適用が考えられている。さらにインコネル
あるいはインコロイ等の超合金は、優れた耐熱性
や耐酸化性を有することから、原子炉用材料、特
に核融合炉への適用が考えられている。 一方、オーステイナイト系ステンレス鋼は、優
れた高温強度と耐食性を有するところから、原子
炉における各種構成材料として従来から使用され
ており、特に熱中性子照射を受ける高速増殖炉や
軽水炉の炉容器材料としてもその使用が予定され
ている。 ところでオーステナイト系ステンレス鋼におい
ては、例えば「動燃技報」No.50あるいは特開昭53
−88499号公報などに開示されているように、Ｂ
を添加することによつて炭化物を微細化かつ安定
化し、炭化物の粒界析出を抑制し粒界を強化し
て、強度や延性さらには加工性を改善する効果が
得られることが知られている。 発明が解決すべき問題点 前述のようにオーステナイト系ステンレス鋼に
対するＢの添加は、粒界強化などの点から有効で
あるが、その反面次のような問題がある。 すなわち一般にＢは二種の同位元素 10B、
11Bによつて構成され、その自然存在比は 10Bが
19.6％、 11Bが80.4％程度であるが、これらの同
位元素のうちに特に 10Bは熱中性子吸収が大き
く、そのため熱中性子照射を受ける原子炉容器材
などにＢを含有するオーステナイト系ステンレス
鋼を用いた場合、1017n／cm2程度の比較的軽度の
熱中性子照射でも 10B（ｎ、α）7Li核反応が生じ
て 10Bが崩壊し、その結果Heガスを発生させ、
そのHeがスリープ亀裂の発生と伝播を助長し、
クリープ脆化を招来する原因となる。 またＢを積極的に添加しないオーステナイト系
ステンレス鋼においても、通常の製鋼過程を経て
得られたオーステナイト系ステンレス鋼は少なく
とも数ppm程度はＢを含有しており、その程度の
微量のＢを含有する場合でも熱中性子照射を受け
れば前記同様に 10B（ｎ、α）7Li反応に起因して
クリープ脆化が生じるおそれがある。 さらに、オーステナイト系ステンレス鋼以外の
金属材料、例えば前述のような炭素鋼、低Cr−
Mo鋼、フエライト系高クロム鋼、フエライト系
ステンレス鋼、あるいは超合金等においても、Ｂ
を積極的に添加しない場合であつても製錬過程を
終えて得られた金属材料には通常は少なくとも数
ppm程度のＢを不純物として含有しており、また
積極的にＢを添加した場合にはそれ以上のＢが含
有されている。これらの場合も、既にオーステナ
イト系ステンレス鋼について説明したのと同様
に、 10B（ｎ、α）7Li核反応により 10Bが崩壊し、
その結果Heガスを発生させ、そのHeがクリープ
脆化を招く原因となる。 この発明は以上の事情を背景としてなされたも
ので、Ｂを積極的に添加した金属材料あるいはＢ
を単に不純物として含有する金属材料を間わず、
熱中性子照射を受ける原子炉構成材料にＢを含有
する金属材料を使用した場合に、 10Bに起因す
るクリープ脆化が発生することを有効に防止し得
るようにした金属材料の製造方法を提供すること
を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 既に述べたように熱中性子照射によるクリープ
脆化の原因は、Ｂの同位元素のうちでも特に
10Bの反応、すなわち 10B（ｎ、α）7Li反応でHe
を発生することにあり、これに対し、 11Bは安
定でHe生成核反応を生じない。そこでこの発明
では、炭素鋼、低Cr−Mo鋼、フエライト系高ク
ロム鋼、フエライト系ステンレス鋼、オーステナ
イト系ステンレス鋼、あるいは超合金などの金属
材料の製造過程において、予め安定な 11Bを積
極的に添加することによつて溶融金属中に含まれ
る全Ｂ（＝ 10B＋ 11B）のうちの 10Bの量比すな
わち 10B／（ 10B＋ 11B）を下げておき、しか
る後に脱Ｂ精錬を行なうことによつて、目標全Ｂ
量（＝ 10B＋ 11B）の絶対量は変わらないが熱
中性子照射により問題が生じる 10Bの量比が低
い金属材料を得ることが可能となつたのである。 すなわちこの発明の原子炉用金属材料の製造方
法は、熱中性子照射を受ける環境下で使用される
原子炉用の硼素含有金属材料を製造するにあた
り、予めＢの同位元素 11Bの量比 11B／（ 10B
＋ 11B）が自然存在比より高い硼素含有原料を
添加しておき、しかる後脱Ｂ製錬を行なうことに
よつて金属材料中の 10B含有量を低減すること
を特徴とするものである。 発明の実施のための具体的説明 この発明の方法においては、金属材料の製造時
において、予め 11Bの量比、すなわち 11B／（
10B＋ 11B）の値が自然存在比によりも高い硼素
含有原料を積極的に添加しておく。すなわちＢの
同位元素 10B， 11Bのの自然存在比は、既に述
べたように 10B：19.6％、 11B：80.4％であるか
ら、80.4％を越える 11Bを含むＢを含有する硼素
含有原料、例えばFe−Ｂ合金、硼素酸化物
（B2O3）、硼酸（H3BO3）などの硼素含有原料を
添加する。但し実際の公定においては、Fe−Ｂ
合金などの硼素含有原料中のＢの同位元素 11B
の量比は、製造コストおよび熱中性子照射後のク
リープ脆化防止の効果の点から、90％以上とする
ことが望ましい。換言すれば90％以上の 11Bと
10％未満の 10Bによつて構成されるＢを含有す
る硼素含有原料を添加することが望ましい。 このような硼素含有原料は目的とする金属材料
の製錬過程において脱Ｂが行なわれるまでの間に
添加しておけば良い。すなわち一般に炭素鋼、低
Cr−Mo鋼、フエライト系高クロム鋼、ステンレ
ス鋼、あるいは超合金の製錬は、溶銑予備処理に
よる製錬を行ない、次いで転炉あるいは電気炉に
よつて粗脱炭を行なつた後、VOD炉あるいはRH
脱ガス槽、さらにはAOD炉などで間空脱炭して
製造するのが通常であり、また場合によつては上
記工程のうち電気炉以降のみを使用することもあ
る。それらの場合、脱Ｂは脱炭とともに進行する
から、前記硼素含有原料は溶銑予備処理時または
転炉や電気炉における粗脱炭中に添加したりある
いは粗脱炭開始前に製錬原料または合金原料とと
もに添加しておけばよく、また場合によつては真
空脱炭前に溶融金属中に添加したりしても良い。 このように 11Bの量比 11B／（ 10B＋ 11B）
が自然存在比よりも高い、Ｂを含有する硼素含有
原料を積極的に添加することによつて、溶融金属
中に含まれる全硼素量のうちの 11B／（ 10B＋
11B）の比率も自然存在比より高くなる。ここ
で、添加する硼素含有原料の添加量は、最終的に
得るべき製品としてＢの添加効果を期待しない場
合（すなわち不純物としてのみＢが残留する場
合）には、脱製錬における脱Ｂ率に応じて定めれ
ば良く、また最終的に得るべき製品として前述の
ような粒界強化等のＢ添加効果を期待する場合に
はその目標残量Ｂ量と脱Ｂ製錬における脱Ｂ率に
応じて定めれば良い。 脱Ｂ製錬においては、後述する実施例からも明
らかなように、溶融金属中に残留する全Ｂ量は減
少するものの、その残留Ｂ中の同位元素 11B，
10Bの比率は変化しない。したがつて脱Ｂ製錬後
には、全Ｂ量が所要濃度まで低下しておりしかも
その残留Ｂ中の 11Bの量比 11B／（ 10B＋ 11B）
が自然存在比よりも高い金属材料を得ることがで
きる。すなわちこの金属材料は、残留Ｂ中の同位
元素 11B， 10Bのうち、熱中性子照射によつて
反応してクリープ脆化の原因となる同位元素
10Bの量比 10B／（ 10B＋ 11B）が自然存在比よ
り少なく、したがつて全残留Ｂ量が同じ従来の金
属材料と比較すば 10Bの含有量が少ないことに
なり、その結果熱中性子照射によるクリープ脆化
の危険を従来の金属材料よりも少なくすることが
できる。 なお、ステンレス鋼や低炭素鋼などの鋼の製錬
時においては、製錬中に脱酸等を目的として
FeSi（フエロシリコン）、FeMn（フエロマンガ
ン）、SiMn（シリコンマンガン）等を添加するこ
とが多いが、その場合これらの添加原料にも不可
避的にＢが含有されているのが通常であるから、
脱Ｂ製錬後の到達Ｂ量を考慮して、可及的にＢ含
有量の少ない添加原料を使用することが望まし
い。 なおまた、脱Ｂ製錬は１回だけの製錬に限ら
ず、２回以上の製錬を繰返しても良いことは勿論
であり、これにより 10B絶対量の一層の低減を
図ることができる。 実施例 実施例 １ 先ずオーステナイト系ステンレス鋼の製造に適
用したこの発明の実施例を比較例とともに記す。 重量％でC0.05％、Si0.50％、Mn1.00％、
P0.020％、S0.006％、Ni9.0％、Cr18.3％、
B0.0005％、残部がFeおよび不可避的不純物より
なるSUS 304鋼を、転炉による粗脱炭−VOD炉
による脱Ｂ製錬を兼ねた真空脱炭により製造する
にあたり、現場製造条件を模擬した小型実験製錬
炉により次の(A)、(B)、(C)に示す３種の条件で脱Ｂ
製錬を行なつた。なお脱Ｂ製錬前の溶鉄中の不純
物としてのＢ含有量はいずれの場合も10ppmであ
る。 (A) 硼素含有原料を特に添加せず、B5ppmまで
脱Ｂ製錬を行なつた（比較例１）。 (B) 11B／（ 10B＋ 11B）の値が自然存在比
（約80％）となつている80％Fe−20％Ｂ合金
を、Ｂ量で10ppm添加し、B5ppmまで脱Ｂ製
錬を行なつた（比較例２）。 (C) 11B／（ 10B＋ 11B）の値が自然存在比
（約80％）より高い98％となつている80％Fe−
20％Ｂ合金を、Ｂ量で40ppm添加して、
B5ppmまで脱Ｂ製錬を行なつた（本発明実施
例1a）。 (D) 前記の(C)で用いたものと同じ80％Fe−20B合
金を、Ｂ量で50ppm添加して、B45ppmまで脱
Ｂ製錬を行なつた（本発明実施例1b）。 いずれの場合も脱Ｂ製錬の開始から終了まで随
時サンプリングし、全Ｂ量および 10B／（ 10B
＋ 11B）の測定を行なつた。それらの結果を第
１図および第２図に示す。 第２図は特に硼素含有原料を添加しなかつた比
較例１よおび 10Bの量比が自然存在比の硼素含
有原料を添加した比較例２の場合について示すも
のであり、比較例１の場合にはＢ量が脱Ｂ製錬開
始前の不純物量10ppmから5ppmに低下しただけ
であり、 10B／（ 10B＋ 11B）の値は製錬期間
中ほぼ自然存在比の0.2で一定であた。また比較
例２の場合は、脱Ｂ製錬前のＢ添加によつてＢ量
は製錬開始時に20ppmとなり、最終的に5ppmま
で低下しているが、添加したＢは 11B／（ 10B
＋ 11B）の値が自然存在比であるため、製錬期
間中の 10B／（ 10B＋ 11B）の値はほぼ0.2で一
定であつた。 一方第１図は、 11Bの量比 11B／（ 10B＋
11B）の値が自然存在比よりも格段に高い98％を
示すＢを含有する硼素含有原料を添加した本発明
実施例1a、1bの場合について示すものであり、
この場合硼素含有原料の添加によつて脱Ｂ開始時
の 10Bの量比 10B／（ 10B＋ 11B）は0.05とな
り、その後の全脱Ｂ製錬期間を通じて 10Bの量
比がほぼ一定に保たれ、最終的に 10Bの量比が
0.05と比較例１、比較例２の場合よりも格段に少
ないオーステナイト系ステンレスを得ることがで
きた。 なお上記実施例１では、脱Ｂ製錬を実験室的な
例で示したが、これは製錬法を特に限定するもの
ではなく、既に述べたように溶銑予備処理時の製
錬、転炉、電気炉、VOD炉、AOD炉あるいは
RH脱ガス槽などでの脱Ｂ製錬など、すべてが適
用可能であることは勿論である。 なおまた上記の実施例１においては、 10Bの
量比を低減するための硼素含有原料として80％
Fe−20％Ｂ合金を溶いているが、このほかのフ
エロボン等の硼素含有原料を用いても同様な効果
が得られることは勿論である。 実施例 ２ 次に低炭素鋼の製造にこの発明の方法を適用し
た実施例を比較例とともに記す。 第１表のＡ、Ｂに示す目標成分組成の低炭素鋼
を常法にしたがつて製錬するにあたり、製錬末期
に自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素原料を
添加し、その後脱Ｂ製錬を行なつた。第２表に脱
Ｂ製錬前の溶銑中の 10B量、添加した硼素原料
による溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素原料中の
11B量比すなわち 11B／（ 10B＋ 11B）、硼素原
料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後の全Ｂ量、
10B量比すなわち 10B／（ 10B＋ 11B）、 10B量
を併せて示す。なお第２表中においてNo.５および
No.７は従来法にしたがつて、特に硼素原料を添加
しなかつた比較例、No.６は 11B量比が自然存在
比の硼素原料を添加した比較例である。 第２表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の鋼中の全Ｂ量は硼素原料を
添加しない比較例および 11B量比が自然存在比
の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度である
が、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対量
も著しく減少しており、したがつてこの発明の方
法が低炭素鋼中の 10Bの低減に有効であること
が判る。 実施例 ３ 次いで低Cr−Mo鋼およびフエライト系高クロ
ム鋼の製造にこの発明の方法を適用した実施例を
比較例とともに記す。 第３表のＣ、Ｄ、Ｅに示す目標成分組成の鋼を
常法にしたがつて製錬するにあたり、製錬末期に
自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素原料を添
加し、この後脱Ｂ製錬を行なつた。第４表に脱Ｂ
製錬前の溶鉄中の 10B量、添加した硼素原料に
よる溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素原料中の
11B量比すなわち 11B／（ 10B＋ 11B）、硼素原
料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後の全Ｂ量、
10B量比すなわち 10B／（ 10B＋ 11B）、 10B量
を併せて示す。なお第４表中においてNo.７、No.９
およびNo.10は従来法にしたがつて、特に硼素原料
を添加しなかつた比較例、No.８は 11B量比が自
然存在比の硼素原料を添加した比較例である。 第４表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の鋼中の全Ｂ量は硼素原料を
添加しない比較例および 11B量比が自然存在比
の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度である
が、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対量
も著しく減少しており、したがつてこの発明の方
法が低Cr−Mo鋼やフエライト系高クロム鋼の
10Bの低減にも有効であることが判る。 実施例 ４ さらに超合金の製造にこの発明の方法を適用し
た実施例を比較例とともに記す。 第５表に示す目標成分組成のインコロイ800H
合金とインコネル652合金を製錬するにあたり、
製錬末期自然存在比よりも 11Bを濃化した硼素
原料を添加し、その後脱Ｂ製錬を行なつた。第６
表に脱Ｂ性前の合金溶湯中の 10B量、添加した
硼素原料による溶鋼中の増加Ｂ量とその添加硼素
原料中の 11B量比すなわち 11B／（ 10B＋
11B）、硼素原料添加直後の 10B量、脱Ｂ製錬後
の全Ｂ量、 10B量比すなわち 10B／（ 10B＋
11B）、 10B量を併せて示す。なお第６表中にお
いてNo.５およびNo.７は従来法にしたがつて特に硼
素原料を添加しなかつた比較例、No.６は 11B量
比が自然存在比の硼素原料を添加した比較例であ
る。 第６表から明らかなように、この発明の方法に
よれば、脱Ｂ製錬後の合金中の全Ｂ量は硼素原料
を添加しない比較例および 11B量比が自然存在
比の硼素原料を添加した比較例とほぼ同程度であ
るが、 10B量比は著しく減少して、 10Bの絶対
量も著しく減少しており、したがつてこの発明の
方法が超合金中の 10Bの低減にも有効であるこ
とが判る。 なお以上の各実施例１〜４においては、オース
テナイト系ステンレス鋼、低Cr−Mo鋼、フエラ
イト系クロム鋼、および超合金について示した
が、その他の金属材料、例えばフエライト系ステ
ンレス鋼やマルテンサイ系ステンレス鋼などにも
この発明を適用して有効なことは勿論である。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
発明の効果
以上の実施例からも明らかなようにこの発明の
方法によれば、熱中性子照射を受けた際にクリー
プ脆化を招く原因となる核反応を起こす 10Bの
存在率が従来の金属材料よりも低い金属材料を得
ることができる。すなわちこの発明の方法によれ
ば、熱中性子照射を受けてもクリープ脆化が生じ
るおそれが少ないＢ含有金属材料を製造できるか
ら、熱中性子照射を受ける原子炉構成材料につい
ても、Ｂを積極添加して粒界強化等を図つた金属
材料の適用が可能となり、また同時に、単に不純
物としてのみＢを含有する金属材料についても熱
中性子照射によるクリープ脆化の危険を防止する
ことが可能となる。
方法によれば、熱中性子照射を受けた際にクリー
プ脆化を招く原因となる核反応を起こす 10Bの
存在率が従来の金属材料よりも低い金属材料を得
ることができる。すなわちこの発明の方法によれ
ば、熱中性子照射を受けてもクリープ脆化が生じ
るおそれが少ないＢ含有金属材料を製造できるか
ら、熱中性子照射を受ける原子炉構成材料につい
ても、Ｂを積極添加して粒界強化等を図つた金属
材料の適用が可能となり、また同時に、単に不純
物としてのみＢを含有する金属材料についても熱
中性子照射によるクリープ脆化の危険を防止する
ことが可能となる。
第１図はこの発明の実施例１における脱Ｂ製錬
で溶鉄中Ｂ量および 10B／（ 10B＋ 11B）の推
移を示すグラフ、第２図は従来法による比較例１
および比較例２における脱Ｂ製錬での溶鉄中Ｂ量
および 10B／（ 10B＋ 11B）の推移を示すグラ
フである。
で溶鉄中Ｂ量および 10B／（ 10B＋ 11B）の推
移を示すグラフ、第２図は従来法による比較例１
および比較例２における脱Ｂ製錬での溶鉄中Ｂ量
および 10B／（ 10B＋ 11B）の推移を示すグラ
フである。
Claims (1)
- １ 中性子照射環境下で使用される前記炉用の金
属材料を製錬するにあたり、予めＢの同位元素
11Bの量比 11B／（ 10B＋ 11B）が自然存在比よ
りも高い硼素含有原料の添加した後、脱Ｂ製錬す
ることを特徴とする 10B含有量の少ない原子炉
用金属材料の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13507085A JPS61291948A (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 原子炉用金属材料の製造方法 |
| US06/868,789 US4744824A (en) | 1985-06-06 | 1986-05-29 | Method of producing metallic materials for the components of nuclear reactors |
| DE19863618887 DE3618887A1 (de) | 1985-06-06 | 1986-06-05 | Verfahren zur herstellung von metallischen materialien fuer komponenten von kernreaktoren |
| FR868608225A FR2583065B1 (fr) | 1985-06-06 | 1986-06-06 | Procede pour la fabrication de materiaux metalliques pouvant servir de composants de reacteurs nucleaires |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13507085A JPS61291948A (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 原子炉用金属材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61291948A JPS61291948A (ja) | 1986-12-22 |
| JPH0362783B2 true JPH0362783B2 (ja) | 1991-09-27 |
Family
ID=15143152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13507085A Granted JPS61291948A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-20 | 原子炉用金属材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61291948A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100896988B1 (ko) * | 2007-08-16 | 2009-05-14 | 한국원자력연구원 | 제4세대 핵분열 원자로 및 핵융합 원자로 노심부품 소재용농축 보론-11을 함유하는 중성자 조사안정성이 향상된고크롬 페라이트/마르텐사이트 강 |
| JP7138482B2 (ja) * | 2018-05-30 | 2022-09-16 | 株式会社トクヤマ | 六方晶窒化ホウ素粉末及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57143467A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-04 | Kawasaki Steel Corp | Low c-low si-cr-mo steel used in wet vapor |
| JPS58120766A (ja) * | 1982-01-08 | 1983-07-18 | Japan Atom Energy Res Inst | 高温強度の優れたオ−ステナイトステンレス鋼 |
-
1985
- 1985-06-20 JP JP13507085A patent/JPS61291948A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61291948A (ja) | 1986-12-22 |
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