JPH0369978B2 - - Google Patents
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- JPH0369978B2 JPH0369978B2 JP60123106A JP12310685A JPH0369978B2 JP H0369978 B2 JPH0369978 B2 JP H0369978B2 JP 60123106 A JP60123106 A JP 60123106A JP 12310685 A JP12310685 A JP 12310685A JP H0369978 B2 JPH0369978 B2 JP H0369978B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferroboron
- boron
- steel
- amount
- content
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
＜産業上の利用分野＞
この発明は、軽水炉、高速増殖炉、核融合炉等
の中性子照射環境下で使用されるホウ素−11（
11B）含有量の高い鉄鋼材料等を製造する際の溶
解・精練に添加するための 11B濃縮フエロボロ
ンに関するものである。 ＜従来の技術＞ 鉄鋼材料にはクリープ破断強度の向上、焼入れ
性の向上等の目的でホウ素が添加されている。こ
のホウ素は天然ホウ素であり原子量10のホウ素−
10（ 10B）が約19.6％、原子量11のホウ素−11（
11B）が約80.4％含有されている。天然ホウ素を
含有する材料が中性子照射を受けると、材料中の
ホウ素のうち 10Bが中性子と（ｎ、α）反応を
起してヘリウム（He）を生成する。このHeは材
料の高温延性の低下、クリープ破断強度の低下
等、材料の機械的性質の劣化の主な原因となつて
いる。そのため、天然ホウ素に比べて 11Bの割
合が多いホウ素成分を含有し、 10BによるHeの
生成を回避せしめる原子炉構成材料の開発が必要
とされている。 しかしながら従来、これらの原子炉構成材料の
工業的製造のために必要な原料ホウ素成分となる
適切な濃縮 11B化合物が製造されていなかつた。 天然ホウ素よりも 11Bを濃縮させる方法とし
ては、ホウ素原料であるホウ酸ナトリウム、ホウ
酸カルシウム、または粗製ホウ素等からホウ酸を
沈澱させて再結晶により精製したのち、 10Bと
11Bの重量差を利用する方法か、あるいはホウ酸
からホウ素のハロゲン化物を作りその化学的特性
差を利用する方法がある。それらの方法で 11B
を濃縮させたハロゲン化物を金属直接還元法、溶
融塩電解法あるいは水素還元法で金属ホウ素にし
ている。 鉄鋼材料に 11Bを添加する方法としては、ホ
ウ酸または金属ホウ素を鉄鋼材料の溶解・精練時
に直接添加する方法が採られているが、ホウ酸を
添加する方法では溶鋼との濡れ性が劣ること及び
比重が小さく浮上しやすいことなどのために
11Bの歩留りが低く、その適正量を添加すること
が極めて難しい。一方、金属ホウ素を溶鋼に添加
する方法においても比重が小さく浮上しやすいこ
と及び金属ホウ素の製造が複雑であるために製造
コストが高く、当該材料の経済性が損われるとい
う欠点がある。特開昭59−232250号広報には、ア
モルフアス合金用原料その他高純度が要求される
用途に好適に使用し得る高純度フエロボロンとし
て、重量比にてＢ：10％以上、Ｃ：0.5％以上、
Al：0.05％以下を含有するフエロボロンが提案さ
れている。しかしながらこのフエロボロンは、こ
の発明とは用途が異なり、しかもＢ中の 11Bの
割合を全く考慮しておらず、従つて中性子照射環
境下で使用する鉄鋼材料に添加しても 10Bによ
るHeの生成を回避せしめることは期待できない。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ そこでこの発明の目的は、中性子照射環境下に
おいても材料中の 10Bと中性子との（ｎ、α）
反応によるHeの生成量の少ないあるいは全くな
い鉄鋼材料、さらには、 11Bを添加することに
より改善された非放射線下の空気中でのクリープ
強度、高温延性等を中性子照射下でも保持しうる
鉄鋼材料を製造するに際して、当該材料に最適量
の 11Bの添加を迅速、効果的かつ経済的に行な
うことができる精鋼原料を提供することにある。 ＜問題点を解決するための手段＞ この発明によれば、ホウ素を５〜30％（重量
％、以下同じ）、精練上不可避的に残存する量の
炭素またはアルミニウム、および残部が鉄からな
り、全ホウ素量に対して 11Bが90％以上でかつ
融点が1650℃以下であるフエロボロンが提供され
る。かようなこの発明の 11B濃縮フエロボロン
を鉄鋼材料製造時の溶解・精練工程で溶鋼に添加
することによつて、 11B含有量の高い鉄鋼材料
を効率よくかつ経済的に得ることができる。かく
して得られた鉄鋼材料は全ホウ素含有量（ 10B
＋ 11B）に対する 11Bの割合が高いために、中
性子照射環境下においても材料中の 10Bと中性
子との反応によるHeの生成を低減でき、良好な
クリープ強度や高温延性を維持することができ
る。 また、この発明のフエロボロンを溶鋼中に添加
するに際しても、添加後短時間に溶解し、また溶
鋼の比重と実質的に等しいために添加したフエロ
ボロンが浮上することなく均一に溶鋼中に溶融混
合させることができる。 この発明のフエロボロン中のオフ素含有量が５
％より少ない場合には、溶鋼中に所望量の 11B
を含有させるために添加するフエロボロンが多量
に必要となり経済性が損われる。一方、フエロボ
ロン中のホウ素含有量が30％より多い場合には、
得られるフエロボロンの融点が1650℃より高くな
ると同時に比重が小さくなる傾向がある。従つ
て、フエロボロン中のホウ素含有量は30％以下、
好ましくは25％以下とする。フエロボロンの融点
が1650℃より高くなると、溶鋼へ添加したフエロ
ボロンが短時間に均一に溶解、混合しにくくな
り、またフエロボロンの比重が小さくなると溶鋼
へ添加したフエロボロンが浮上してしまい、鉄鋼
材料中への 11Bの添加歩留りが低下してしまう
ため好ましくない。 なお、上述したようにフエロボロン中のホウ素
含有量を30％より多くすると融点が1650℃より高
くなる傾向があるが、この場合にはニツケル等の
第三元素をさらに添加することによつて、最終的
なフエロボロンの融点を1650℃以下に調節するこ
とも可能である。 また、この発明のフエロボロンの全ホウ素量に
対する 11Bの割合〔 11B／（ 10B＋ 11B）〕が90
％より小さいと、このフエロボロンを添加して得
られた鉄鋼材料中の 10Bを低減させて中性子照
射環境下で生成するHe量を抑制する効果が小さ
く、 11B濃縮フエロボロンを作る経済的なメリ
ツトがなくなる。 この発明のフエロボロンを製造するに際して
は、 11B濃縮ホウ素化合物、例えばホウ酸と鉄
成分とを精練上必要な原材料とともに高周波加熱
炉のごとき電気炉で溶解、精練する方法や、
11B濃縮ホウ酸と鉄成分とをアルミニウム（Al）
粉とともに高温に加熱するテルミツト法等が採用
できる。 前者の電気炉法においてはホウ素化合物の還元
に炭素等を用いるため、得られたフエロボロン中
には炭素が若干量含まれることになるが、必要に
応じて精練時間を長くすることにより炭素含量を
低減させることができ、炭素含有量0.1％以下の
低炭素フエロボロン（JIS G2318）とすることが
できる。またテルミツト法においてはAlを用い
るために、得られたフエロボロン中には通常４〜
５％のAlが含まれるが、このAl含有量はフエロ
ボロン製造用原材料中に占めるAl粉の使用量に
依存し、この使用量は 11Bの還元効率を考慮し
て決定することができる。なお、上記JIS規格に
よる低炭素フエロボロンには12％以下のAl含有
量が許容されている。 ＜実施例＞ 以下に実施例を挙げてこの発明をさらに詳述す
る。 実施例 １ 11B／（ 10B＋ 11B）の値が98％であるホウ
酸、純鉄の粉末および精練上必要な炭素を下表に
示す割合で混合して高周波加熱炉で溶解した。溶
製後のフエロボロン中のホウ素の同位体分析を行
なつた結果、全ホウ素中の 11Bの比率は98％の
ままであつた。 得られたフエロボロンの融点は1650℃以下、比
重は５以上であつた。これらの特性は、製鋼用原
料として溶鋼に添加した際に短時間に溶解し、均
一混合させるのに十分な値である。
の中性子照射環境下で使用されるホウ素−11（
11B）含有量の高い鉄鋼材料等を製造する際の溶
解・精練に添加するための 11B濃縮フエロボロ
ンに関するものである。 ＜従来の技術＞ 鉄鋼材料にはクリープ破断強度の向上、焼入れ
性の向上等の目的でホウ素が添加されている。こ
のホウ素は天然ホウ素であり原子量10のホウ素−
10（ 10B）が約19.6％、原子量11のホウ素−11（
11B）が約80.4％含有されている。天然ホウ素を
含有する材料が中性子照射を受けると、材料中の
ホウ素のうち 10Bが中性子と（ｎ、α）反応を
起してヘリウム（He）を生成する。このHeは材
料の高温延性の低下、クリープ破断強度の低下
等、材料の機械的性質の劣化の主な原因となつて
いる。そのため、天然ホウ素に比べて 11Bの割
合が多いホウ素成分を含有し、 10BによるHeの
生成を回避せしめる原子炉構成材料の開発が必要
とされている。 しかしながら従来、これらの原子炉構成材料の
工業的製造のために必要な原料ホウ素成分となる
適切な濃縮 11B化合物が製造されていなかつた。 天然ホウ素よりも 11Bを濃縮させる方法とし
ては、ホウ素原料であるホウ酸ナトリウム、ホウ
酸カルシウム、または粗製ホウ素等からホウ酸を
沈澱させて再結晶により精製したのち、 10Bと
11Bの重量差を利用する方法か、あるいはホウ酸
からホウ素のハロゲン化物を作りその化学的特性
差を利用する方法がある。それらの方法で 11B
を濃縮させたハロゲン化物を金属直接還元法、溶
融塩電解法あるいは水素還元法で金属ホウ素にし
ている。 鉄鋼材料に 11Bを添加する方法としては、ホ
ウ酸または金属ホウ素を鉄鋼材料の溶解・精練時
に直接添加する方法が採られているが、ホウ酸を
添加する方法では溶鋼との濡れ性が劣ること及び
比重が小さく浮上しやすいことなどのために
11Bの歩留りが低く、その適正量を添加すること
が極めて難しい。一方、金属ホウ素を溶鋼に添加
する方法においても比重が小さく浮上しやすいこ
と及び金属ホウ素の製造が複雑であるために製造
コストが高く、当該材料の経済性が損われるとい
う欠点がある。特開昭59−232250号広報には、ア
モルフアス合金用原料その他高純度が要求される
用途に好適に使用し得る高純度フエロボロンとし
て、重量比にてＢ：10％以上、Ｃ：0.5％以上、
Al：0.05％以下を含有するフエロボロンが提案さ
れている。しかしながらこのフエロボロンは、こ
の発明とは用途が異なり、しかもＢ中の 11Bの
割合を全く考慮しておらず、従つて中性子照射環
境下で使用する鉄鋼材料に添加しても 10Bによ
るHeの生成を回避せしめることは期待できない。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ そこでこの発明の目的は、中性子照射環境下に
おいても材料中の 10Bと中性子との（ｎ、α）
反応によるHeの生成量の少ないあるいは全くな
い鉄鋼材料、さらには、 11Bを添加することに
より改善された非放射線下の空気中でのクリープ
強度、高温延性等を中性子照射下でも保持しうる
鉄鋼材料を製造するに際して、当該材料に最適量
の 11Bの添加を迅速、効果的かつ経済的に行な
うことができる精鋼原料を提供することにある。 ＜問題点を解決するための手段＞ この発明によれば、ホウ素を５〜30％（重量
％、以下同じ）、精練上不可避的に残存する量の
炭素またはアルミニウム、および残部が鉄からな
り、全ホウ素量に対して 11Bが90％以上でかつ
融点が1650℃以下であるフエロボロンが提供され
る。かようなこの発明の 11B濃縮フエロボロン
を鉄鋼材料製造時の溶解・精練工程で溶鋼に添加
することによつて、 11B含有量の高い鉄鋼材料
を効率よくかつ経済的に得ることができる。かく
して得られた鉄鋼材料は全ホウ素含有量（ 10B
＋ 11B）に対する 11Bの割合が高いために、中
性子照射環境下においても材料中の 10Bと中性
子との反応によるHeの生成を低減でき、良好な
クリープ強度や高温延性を維持することができ
る。 また、この発明のフエロボロンを溶鋼中に添加
するに際しても、添加後短時間に溶解し、また溶
鋼の比重と実質的に等しいために添加したフエロ
ボロンが浮上することなく均一に溶鋼中に溶融混
合させることができる。 この発明のフエロボロン中のオフ素含有量が５
％より少ない場合には、溶鋼中に所望量の 11B
を含有させるために添加するフエロボロンが多量
に必要となり経済性が損われる。一方、フエロボ
ロン中のホウ素含有量が30％より多い場合には、
得られるフエロボロンの融点が1650℃より高くな
ると同時に比重が小さくなる傾向がある。従つ
て、フエロボロン中のホウ素含有量は30％以下、
好ましくは25％以下とする。フエロボロンの融点
が1650℃より高くなると、溶鋼へ添加したフエロ
ボロンが短時間に均一に溶解、混合しにくくな
り、またフエロボロンの比重が小さくなると溶鋼
へ添加したフエロボロンが浮上してしまい、鉄鋼
材料中への 11Bの添加歩留りが低下してしまう
ため好ましくない。 なお、上述したようにフエロボロン中のホウ素
含有量を30％より多くすると融点が1650℃より高
くなる傾向があるが、この場合にはニツケル等の
第三元素をさらに添加することによつて、最終的
なフエロボロンの融点を1650℃以下に調節するこ
とも可能である。 また、この発明のフエロボロンの全ホウ素量に
対する 11Bの割合〔 11B／（ 10B＋ 11B）〕が90
％より小さいと、このフエロボロンを添加して得
られた鉄鋼材料中の 10Bを低減させて中性子照
射環境下で生成するHe量を抑制する効果が小さ
く、 11B濃縮フエロボロンを作る経済的なメリ
ツトがなくなる。 この発明のフエロボロンを製造するに際して
は、 11B濃縮ホウ素化合物、例えばホウ酸と鉄
成分とを精練上必要な原材料とともに高周波加熱
炉のごとき電気炉で溶解、精練する方法や、
11B濃縮ホウ酸と鉄成分とをアルミニウム（Al）
粉とともに高温に加熱するテルミツト法等が採用
できる。 前者の電気炉法においてはホウ素化合物の還元
に炭素等を用いるため、得られたフエロボロン中
には炭素が若干量含まれることになるが、必要に
応じて精練時間を長くすることにより炭素含量を
低減させることができ、炭素含有量0.1％以下の
低炭素フエロボロン（JIS G2318）とすることが
できる。またテルミツト法においてはAlを用い
るために、得られたフエロボロン中には通常４〜
５％のAlが含まれるが、このAl含有量はフエロ
ボロン製造用原材料中に占めるAl粉の使用量に
依存し、この使用量は 11Bの還元効率を考慮し
て決定することができる。なお、上記JIS規格に
よる低炭素フエロボロンには12％以下のAl含有
量が許容されている。 ＜実施例＞ 以下に実施例を挙げてこの発明をさらに詳述す
る。 実施例 １ 11B／（ 10B＋ 11B）の値が98％であるホウ
酸、純鉄の粉末および精練上必要な炭素を下表に
示す割合で混合して高周波加熱炉で溶解した。溶
製後のフエロボロン中のホウ素の同位体分析を行
なつた結果、全ホウ素中の 11Bの比率は98％の
ままであつた。 得られたフエロボロンの融点は1650℃以下、比
重は５以上であつた。これらの特性は、製鋼用原
料として溶鋼に添加した際に短時間に溶解し、均
一混合させるのに十分な値である。
【表】
上記で得られた試料３のフエロボロンを、
SUS304鋼の精練末期の脱ガス後に、溶鋼100Kg
当り15ｇ添加した。フエロボロンは溶鋼に添加さ
れたのち直ちに溶け始めた。フエロボロンが溶解
したのち出鋼を行ない、注湯中より分析試料を採
取した。ホウ素を分析した結果、全ホウ素含有量
は28ppmであり、 11Bの全ホウ素中に占める割
合は95％であつた。 実施例 ２ 11B／（ 10B＋ 11B）の値が98％である無水
ホウ酸に鉄粉及びアルミニウム粉をそれぞれ15：
57：28の割合で混合し、この混合物を1000℃に加
熱反応させてフエロボロンをテルミツト法で製造
した。このフエロボロンの 11B／（ 10B＋ 11B）
の値は98％であり、 11Bの原料である無水ホウ
酸中の値と差がなかつた。このフエロボロンには
Alが4.2％、ホウ素が20.3％含まれていた。 得られたフエロボロンを、SUS304鋼の精錬末
期の脱ガス後に、溶鋼100Kg当り10ｇ添加した。
フエロボロンが溶解されたのち直ちに出鋼し、注
湯中より分析試料を採取した。ホウ素を分析した
結果全ホウ素含有量は25ppmであり、 11Bの全
ホウ素中に占める割合は94％であつた。 ＜発明の効果＞ 以上の説明からわかるように、この発明の
11B濃縮フエロボロンを製鋼原料として使用する
ことにより、鋼中の 10Bを増加させることなく
11Bを添加することができる。 従つて、従来においては、中性子と 10Bとの
反応に伴い生成するHeの有害性を懸念して中性
子照射環境下で用いられる鉄鋼材料等にはホウ素
の積極的な添加は行なわず、鉄鋼材料中のホウ素
量を経済的に成立する範囲で低減しようとする試
みがなされていたに過ぎなかつたが、この発明に
よる 11B濃縮フエロボロンを用いれば、He生成
による材料特性の低下を回避して経済的に適正量
の 11Bを添加することが可能となる。 かくして、この発明の 11B濃縮フエロボロン
を添加して得られた鉄鋼材料においては、添加さ
れた 11Bと他の成分元素との望ましい相互作用
が、 10Bの（ｎ、α）反応による核変換が生じ
ないために中性子照射環境中でも保持されること
になる。そのため、中性子照射環境下で使用され
る鉄鋼材料への 11Bの添加が広く実施できるよ
うになり、それに伴い耐中性子照射性の優れた材
料の開発が促進されることになる。そして、かよ
うな材料を使用することにより、原子炉構造物の
安全性の向上及び長寿命化を図ることができるの
である。
SUS304鋼の精練末期の脱ガス後に、溶鋼100Kg
当り15ｇ添加した。フエロボロンは溶鋼に添加さ
れたのち直ちに溶け始めた。フエロボロンが溶解
したのち出鋼を行ない、注湯中より分析試料を採
取した。ホウ素を分析した結果、全ホウ素含有量
は28ppmであり、 11Bの全ホウ素中に占める割
合は95％であつた。 実施例 ２ 11B／（ 10B＋ 11B）の値が98％である無水
ホウ酸に鉄粉及びアルミニウム粉をそれぞれ15：
57：28の割合で混合し、この混合物を1000℃に加
熱反応させてフエロボロンをテルミツト法で製造
した。このフエロボロンの 11B／（ 10B＋ 11B）
の値は98％であり、 11Bの原料である無水ホウ
酸中の値と差がなかつた。このフエロボロンには
Alが4.2％、ホウ素が20.3％含まれていた。 得られたフエロボロンを、SUS304鋼の精錬末
期の脱ガス後に、溶鋼100Kg当り10ｇ添加した。
フエロボロンが溶解されたのち直ちに出鋼し、注
湯中より分析試料を採取した。ホウ素を分析した
結果全ホウ素含有量は25ppmであり、 11Bの全
ホウ素中に占める割合は94％であつた。 ＜発明の効果＞ 以上の説明からわかるように、この発明の
11B濃縮フエロボロンを製鋼原料として使用する
ことにより、鋼中の 10Bを増加させることなく
11Bを添加することができる。 従つて、従来においては、中性子と 10Bとの
反応に伴い生成するHeの有害性を懸念して中性
子照射環境下で用いられる鉄鋼材料等にはホウ素
の積極的な添加は行なわず、鉄鋼材料中のホウ素
量を経済的に成立する範囲で低減しようとする試
みがなされていたに過ぎなかつたが、この発明に
よる 11B濃縮フエロボロンを用いれば、He生成
による材料特性の低下を回避して経済的に適正量
の 11Bを添加することが可能となる。 かくして、この発明の 11B濃縮フエロボロン
を添加して得られた鉄鋼材料においては、添加さ
れた 11Bと他の成分元素との望ましい相互作用
が、 10Bの（ｎ、α）反応による核変換が生じ
ないために中性子照射環境中でも保持されること
になる。そのため、中性子照射環境下で使用され
る鉄鋼材料への 11Bの添加が広く実施できるよ
うになり、それに伴い耐中性子照射性の優れた材
料の開発が促進されることになる。そして、かよ
うな材料を使用することにより、原子炉構造物の
安全性の向上及び長寿命化を図ることができるの
である。
Claims (1)
- １ ホウ素(B)を５〜30重量％、精練上不可避的に
残存する量の炭素またはアルミニウム、および残
部が鉄からなり、全ホウ素含有量に対してホウ素
−11（ 11B）が90重量％以上でかつ融点が1650℃
以下であることを特徴とする中性子照射環境下で
使用する鉄鋼材料に添加するためのフエロボロ
ン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12310685A JPS61281847A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 鉄鋼材料に添加するためのフエロボロン |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP12310685A JPS61281847A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 鉄鋼材料に添加するためのフエロボロン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61281847A JPS61281847A (ja) | 1986-12-12 |
| JPH0369978B2 true JPH0369978B2 (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=14852329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12310685A Granted JPS61281847A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 鉄鋼材料に添加するためのフエロボロン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61281847A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59232250A (ja) * | 1983-06-14 | 1984-12-27 | Nippon Denko Kk | 高純度フエロボロンの製造方法 |
-
1985
- 1985-06-06 JP JP12310685A patent/JPS61281847A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61281847A (ja) | 1986-12-12 |
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