JPH0414182B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の分野） 本発明は原子力装置における部品、例えば原子
炉装置に用いられるバルブ部品として用いるのに
特に適したステンレス鋼合金に関するものであ
る。より具体的には、本発明は原子力装置に用い
られる耐摩耗性部品として使用するに適したステ
ンレス鋼合金に関する。 （従来の技術） 原子力装置の設計及び建設には重要な金属部品
に関してある種の高度に特殊化された工学特性を
組合せたものを使用する必要がある。前期合金は
短かい半減期、放射線損傷に対する耐性などの好
ましい核特性を含む高度の機械適、化学的及び物
理的諸特性を備えていなければならない。 当業界においては幾つかのこれらの物性及び特
性を提供する多くの合金を入手することが出来
る。しかしながら、原子炉級鋼として用いるのに
最適な特性を組合せて有する鋼は知られていな
い。例えば米国特許第1790177号明細書は多くの
用途に対して提案されているある種の合金鋼を開
示している。これらの鉄基合金は表１に示すよう
にクローム、ニツケル、シリコン及び炭素を必要
合金元素として含んでいる。

【表】 （発明が解決しようとする課題） 前述した従来の合金鋼（米国特許第1790177号
明細書が開示している合金鋼）は、原子力装置に
おける部品（例えば、弁座）として用いるのに
は、耐摩耗性が充分なものではなかつた。 本発明は、硬度及び衝撃強度においてはこの従
来の合金鋼とほぼ同程度の許容し得る特性を有す
るとともに、耐摩耗性についてはこの従来の合金
鋼よりもかなり優れている、原子力装置における
耐摩耗部分として使用するに適した、ステンレス
鋼合金を提供することを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） 本発明の合金は表１に示されたような成分組成
を有している。表１において、合金51及び合金52
は本発明の実施例を示すものである。 本発明合金においては、米国特許第1790177号
明細書に定義された諸特性を提供するためにクロ
ーム、ニツケル、シリコン及び炭素が存在する。 クロームは25％を超えてはならない。25％より
多いクローム含有量は本合金の延性を減少させ、
従つて熱間及び冷間加工特性を劣化させる。十分
な程度の耐食性を与えるため本合金においては少
なくとも15％のクロームが存在しなければならな
い。 ニツケルは本合金が体心立方変態を起すのを防
止する。ニツケルが少な過ぎると、この防止効果
が得られないと考えられる。ニツケル量が多過ぎ
ると、SFE（積層欠陥エネルギ）に影響が及びマ
トリツクスの変形及び破壊特性が変化してしまう
と考えられる。５％〜15％の含有量が十分なバラ
ンスを保持するが、最良の結果を得るためには７
％〜13％の含有量が好ましい。 シリコンは2.7〜5.5％の範囲内で存在しなけれ
ばならない。これより含有量が低くなると、鋳造
及び溶接作業において十分な湯流れが得られな
い。5.5％を超える含有量の場合にはマトリツク
ス内に金属間化合物が過剰に生成され易くなる。 強度を与えるために炭素は１％を超えて存在し
なければならないが、３％を超える含有量は許容
出来ない脆性をもたらす。 （炭素、シリコンの）組成変化は有用な加工製
品へと熱間及び／又は冷間加工することの出来る
合金を得るべく当業者の技能範囲内で調整するこ
とが可能である。 ニオブ及びバナジウムは共に強力な炭化物生成
元素でありそれらは、クロームが炭素と結合して
マトリツクスを弱化せしめるのを防止するために
合計で５％を超えて存在しなければならない。15
％を超えると、特性の変つてしまつた固溶体が生
ずる。６％〜12％が最適の利益を得るために好適
である。 コバルトは原子力装置の部品として用いる場合
には本発明の合金に必要とされない不純物であ
る。コバルトの核特性（放射線及び長半減期）の
故にコバルト含有量は1.5％を超えないように制
限されねばならず、好ましくは通常このクラスの
合金に見られる不純物元素として1.0％を超えな
いように制限されねばならない。 窒素は不純物であり、本発明の合金においては
0.15％を超えないようコントロールされねばなら
ない。含有量が0.15％を超えると窒化物を含有量
が過剰となり、延性が過度に減少する結果とな
る。 （実験的テスト） 表１に掲載した実験合金（複数）が米国特許第
4458741号明細書に開示される吸引鋳造法により
製造された。合金化及び鋳造作業に関連する問題
点は特に認められなかつた。 試験片は1020グレード鋼の基体上に２層の溶着
金属として、また冷却された銅ブロツク上に非希
釈溶着金属として、ガスタングステンアーク溶接
法を用いることによつて大抵容易に準備すること
ができた。 表１に示されている従来の合金128144及び84
と、本発明の実施例である合金51及び52とに対す
る硬度試験を標準のロツクウエル硬度試験機によ
つて行つて、表２に示す結果を得た。表２の試験
結果によると、一般的に言つて、硬度の値は合金
52を除けば全合金について実質的に同一である。
この結果はこれらの合金の組成が大幅に異なるこ
とを考えると幾分予想外である。合金52のすぐれ
た硬度は、多成分系炭化物を生ずるニオブ及びバ
ナジウム両者が含有されているせいであろう。か
くて、ニオブ及びバナジウムの両者を含有させる
ことは高い硬度が要求される時には好ましいこと
である。 表 ２ 実験合金の室温における硬度 合 金 硬度(ロツクウエルC硬度) 128 44.0 144 43.5 51 40.5 52 53.1 84 43.0 合金144及び51についてノツチなし試験片を用
いシヤルピー衝撃試験を行なつた。その結果は表
３に示されている。 表 ３ 実験合金のノツチなしシヤルピー衝撃強度合 金 衝撃強度−ジユール（フイート・ポン
ド） 144 4.0（3.0） 51 5.5（4.1） 本発明の合金51は米国特許第1790177号明細書
の好ましい合金である合金144よりも高い衝撃強
度を備えている。このクラスの標準の既知の合金
が合金144と類似の衝撃強度値を有しているのは
興味深いことである。 前記実験合金に対して一連の摩耗試験が行なわ
れた。この試験にはアメリカ材料試験協会
（American Society for Testing Materials）、
ASTMテストG65によつて記載されている周知
の「乾式砂ゴムホイールテスト」が用いられた。
表４に示されているこの試験結果の値は13.6Kg
（30ポンド）の試験荷重及び２，000rpmのゴムホ
イール回転数によるものである。 表 ４ 実験合金の耐摩耗性合 金 体積損失−mm³ 128 81.9 144 85.8 84 89.6 51 62.0 52 40.8 本発明の合金51及び52は最も低い体積損失値を
示している。合金52がより効率的に摩耗に抵抗す
るのは、多分ニオブ及びバナジウムが組合されて
含有されているからだと思われる。 （本発明の効果） 本発明によれば、硬度及び衝撃強度においては
許容し得る特性を有し、且つ耐摩耗性については
極めて良好な特性を有するステンレス鋼合金が得
られ、この鋼合金は原子力装置内の部品、例えば
バルブの弁座を作るために用いるのに好適であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子力装置内の部品として用いるのに適した
   ステンレス鋼合金であつて、重量％であらわし、
   15％から25％を超えないクロームと、５％〜15％
   のニツケルと、2.7％〜5.5％のシリコンと、１％
   〜３％の炭素と、合計で５％〜15％のニオブ及び
   バナジウムと、不純物として0.1％迄の窒素と、
   1.5％迄のコバルトと、残部の鉄及びその他の不
   純物からなる合金。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
   て、クロームが17％〜22％、ニツケルが７％〜13
   ％、シリコンが３％〜5.5％、炭素が1.5％〜2.5
   ％、ニオブ及びバナジウムの合計が６％〜12％、
   窒素が0.1％迄であることを特徴とする合金。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
   て、クロームが20％、ニツケルが10％、シリコン
   が5.0％、炭素が1.5％、ニオブ及びバナジウムの
   合計が８％、窒素が0.05％であることを特徴とす
   る合金。