JPH0425342B2 - - Google Patents
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- JPH0425342B2 JPH0425342B2 JP60227653A JP22765385A JPH0425342B2 JP H0425342 B2 JPH0425342 B2 JP H0425342B2 JP 60227653 A JP60227653 A JP 60227653A JP 22765385 A JP22765385 A JP 22765385A JP H0425342 B2 JPH0425342 B2 JP H0425342B2
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
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Description
(産業上の利用分野)
本発明は、中性子照射を受ける高温環境下、例
えば高速増殖炉(FBR)、核融合炉(FER)等原
子炉容器の使途に供される鉄系金属材料に関する
ものである。 (従来の技術) 従来中性子照射環境下で使用される原子炉容器
用金属材料としては、例えば炭素鋼や低合金鋼、
ステンレス鋼、高合金等がある。これらの金属材
料は使用環境の温度、負荷応力等に応じて選択さ
れ使用に供されている。特に将来実現視されてい
る高速増殖炉等の用途においては、金属材料がク
リープ領域で使用されることになるから、クリー
プ特性は重要となる。 すなわち高いクリープ破断特性を要求される場
合には、 (a) 従来の金属材料を高性能材料に代替する。 (b) 従来の金属材料に例えばNbやV,Ti,Mo
等の合金元素を添加してクリープ特性を向上さ
せる。 (c) 従来の金属材料に、ボロン(B)を添加し、 焼入れ性を高め組織を改善する(炭素鋼)、 析出する炭化物を制御する(Cr−Mo鋼、
高Crフエライト鋼)、 粒界を強化する(ステンレス鋼、高合金)、 こと等により、クリープ特性の向上を図つてい
る。 しかしながら上述した従来技術の場合、まず(a)
および(b)は材料中に微量に含まれるBにより中性
子照射脆化を招くことが明らかである。 一方、上記従来技術(c)の場合については、安価
に金属材料の特性を改善できるが、中性子照射に
よりクリープ脆化がより顕著となるため、むしろ
逆効果を招くことが明らかとなつたのである。 すなわち、上記金属材料中に添加したボロン
は、中性子照射条件下において次のような問題を
起こす。一般に、天然のボロンは、同位体の質量
数が10と11の2種の元素(以下これらを「10B」,
「11B」という)から構成されており、それらの
うち10Bは、中性子照射により10B(n,α)7Li核
反応が生じ、10Bが崩壊してHeガスを生成する。
その結果、どちらかというと粒界に偏在しやすい
傾向にあるボロンあるいはボロン化合物からHe
ガスが生成すると、粒界の結合力が弱められ、い
わゆるクリープ脆化を惹起することが知られてい
る。「ジヤーナル オブ ニユークリア マテリ
アルス(Journal of Nuclear Materials)16<
’65>68−73」 従来、上述したクリープ脆化を防止する幾つか
の技術が提案されており、例えば特開昭53−
88499号では、合金中の10Bの絶対量を低減させ
ることを提案しているし、また「ジヤーナル オ
ブマテリアルス(Journl of Materials)No.103,
104 1981)p845」では、生成したHeをトラツプ
して凝集を阻止する方法について提案している。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明が解決しようとする問題点は、上記従来
技術が抱える問題点;即ち製造に当たつて10Bの
量が自然存在比よりも高いB含有量を使つて低減
を図らねばならないことからコストアツプと製造
工程が煩雑になり、またその限界についても全く
不明であるという欠点(特開昭53−88499号)、お
よび実用化が困難である(He トラツプ法)と
いうところにあり、 そして、本発明の目的は、ボロンを含有する金
属材料を熱中性子照射を受ける原子炉容器用材料
として使用する場合でも、10Bの存在に起因する
(n,α)核反応によるHe脆化を有効に回避でき
る鉄系金属材料を提案することにある。 (問題点を解決するための手段) ボロン含有鉄系金属材料の場合、上述したよう
に中性子照射脆化特性を向上させるには、粒界の
10Bの低減が必要であることがわかつた。ところ
が、粒界上の10B量を低減するためには、全B量
の低減を図らねばならない。しかし、この方法に
は限界があり、またB添加によるクリープ強度の
向上効果そのものが期待できないことになる。 そこで、ボロン含有鉄系材料のボロンの挙動に
ついてさらに研究した結果、ボロン(B)は材料中の
オーステナイト域の熱間加工あるいは熱処理工程
において、オーステナイト結晶粒界に偏析しやす
いことが判つた。ただし、金属材料の種類、加工
条件、熱処理条件によつては、オーステナイト相
以外の相、例えばフエライトやマテンサイト、ベ
イナイト相の粒界あるいは亜粒界にBが偏析す場
合もあるが、オーステナイト粒界上への偏析量に
比べるとその量は著しく小さい。 かような知見のもとで本発明者らは、脆化の原
因がオーステナイト結晶粒界上の10Bに起因する
点に着目し、10B量とオーステナイト結晶粒度と
の組合せを適切なものにすれば、結晶粒界上のB
を著しく低減できることを知見し、本発明を完成
するに至つた。 すなわち本発明の要旨構成を列記すると次のと
おりである。 本発明は、同位体の質量数が10のBを
0.00004wt%以下含有し、ASTM表示による結
晶粒度番号が0以上を示すFe基材料からなり、
上記Fe基材料は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
1発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
2発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt%および Zr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくと も1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物(第3発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第4発明)であり 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%のう ちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物(第5発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
6発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
7発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%および Zr≦0.8wt%, のうちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物(第8発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物(第9発明)で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案する。 また本発明は同位体の質量数が10のBを
0.00004wt%以下含有すると共に全B量では
0.0005〜0.0050wt%含有し、ASTM表示による
結晶粒度番号が0以上を示すFe基材料からな
り、上記Fe基材料は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%を含有し、残部がFeおよ び不可避的不純物(第10発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第11発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt%および Zr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくと も1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物(第12発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第13発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%のうち のいずれか少なくとも1種を含有し、残部がFe
および不可避的不純物(第14発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%を含有し、残部 がFeおよび不可避的不純物(第15発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第16発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%および Zr≦0.8wt%のうちのいずれか少なくとも1
種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
(第17発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物(第18発明)で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案するものである。 要するに本発明は、基本的に、B含有鉄系金属
材料であり、10Bと結晶粒度番号が上記のように
限定されるが、その理由は次のとおりである。 Bについて、 通常、Bは金属材料中に不純物あるいは添加物
として含まれるが、第5図に示すように、
0.0005wt%以上添加することにより、クリープ寿
命が増加するが、一般的に過剰に添加すると延性
の低下をもたらすので、上限は0.0050wt%とす
る。 一方、表4および第4図に示すように、全B中
の10Bおよび粒度を前述のように限定すれば、粒
界上の10Bを著しく低減できる。以上のことから
10Bを0.00004wt%以下とするとともに全B量では
0.0005wt%以上、0.0050wt%以下とする。10 Bについて、 10Bは、通常、金属材料中に不純物あるいは添
加物として含まれるB中に同位体として含有され
ているが、第1図,第3図,第4図に示すよう
に、10Bを0.00004wt%以下にすることにより結晶
粒度との組合せで粒界上に存在する10Bを著しく
低減できるので、10Bは0.00004wt%以下とする。 結晶粒度について、 オーステナイト結晶粒度は、第1図,第3図お
よび第4図に示すように、ASTM表示による結
晶粒度No.を0以上の細粒にすることにより、10B
の軽減との相互作用で、粒界上の10Bを著しく低
減できるので、結晶粒度番号での表示で0以上と
する。 次に、本発明のFe系材料が、上記〜およ
び〜のように限定される理由につき、便宜
上、それぞれ同種作用効果をもつものに分けて詳
しく説明する。 上記Fe基材料およびについて; Cは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr,Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02wt%
(以下は単に「%」で表示する)未満ではその効
果が小さく所定の強度が得られない。一方0.4%
を超えると溶接割れ等の弊害を生じるため、0.02
〜0.4%とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005%未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
%を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用な元素であり、0.1%以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
%以下とする。 Crは焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上さ
せる元素であり、0.01%以上添加するが、5.0%
を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化させるの
で、0.01〜5.0%とする。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1%以
上添加するが、1.5%を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を1.5%とする。 Alは、脱酸剤として0.001%以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10%以
下とする。 Nは、高温強度の向上に寄与するが、0.020%
以上のNは靭性に悪影響を及ぼすため、0.020%
以下とする。 上記Fe基材料,,およびについて; Cは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr,Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02%未満
ではその効果が小さく所定の強度が得られない。
一方0.4%を超えると溶接割れ等の弊害を生じる
ため、0.02〜0.4%とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005%未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
%を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用の元素であり、0.1%以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
%以下とする。 Crは、焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上
させる元素であり、5.0%を超えて添加するが、
12.0%を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化さ
せるので、5.0%超え12.0%以下に限定する。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1%以
上添加するが、3.0%を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を3.0%とする。 Alは、脱酸材として0.001%以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10%以
下とする。 Nは不可避的に混入するBをBNとして粒内に
分散させ、高温強度を高めるとともに、粒界B濃
度を低下させるのに必要であるが、0.10%を超え
るNは靭性に悪影響を及ぼすため、0.10%以下と
する。 さらにこれらのFe基金属材料では、任意成分
としてNb,V,Ti,WおよびZrの1種以上を添
加することも可能である。以下その効果と添加量
を説明する。 Nb,V,Ti,Wは炭化物を形成して高温強度
を高める元素であるが、1.0%を超えるとコスト
増加を招くため、1.0%以下とする。また、Zrも
同様の効果を有するが、0.5%を超えるとコスト
増加を招くため、0.5%以下とする。 上記Fe基材料,,およびについて; Cは、オーステナイト相を安定して強度の向上
にも効果があるが、0.10%を超える添加は耐食性
を低下させるので、0.10%以下に限定する。 Siは、通常脱酸剤および耐酸化性向上を目的と
して添加されるが、5.0%を超える添加は鋼の熱
間加性が低下し、製造性を害するので5.0%以下
にする。 Mnは、オーステナイト相を安定にして鋼の熱
間加工性を向上させる効果があるが、10.0%を超
える添加は耐食性が著しく低下するので10.0%以
下とする。 Crは、耐食性を向上させるのに著しい効果が
あり、ステンレス鋼には欠かせない元素であり、
オーステナイト系ステンレス鋼としてオーステナ
イト相をNiとともに安定化させる。この効果を
十分に発揮させるためには、16.0%以上の添加が
必要である。一方26.0%を超えると耐食性の効果
も飽和する傾向にあり、コスト高になるので、
26.0%以下とする。 Niは、Crとともに添加することにより耐食性
を一層向上させるとともにオーステナイト系ステ
ンレス鋼としてオーステナイト相をCrとともに
安定化させる。この効果を十分に発揮させるため
には4.0%以上の添加が必要である。一方22.0%
を超えるとその効果は飽和するので、それ以上の
添加はコスト高になる。したがつて上限を22.0%
とする。 Nは、オーステナイト相を安定にし、さらに強
度上昇にも効果があるが、0.25%を超えると熱間
加工性を低下させるので、0.25%以下に限定す
る。 これらのFe基材料には、任意成分としてMo,
Ti,Nb,Vを添加することができる。これらは
いずれも固溶強化あるいは炭化物等の析出硬化に
より高温強度を高めるが、あまり多過ぎるとコス
ト増、製造性の低下を招くため添加の上限はそれ
ぞれ4.0%,0.6%,1.0%,1.0%とする。 上記Fe基材料,,,,および Cは、フエライト系またはマルテンサイト系ス
テンレス鋼において、引張り強さなどの機械的性
質をきわめて有効に作用する元素であり、用途に
あわせて強度を調節するためのものである。しか
し多量の添加は引張り強さの向上には効果がある
ものの、延性や靭性などの低下を招くので、その
上限は0.10%とする。 Siは、通常、脱酸剤として添加されるが、1.0
%を超える添加は鋼の熱間加工性を低下させ製造
性を害するので、1.0%以下にする。 Mnは、脱酸作用や鋼の熱間加工性を向上させ
る効果があるが、多量の添加は鋼の脆化をもたら
す傾向にあるのでその上限を2.0%とする。 Crは、12.0%以下ではステンレス鋼としての耐
食性が発揮されず、また多量の添加は伸び及び衝
撃値の低下を招くので、12.0超〜20%とする。 Niは、靭性の向上に効果がある元素であるが、
3.0%を超える添加でもその効果が持続するが、
高価な元素であり、コストアツプとなるので上限
を3.0%とする。 これらFe基材料には、さらに任意成分として、
V,Ti,Nb,Mo,Zrを添加することができる。
これらの元素は、高温強度の向上に寄与する元素
であるが、あまり多過ぎるとコストアツプとなる
ので、上限はそれぞれ、1.0%,0.8%,0.8%,
2.5%,0.8%とする。 上記Fe基材料およびについて; Cは、0.002%未満では耐熱材料として必要な
高温強度を得ることが困難である。一方、Cは多
ければ多いほど高温強度を高めるが、0.50%を超
えて添加してもその効果は飽和する。そこで、
0.002%以上、0.50%以下に限定した。 Siは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
2.0%を超えて添加すると、σ相等の金属間化合
物が析出しやすくなる。そこで、2.0%を上限と
した。 Mnは、オーステナイトを安定化させる元素で
あり、Niの代替として使用される。しかしなが
ら、2.0%を超えて添加すると、σ相の析出が容
易になる。そこで、2.0%を上限とした。 Pは、熱間加工性を阻害する元素であり、0.04
%を超えると鍛造、圧延等の熱間加工性が困難と
なる。そこで、0.04%を上限とした。 SもPと同様、熱間加工性を阻害する元素であ
り、0.01%を超えると、鍛造、圧延等の熱間加工
が困難となる。そこで、0.01%を上限とした。 Crは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
9.0%未満では効果はなく30.0%を超えて添加し
ても効果は飽和し、しかもσ相の析出が容易にな
る。そこで9.0%以上、30.0%以下とした。 Niは、オーステナイトを安定化する元素であ
り、低いとフエライト相が出現し高温強度が低く
なる。そこで20.0%以上とした。 また多過ぎるとコスト増を招くため上限は50.0
%とした。 Alは、高温強度確保のために添加されるが、
6.0%を超えると靭性が低下するため上限は6.0%
とする。 Tiは、炭素の固定、高温強度の確保のために
添加されるが、多過ぎると靭性が低下するため上
限は3.0%とする。 次に上述したFe基材料;すなわち表1に示す
成分を有する鋼を、溶製後、25mm厚さに熱間圧延
し、さらに表2に示すように溶体化温度の条件に
より結晶粒度を種々に変化させた。10Bおよび11B
の量比は、天然Bおよび11Bを濃縮したBの添加
量により調節した。これらの鋼について、フイツ
シヨントラツクエツチング(FTE)により粒界
上のBの存在の有無を観察した。FTE法とは、
中性子線照射により鋼中Bのうち10Bが核変換
し、その際放射されるα線を検知する手法であ
り、10Bの存在位置の分析ができる。結晶粒度と
しては、ASTM結晶粒度No.で整理した。また、
室温でオーステナイト相以外の金属材料は、旧オ
ーステナイト粒度を測定した。その結果を第1図
に示す。 この図から明らかなように、鋼中の10B量が、
0.4ppm以下、かつオーステナイト結晶粒度No.0
以上の場合にのみ、粒界上のBすなわち10Bは検
出されない。また、図中の△,〓印は天然Bを添
加した鋼または〇,●は11B濃縮原料を添加した
鋼であるが、天然B添加鋼の挙動すなわちFTE
による粒界上のBの検出度合におよぼす10B量と
粒度の関係については11B富化鋼と同様の結果を
示している。すなわち、粒界上の10Bの存在の有
無は、11B量に関係なく、10B量および結晶粒度の
みに依存することを示している。また、これらの
鋼について実施したクリープ試験結果を第2図に
示すが、全B量が5ppm以上で優れたクリープ破
断寿命を有していることがわかる。しかも、この
傾向は11Bの富化には関係なく全B量で決まる。 以上のことから、10B量を0.4ppm以内に低減し
かつ結晶粒度をASTM表示による粒度番号がNo.
0以上の細粒にすることにより、粒界上の10Bが
著しく低減されることが明らかである。また、さ
らに11Bを添加しかつ10B量、結晶粒度を上述の
ように制御することにより、粒界上の10Bを低減
したままで高温強度の向上に著しく効果があるこ
とも明らかであり、そのための適正B量は5ppm
以上である。 なお、本発明において、10Bを0.00004%以下に
低減する具体的方法としては、例えば金属材料の
製錬工程の末期で脱B製錬を行うことにより達成
し得る。また、11Bを富化した金属材料の製造方
法としては、例えば11Bを高濃度に富化した原料
を添加する方法、あるいはそれを添加後脱B精錬
を行い、さらに11Bを富化したBを添加すること
により10Bを低減し、かつ所定のB量を含有させ
ることができる。 また、結晶粒度は例えば金属材料の加工、熱処
理工程において、加工条件、熱処理条件の適切な
る選定により調整できる。
えば高速増殖炉(FBR)、核融合炉(FER)等原
子炉容器の使途に供される鉄系金属材料に関する
ものである。 (従来の技術) 従来中性子照射環境下で使用される原子炉容器
用金属材料としては、例えば炭素鋼や低合金鋼、
ステンレス鋼、高合金等がある。これらの金属材
料は使用環境の温度、負荷応力等に応じて選択さ
れ使用に供されている。特に将来実現視されてい
る高速増殖炉等の用途においては、金属材料がク
リープ領域で使用されることになるから、クリー
プ特性は重要となる。 すなわち高いクリープ破断特性を要求される場
合には、 (a) 従来の金属材料を高性能材料に代替する。 (b) 従来の金属材料に例えばNbやV,Ti,Mo
等の合金元素を添加してクリープ特性を向上さ
せる。 (c) 従来の金属材料に、ボロン(B)を添加し、 焼入れ性を高め組織を改善する(炭素鋼)、 析出する炭化物を制御する(Cr−Mo鋼、
高Crフエライト鋼)、 粒界を強化する(ステンレス鋼、高合金)、 こと等により、クリープ特性の向上を図つてい
る。 しかしながら上述した従来技術の場合、まず(a)
および(b)は材料中に微量に含まれるBにより中性
子照射脆化を招くことが明らかである。 一方、上記従来技術(c)の場合については、安価
に金属材料の特性を改善できるが、中性子照射に
よりクリープ脆化がより顕著となるため、むしろ
逆効果を招くことが明らかとなつたのである。 すなわち、上記金属材料中に添加したボロン
は、中性子照射条件下において次のような問題を
起こす。一般に、天然のボロンは、同位体の質量
数が10と11の2種の元素(以下これらを「10B」,
「11B」という)から構成されており、それらの
うち10Bは、中性子照射により10B(n,α)7Li核
反応が生じ、10Bが崩壊してHeガスを生成する。
その結果、どちらかというと粒界に偏在しやすい
傾向にあるボロンあるいはボロン化合物からHe
ガスが生成すると、粒界の結合力が弱められ、い
わゆるクリープ脆化を惹起することが知られてい
る。「ジヤーナル オブ ニユークリア マテリ
アルス(Journal of Nuclear Materials)16<
’65>68−73」 従来、上述したクリープ脆化を防止する幾つか
の技術が提案されており、例えば特開昭53−
88499号では、合金中の10Bの絶対量を低減させ
ることを提案しているし、また「ジヤーナル オ
ブマテリアルス(Journl of Materials)No.103,
104 1981)p845」では、生成したHeをトラツプ
して凝集を阻止する方法について提案している。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明が解決しようとする問題点は、上記従来
技術が抱える問題点;即ち製造に当たつて10Bの
量が自然存在比よりも高いB含有量を使つて低減
を図らねばならないことからコストアツプと製造
工程が煩雑になり、またその限界についても全く
不明であるという欠点(特開昭53−88499号)、お
よび実用化が困難である(He トラツプ法)と
いうところにあり、 そして、本発明の目的は、ボロンを含有する金
属材料を熱中性子照射を受ける原子炉容器用材料
として使用する場合でも、10Bの存在に起因する
(n,α)核反応によるHe脆化を有効に回避でき
る鉄系金属材料を提案することにある。 (問題点を解決するための手段) ボロン含有鉄系金属材料の場合、上述したよう
に中性子照射脆化特性を向上させるには、粒界の
10Bの低減が必要であることがわかつた。ところ
が、粒界上の10B量を低減するためには、全B量
の低減を図らねばならない。しかし、この方法に
は限界があり、またB添加によるクリープ強度の
向上効果そのものが期待できないことになる。 そこで、ボロン含有鉄系材料のボロンの挙動に
ついてさらに研究した結果、ボロン(B)は材料中の
オーステナイト域の熱間加工あるいは熱処理工程
において、オーステナイト結晶粒界に偏析しやす
いことが判つた。ただし、金属材料の種類、加工
条件、熱処理条件によつては、オーステナイト相
以外の相、例えばフエライトやマテンサイト、ベ
イナイト相の粒界あるいは亜粒界にBが偏析す場
合もあるが、オーステナイト粒界上への偏析量に
比べるとその量は著しく小さい。 かような知見のもとで本発明者らは、脆化の原
因がオーステナイト結晶粒界上の10Bに起因する
点に着目し、10B量とオーステナイト結晶粒度と
の組合せを適切なものにすれば、結晶粒界上のB
を著しく低減できることを知見し、本発明を完成
するに至つた。 すなわち本発明の要旨構成を列記すると次のと
おりである。 本発明は、同位体の質量数が10のBを
0.00004wt%以下含有し、ASTM表示による結
晶粒度番号が0以上を示すFe基材料からなり、
上記Fe基材料は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
1発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
2発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt%および Zr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくと も1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物(第3発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第4発明)であり 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%のう ちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物(第5発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
6発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物(第
7発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%および Zr≦0.8wt%, のうちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物(第8発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物(第9発明)で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案する。 また本発明は同位体の質量数が10のBを
0.00004wt%以下含有すると共に全B量では
0.0005〜0.0050wt%含有し、ASTM表示による
結晶粒度番号が0以上を示すFe基材料からな
り、上記Fe基材料は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%を含有し、残部がFeおよ び不可避的不純物(第10発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第11発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt%および Zr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくと も1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物(第12発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第13発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%のうち のいずれか少なくとも1種を含有し、残部がFe
および不可避的不純物(第14発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%を含有し、残部 がFeおよび不可避的不純物(第15発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%を含有し、残部がFeおよび 不可避的不純物(第16発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%および Zr≦0.8wt%のうちのいずれか少なくとも1
種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
(第17発明)であり、 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0
以上を示すFe基材料からなり、上記Fe基材料
は、 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物(第18発明)で
ある耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料
について提案するものである。 要するに本発明は、基本的に、B含有鉄系金属
材料であり、10Bと結晶粒度番号が上記のように
限定されるが、その理由は次のとおりである。 Bについて、 通常、Bは金属材料中に不純物あるいは添加物
として含まれるが、第5図に示すように、
0.0005wt%以上添加することにより、クリープ寿
命が増加するが、一般的に過剰に添加すると延性
の低下をもたらすので、上限は0.0050wt%とす
る。 一方、表4および第4図に示すように、全B中
の10Bおよび粒度を前述のように限定すれば、粒
界上の10Bを著しく低減できる。以上のことから
10Bを0.00004wt%以下とするとともに全B量では
0.0005wt%以上、0.0050wt%以下とする。10 Bについて、 10Bは、通常、金属材料中に不純物あるいは添
加物として含まれるB中に同位体として含有され
ているが、第1図,第3図,第4図に示すよう
に、10Bを0.00004wt%以下にすることにより結晶
粒度との組合せで粒界上に存在する10Bを著しく
低減できるので、10Bは0.00004wt%以下とする。 結晶粒度について、 オーステナイト結晶粒度は、第1図,第3図お
よび第4図に示すように、ASTM表示による結
晶粒度No.を0以上の細粒にすることにより、10B
の軽減との相互作用で、粒界上の10Bを著しく低
減できるので、結晶粒度番号での表示で0以上と
する。 次に、本発明のFe系材料が、上記〜およ
び〜のように限定される理由につき、便宜
上、それぞれ同種作用効果をもつものに分けて詳
しく説明する。 上記Fe基材料およびについて; Cは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr,Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02wt%
(以下は単に「%」で表示する)未満ではその効
果が小さく所定の強度が得られない。一方0.4%
を超えると溶接割れ等の弊害を生じるため、0.02
〜0.4%とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005%未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
%を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用な元素であり、0.1%以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
%以下とする。 Crは焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上さ
せる元素であり、0.01%以上添加するが、5.0%
を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化させるの
で、0.01〜5.0%とする。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1%以
上添加するが、1.5%を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を1.5%とする。 Alは、脱酸剤として0.001%以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10%以
下とする。 Nは、高温強度の向上に寄与するが、0.020%
以上のNは靭性に悪影響を及ぼすため、0.020%
以下とする。 上記Fe基材料,,およびについて; Cは、焼入れ性と強度確保のために不可欠な成
分であり、かつCr,Moなどの他の合金元素と炭
化物を形成して高温強度を高めるが、0.02%未満
ではその効果が小さく所定の強度が得られない。
一方0.4%を超えると溶接割れ等の弊害を生じる
ため、0.02〜0.4%とする。 Siは、脱酸と強度確保のために添加されるが、
0.005%未満ではその効果が十分でなく、一方1.0
%を超えると靭性が劣化する。 Mnは、鋼の焼入れ性を確保し、熱間加工性を
改善するために有用の元素であり、0.1%以上の
添加が必要である。しかしあまり多量に添加する
と靭性および溶接性に悪影響を及ぼすため、1.5
%以下とする。 Crは、焼入れ性、耐酸化性、高温強度を向上
させる元素であり、5.0%を超えて添加するが、
12.0%を超える添加は溶接性と母材靭性を劣化さ
せるので、5.0%超え12.0%以下に限定する。 Moは、焼入れ性を確保し固溶強化および析出
強化により高温強度を向上させるために0.1%以
上添加するが、3.0%を超えると溶接性の低下、
コストの増加を招くため上限を3.0%とする。 Alは、脱酸材として0.001%以上添加するが、
多量に添加すると靭性を劣化させるので0.10%以
下とする。 Nは不可避的に混入するBをBNとして粒内に
分散させ、高温強度を高めるとともに、粒界B濃
度を低下させるのに必要であるが、0.10%を超え
るNは靭性に悪影響を及ぼすため、0.10%以下と
する。 さらにこれらのFe基金属材料では、任意成分
としてNb,V,Ti,WおよびZrの1種以上を添
加することも可能である。以下その効果と添加量
を説明する。 Nb,V,Ti,Wは炭化物を形成して高温強度
を高める元素であるが、1.0%を超えるとコスト
増加を招くため、1.0%以下とする。また、Zrも
同様の効果を有するが、0.5%を超えるとコスト
増加を招くため、0.5%以下とする。 上記Fe基材料,,およびについて; Cは、オーステナイト相を安定して強度の向上
にも効果があるが、0.10%を超える添加は耐食性
を低下させるので、0.10%以下に限定する。 Siは、通常脱酸剤および耐酸化性向上を目的と
して添加されるが、5.0%を超える添加は鋼の熱
間加性が低下し、製造性を害するので5.0%以下
にする。 Mnは、オーステナイト相を安定にして鋼の熱
間加工性を向上させる効果があるが、10.0%を超
える添加は耐食性が著しく低下するので10.0%以
下とする。 Crは、耐食性を向上させるのに著しい効果が
あり、ステンレス鋼には欠かせない元素であり、
オーステナイト系ステンレス鋼としてオーステナ
イト相をNiとともに安定化させる。この効果を
十分に発揮させるためには、16.0%以上の添加が
必要である。一方26.0%を超えると耐食性の効果
も飽和する傾向にあり、コスト高になるので、
26.0%以下とする。 Niは、Crとともに添加することにより耐食性
を一層向上させるとともにオーステナイト系ステ
ンレス鋼としてオーステナイト相をCrとともに
安定化させる。この効果を十分に発揮させるため
には4.0%以上の添加が必要である。一方22.0%
を超えるとその効果は飽和するので、それ以上の
添加はコスト高になる。したがつて上限を22.0%
とする。 Nは、オーステナイト相を安定にし、さらに強
度上昇にも効果があるが、0.25%を超えると熱間
加工性を低下させるので、0.25%以下に限定す
る。 これらのFe基材料には、任意成分としてMo,
Ti,Nb,Vを添加することができる。これらは
いずれも固溶強化あるいは炭化物等の析出硬化に
より高温強度を高めるが、あまり多過ぎるとコス
ト増、製造性の低下を招くため添加の上限はそれ
ぞれ4.0%,0.6%,1.0%,1.0%とする。 上記Fe基材料,,,,および Cは、フエライト系またはマルテンサイト系ス
テンレス鋼において、引張り強さなどの機械的性
質をきわめて有効に作用する元素であり、用途に
あわせて強度を調節するためのものである。しか
し多量の添加は引張り強さの向上には効果がある
ものの、延性や靭性などの低下を招くので、その
上限は0.10%とする。 Siは、通常、脱酸剤として添加されるが、1.0
%を超える添加は鋼の熱間加工性を低下させ製造
性を害するので、1.0%以下にする。 Mnは、脱酸作用や鋼の熱間加工性を向上させ
る効果があるが、多量の添加は鋼の脆化をもたら
す傾向にあるのでその上限を2.0%とする。 Crは、12.0%以下ではステンレス鋼としての耐
食性が発揮されず、また多量の添加は伸び及び衝
撃値の低下を招くので、12.0超〜20%とする。 Niは、靭性の向上に効果がある元素であるが、
3.0%を超える添加でもその効果が持続するが、
高価な元素であり、コストアツプとなるので上限
を3.0%とする。 これらFe基材料には、さらに任意成分として、
V,Ti,Nb,Mo,Zrを添加することができる。
これらの元素は、高温強度の向上に寄与する元素
であるが、あまり多過ぎるとコストアツプとなる
ので、上限はそれぞれ、1.0%,0.8%,0.8%,
2.5%,0.8%とする。 上記Fe基材料およびについて; Cは、0.002%未満では耐熱材料として必要な
高温強度を得ることが困難である。一方、Cは多
ければ多いほど高温強度を高めるが、0.50%を超
えて添加してもその効果は飽和する。そこで、
0.002%以上、0.50%以下に限定した。 Siは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
2.0%を超えて添加すると、σ相等の金属間化合
物が析出しやすくなる。そこで、2.0%を上限と
した。 Mnは、オーステナイトを安定化させる元素で
あり、Niの代替として使用される。しかしなが
ら、2.0%を超えて添加すると、σ相の析出が容
易になる。そこで、2.0%を上限とした。 Pは、熱間加工性を阻害する元素であり、0.04
%を超えると鍛造、圧延等の熱間加工性が困難と
なる。そこで、0.04%を上限とした。 SもPと同様、熱間加工性を阻害する元素であ
り、0.01%を超えると、鍛造、圧延等の熱間加工
が困難となる。そこで、0.01%を上限とした。 Crは、耐酸化性を向上させる元素であるが、
9.0%未満では効果はなく30.0%を超えて添加し
ても効果は飽和し、しかもσ相の析出が容易にな
る。そこで9.0%以上、30.0%以下とした。 Niは、オーステナイトを安定化する元素であ
り、低いとフエライト相が出現し高温強度が低く
なる。そこで20.0%以上とした。 また多過ぎるとコスト増を招くため上限は50.0
%とした。 Alは、高温強度確保のために添加されるが、
6.0%を超えると靭性が低下するため上限は6.0%
とする。 Tiは、炭素の固定、高温強度の確保のために
添加されるが、多過ぎると靭性が低下するため上
限は3.0%とする。 次に上述したFe基材料;すなわち表1に示す
成分を有する鋼を、溶製後、25mm厚さに熱間圧延
し、さらに表2に示すように溶体化温度の条件に
より結晶粒度を種々に変化させた。10Bおよび11B
の量比は、天然Bおよび11Bを濃縮したBの添加
量により調節した。これらの鋼について、フイツ
シヨントラツクエツチング(FTE)により粒界
上のBの存在の有無を観察した。FTE法とは、
中性子線照射により鋼中Bのうち10Bが核変換
し、その際放射されるα線を検知する手法であ
り、10Bの存在位置の分析ができる。結晶粒度と
しては、ASTM結晶粒度No.で整理した。また、
室温でオーステナイト相以外の金属材料は、旧オ
ーステナイト粒度を測定した。その結果を第1図
に示す。 この図から明らかなように、鋼中の10B量が、
0.4ppm以下、かつオーステナイト結晶粒度No.0
以上の場合にのみ、粒界上のBすなわち10Bは検
出されない。また、図中の△,〓印は天然Bを添
加した鋼または〇,●は11B濃縮原料を添加した
鋼であるが、天然B添加鋼の挙動すなわちFTE
による粒界上のBの検出度合におよぼす10B量と
粒度の関係については11B富化鋼と同様の結果を
示している。すなわち、粒界上の10Bの存在の有
無は、11B量に関係なく、10B量および結晶粒度の
みに依存することを示している。また、これらの
鋼について実施したクリープ試験結果を第2図に
示すが、全B量が5ppm以上で優れたクリープ破
断寿命を有していることがわかる。しかも、この
傾向は11Bの富化には関係なく全B量で決まる。 以上のことから、10B量を0.4ppm以内に低減し
かつ結晶粒度をASTM表示による粒度番号がNo.
0以上の細粒にすることにより、粒界上の10Bが
著しく低減されることが明らかである。また、さ
らに11Bを添加しかつ10B量、結晶粒度を上述の
ように制御することにより、粒界上の10Bを低減
したままで高温強度の向上に著しく効果があるこ
とも明らかであり、そのための適正B量は5ppm
以上である。 なお、本発明において、10Bを0.00004%以下に
低減する具体的方法としては、例えば金属材料の
製錬工程の末期で脱B製錬を行うことにより達成
し得る。また、11Bを富化した金属材料の製造方
法としては、例えば11Bを高濃度に富化した原料
を添加する方法、あるいはそれを添加後脱B精錬
を行い、さらに11Bを富化したBを添加すること
により10Bを低減し、かつ所定のB量を含有させ
ることができる。 また、結晶粒度は例えば金属材料の加工、熱処
理工程において、加工条件、熱処理条件の適切な
る選定により調整できる。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
(実施例)
表3に示す金属材料を溶製後30Kg鋼塊とし、熱
間圧延により25mmの厚さの板とした。なお、原料
のBは天然Bであり、溶解後の鋳込み時に適量づ
つ添加したものである。さらに熱処理時に溶体化
温度を変化させることにより結晶粒度をNo.8〜−
1.5に調整した。その後、前述のようにFTE法を
もちいて粒度上のBを分析した。その結果を表3
および第3図に示す。本発明にかかる鋼において
は、いずれも粒界Bは検出されず、粒界上の10B
の低減に極めて有効であることが明らかである。 また、同様の金属材料について11Bを富化した
B原料を添加した結果を同様に表4および第4図
に示す。11Bを富化した本発明にかかる金属材料
においては、同様に粒界Bが検出されず、本発明
が有効であることを示している。また、表3およ
び表4の金属材料について実施したクリープ破断
試験の結果を第5図に示す。比較材は、表3(表
4)中の金属材料と同様であり、B無添加材であ
る。なお、分析の結果B無添加材のB量は高々
0.2ppmであつた。またクリープ試験条件は550
℃,30Kgf/mm2とした。10Bまたは11Bの量比に関
係なく、クリープ破断強度は全B量が5ppm以上
で著しく向上することが明らかである。 (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、高温、中
性子照射環境下で使用される鉄系金属材料とし
て、高温短時間強度特性およびクリープ特性に優
れたものが得られるから、原子炉構造用材料とし
て信頼性が向上する。
間圧延により25mmの厚さの板とした。なお、原料
のBは天然Bであり、溶解後の鋳込み時に適量づ
つ添加したものである。さらに熱処理時に溶体化
温度を変化させることにより結晶粒度をNo.8〜−
1.5に調整した。その後、前述のようにFTE法を
もちいて粒度上のBを分析した。その結果を表3
および第3図に示す。本発明にかかる鋼において
は、いずれも粒界Bは検出されず、粒界上の10B
の低減に極めて有効であることが明らかである。 また、同様の金属材料について11Bを富化した
B原料を添加した結果を同様に表4および第4図
に示す。11Bを富化した本発明にかかる金属材料
においては、同様に粒界Bが検出されず、本発明
が有効であることを示している。また、表3およ
び表4の金属材料について実施したクリープ破断
試験の結果を第5図に示す。比較材は、表3(表
4)中の金属材料と同様であり、B無添加材であ
る。なお、分析の結果B無添加材のB量は高々
0.2ppmであつた。またクリープ試験条件は550
℃,30Kgf/mm2とした。10Bまたは11Bの量比に関
係なく、クリープ破断強度は全B量が5ppm以上
で著しく向上することが明らかである。 (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、高温、中
性子照射環境下で使用される鉄系金属材料とし
て、高温短時間強度特性およびクリープ特性に優
れたものが得られるから、原子炉構造用材料とし
て信頼性が向上する。
第1図は、本発明にかかるFe基金属材料を説
明するための粒界上の10Bの存在域を示すグラ
フ、第2図は、クリープ破断寿命に対するB添加
の効果を示すグラフ、第3図は、天然B添加Fe
基金属材料の粒界Bの有無を示すグラフ、第4図
は、10Bを富化したBを添加したFe基金属材料の
粒界Bの有無を示すグラフ、第5図は、クリープ
寿命におよぼすB添加の効果を示すグラフであ
る。
明するための粒界上の10Bの存在域を示すグラ
フ、第2図は、クリープ破断寿命に対するB添加
の効果を示すグラフ、第3図は、天然B添加Fe
基金属材料の粒界Bの有無を示すグラフ、第4図
は、10Bを富化したBを添加したFe基金属材料の
粒界Bの有無を示すグラフ、第5図は、クリープ
寿命におよぼすB添加の効果を示すグラフであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 2 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 3 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt% およびZr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくと
も1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物であることを特徴とする耐中性子照射脆化特性
に優れた鉄系金属材料。 4 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 5 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt% を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%, のうちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物であることを特徴と
する耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材
料。 6 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 7 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 8 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%, Zr≦0.8wt%のうちのいずれか少なく とも1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不
純物であることを特徴とする耐中性子照射脆化特
性に優れた鉄系金属材料。 9 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以下
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.002wt%≦C≦0.5wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 10 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 0.01wt%≦Cr≦5.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦1.5wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.020wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 11 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 12 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.02wt%≦C≦0.4wt%, 0.005wt%≦Si≦1.0wt%, 0.1wt%≦Mn≦1.5wt%, 5.0wt%<Cr≦12.0wt%, 0.1wt%≦Mo≦3.0wt%, 0.001wt%≦Al≦0.10wt%, N≦0.10wt%を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦1.0wt%, Nb≦1.0wt%,W≦1.0wt%および Zr≦0.5wt%のうちのいずれか少なくとも1種を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である
ことを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れた
鉄系金属材料。 13 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%≦,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 14 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦5.0wt%, Mn≦10.0wt%, 16.0wt%≦Cr≦26.0wt%, 4.0wt%≦Ni≦22.0wt%, N≦0.25wt% を含有し、さらに Mo≦4.0wt%,V≦1.0wt%, Ti≦0.6wt%およびNb≦1.0wt%, のうちのいずれか少なくとも1種を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物であることを特徴と
する耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材
料。 15 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 16 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt% Ni≦3.0wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 17 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 C≦0.10wt%,Si≦1.0wt%, Mn≦2.0wt%, 12.0wt%<Cr≦20.0wt%, を含有し、さらに、 V≦1.0wt%,Ti≦0.8wt%, Nb≦0.8wt%,Mo≦2.5wt%および Zr≦0.8wt%のうちのいずれか少なくとも1種
を含有し、残部がFeおよび下可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。 18 同位体の質量数が10のBを0.00004wt%以
下含有すると共に全B量では0.0005〜0.0050wt%
含有し、ASTM表示による結晶粒度番号が0以
上を示すFe基材料からなり、 上記Fe基材料が、 0.002wt%≦C≦0.50wt%, Si≦2.0wt%≦,Mn≦2.0wt%, 9.0wt%≦Cr≦30.0wt%, 20.0wt%≦Ni≦50.0wt%, Ti≦3.0wt%,Al≦6.0wt%, P≦0.04wt%,S≦0.01wt%, を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であ
ることを特徴とする耐中性子照射脆化特性に優れ
た鉄系金属材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60227653A JPS6289840A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60227653A JPS6289840A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6289840A JPS6289840A (ja) | 1987-04-24 |
| JPH0425342B2 true JPH0425342B2 (ja) | 1992-04-30 |
Family
ID=16864233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60227653A Granted JPS6289840A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 耐中性子照射脆化特性に優れた鉄系金属材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6289840A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01111849A (ja) * | 1987-10-22 | 1989-04-28 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 化学反応管用耐熱鋼 |
| JPH0699781B2 (ja) * | 1989-08-11 | 1994-12-07 | 株式会社日立製作所 | 耐中性子照射脆化に優れたオーステナイト鋼及びその用途 |
| RU2551432C1 (ru) * | 2013-11-19 | 2015-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Оболочка для тепловыделяющего элемента, тепловыделяющий элемент и тепловыделяющая сборка |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS586780B2 (ja) * | 1980-02-29 | 1983-02-07 | 動力炉・核燃料開発事業団 | 高速増殖炉炉心材用Cr−Niオ−ステナイト鋼 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60227653A patent/JPS6289840A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6289840A (ja) | 1987-04-24 |
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