JPH0471988B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐硝酸性に優れた２相ステンレス
鋼、特に核燃料再処理装置の構造材料としてすぐ
れた耐食性、すなわち耐硝酸性を示す２相ステン
レス鋼に関する。 従来、軽水炉の使用済み核燃料の再処理の際に
みられるような高温の硝酸環境下で使用される材
料として、25％Cr−20％Ni系の材料（例：
URANUS 65…商品名）が用いられている。し
かし、中濃度から高濃度にかけての硝酸溶液にお
いて、さらにはCr⁶⁺イオンが存在する硝酸溶液中
においては、慣用の25％Cr−20％Ni系の材料で
は耐硝酸性が十分とはいえない。また、このよう
な高酸化性の環境においては、Siを数％に高めた
ステンレス鋼が提案されているが、中濃度ないし
高濃度の純硝酸溶液のみの環境において耐食性が
幾分劣る。まして、特に上記のCr⁶⁺イオンは酸化
剤として材料に作用して粒界腐食を著しく加速す
ることが知られており、かかるCr⁶⁺イオンが存在
する硝酸溶液中においてすぐれた耐食性を示し得
る材料は未だ開発されていない。 軽水炉を利用した原子力発電がかなり普及した
現在、多量の使用済み核燃料を硝酸溶液により再
処理する必要が生じており、したがつて、硝酸環
境下にあつても長期間の連続使用に耐えるすぐれ
た耐食性を備えた材料の開発が望まれている。 かかる要望を満たす材料としては以下のような
特性を備えていることが必要である。 すなわち、軽水炉使用済み核燃料を再処理する
際に見られるような高温硝酸溶液中で使用される
材料では、硝酸に対する耐食性、つまり耐硝酸性
が満足されなければならないのはもちろんのこ
と、Cr⁶⁺イオンや核燃料から混入した酸化剤
（Ru³⁺、Pu⁶⁺、Am⁵⁺、Cs⁴⁺等の各イオン）、すな
わちCr⁶⁺イオンに代表される酸化性イオン（以
下、単にCr⁶⁺イオンと言う）による腐食電位の上
昇に伴う腐食速度の増加、粒界腐食の加速現象に
対してもより優れた抵抗性を具備していなければ
ならない。しかも、装置あるいは部材の組立てに
溶接施工が行われることを考慮した場合、溶接部
の鋭敏化による耐食性劣化を極力押さえることも
必要である。 かくして、本発明の目的とするところは、すぐ
れた溶接性とともに、Cr⁶⁺イオンの存在下あるい
は不存在下でもすぐれた耐食性を示す、特に、使
用済み核燃料の再処理設備用構造材として有用な
２相ステンレス鋼を提供することである。 ここに、本発明者らは、前述の従来材である25
％Cr−20％Ni系合金に対しCrおよびNiの各含有
量を規制することによりフエライト量が30〜70体
積％の２相組織とするとともにSiを添加すること
によつて、粒界腐食への優れた抵抗性を示すとと
もに、Cr⁶⁺イオンの存在下でも、さらには中濃度
ないし高濃度の硝酸のみの環境下でもすぐれた耐
食性を示すことを見い出して本発明を完成したの
である。 よつて、本発明は 重量％で、 Ｃ：0.04％以下、Si：２％を超え、６％以下、 Mn：0.1〜２％、Cr：20〜35％、 Ni：３〜27％、Ｐ：0.02％以下、 Nb，Ti，Ta：少なくとも１種を合計で、Ｃ
（％）の８倍以上、1.0％以下、 Ｎ：0.03％以下、 残部実質的にFe よりなり、フエライト量が30〜70体積％である、
使用済み核燃料の再処理設備用構造材として用い
る耐硝酸性２相ステンレス鋼である。なお、Ｃ：
0.02％以下のときには安定化元素（Nb、Ti、
Ta）を添加しなくてもよく、Ｎ：0.30％以下と
する。 本発明において合金組成を上述のように制限し
た理由は次の通りである。 Ｃ： Ｃは鋭敏化を促進するので耐粒界腐食性を向上
させるためにはＣ含有量はできるだけ低減するこ
とが望ましい。本発明にあつては、Ｃ：0.04％を
越えると、後述するようにＣの安定化元素（Nb、
Ti、Ta）を添加しても耐粒界腐食性が悪くなる
ので、Ｃ含有量は0.04％以下とする。なお、Ｃ含
有量が0.02％以下のときにはこれらの安定化元素
は必ずしも添加しなくてもよい。 Si： SiはCr⁶⁺イオンを含む硝酸溶液の環境下で所要
の耐食性を得るためには２％を超える添加、好ま
しくは2.5％以上必要である。しかし、硝酸だけ
の溶液では耐食性はSi含有量とともに劣化するの
で、上限は６％とする。 Mn： Mnは脱酸剤として0.1〜２％含有させる。 Cr： 高Si系材料において硝酸中での耐食性を満足さ
せるにはSi含有量とともにCr含有量をも増加さ
せる必要があり、本発明にあつては少なくとも20
％必要である。しかし、多量に加えると加工性の
劣化およびコストアツプが生じるため、Cr含有
量の上限を35％とする。 Ni： 本発明に係る組成のフエライト量30〜70体積％
の２相ステンレス鋼を得るために必要な量とし
て、Ni含有量は３〜27％とする。 Ｎ： 通常含有するＮ量として0.03％以下とするが、
安定化元素（Nb，Ti，Ta）を添加しない場合
は、オーステナイト形成元素として0.30％以下含
有させる。なお、製造上の観点からもＮ含有量の
上限は0.30％とする。 Nb，Ti，Ta： Ｃを安定化させて、耐粒界腐食性を向上させる
ため、Nb，Ti，Taのうち少なくとも１種を、合
計で、Ｃ含有量の８倍以上、好ましくは10倍以上
含有させる。ただし、溶接性を考慮し、1.0％以
下とする。Ｃを安定化するという目的からして、
Ｃが0.02％以下のときにはこれらの安定化元素
（Nb，Ti，Ta）は必ずしも添加する必要はない。 Ｐ： 同じく耐粒界腐食性を改善するためにＰは低い
方が望ましく、したがつて、本発明にあつては、
Ｐ含有量は0.02％以下とする。 次に、実施例によつて本発明をさらに説明する
が、それらはいずれも本発明を単に例示するため
のものであつて、本発明がそれらによつて何等制
限されることがないことは理解されるべきであ
る。なお、本明細書においては、特にことわりの
ない限り、「％」は「重量％」である。 実施例 第１表に鋼組成を示す各供試材について、1100
℃×30分加熱×水冷の熱処理を行つた。かくして
得られた供試材を用い、Cr⁶⁺イオンの不存在下お
よび存在下での硝酸溶液中の耐食性試験を行つ
た。この耐食性試験は8N−HNO₃の硝酸溶液お
よび8N−HNO₃＋Cr⁶⁺イオンのCr⁶⁺イオン含有
硝酸溶液をそれぞれ用い、その沸騰溶液の上記各
供試材を48時間浸漬して行つた。 このときの耐食性試験の結果を腐食速度につい
てグラフにまとめて第１図ないし第４図に示す。
図中、各番号は第１表の鋼番号を示す。 第１図は、前記熱処理後、特に溶接による鋭敏
化を想定してさらに650℃×30時間×空冷の熱処
理を施した25％Cr−2.5％Ｃ供試材の粒界腐食に
及ぼすフエライト量の影響を示したものでフエラ
イト量が30〜70体積％で粒界腐食深さは最小にな
る。 第２図は、28％Cr系２相ステンレス鋼の8N−
HNO₃＋Cr⁶⁺イオンの硝酸溶液環境下での腐食速
度のSi含有量依存性を示したものであり、このよ
うな環境下で満足する耐硝酸性を得るには、Cr⁶⁺
イオン濃度0.2ｇ／あるいは2.0ｇ／のいずれ
の場合にあつても、２％超、好ましくは2.5％以
上のSi添加が必要である。図中、〇印はCr⁶⁺イオ
ン濃度0.2ｇ／の場合を、そして△印はCr⁶⁺イ
オン濃度2.0ｇ／の場合をそれぞれ示す。 第３図は、28％Cr系２相ステンレス鋼の8N−
HNO₃溶液中での腐食速度に及ぼすSi含有量の影
響を示すグラフであつて、Cr⁶⁺イオンを含まない
環境下ではSi含有量の増加とともに腐食速度が増
加するのが分かる。したがつて、本発明において
は、Si添加量の上限を６％とする。 第４図は、2.5％添加供試材の同じく8N−
HNO₃溶液中での腐食速度に及ぼすCr含有量の
影響を示すグラフである。2.5％Siという少量の
Si添加材にあつても、20％Cr以上添加すること
によつて腐食速度は著しく減少させ得ることが分
かる。

【表】

【表】 (注) ＊：本発明の範囲外

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例における
耐食性試験の結果をそれぞれまとめて示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、 Ｃ：0.02％以下、Si：２％を超え、６％以下、 Mn：0.1〜２％、Cr：20〜35％、 Ni：３〜27％、Ｐ：0.02％以下、 Ｎ：0.30％以下、 残部実質的にFe よりなり、フエライト量が30〜70体積％である、
   使用済み核燃料の再処理設備用構造材として用い
   る耐硝酸性２相ステンレス鋼。 ２ 重量％で、 Ｃ：0.04％以下、Si：２％を超え、６％以下、 Mn：0.1〜２％、Cr：20〜35％、 Ni：３〜27％、Ｐ：0.02％以下、 Nb、Ti，Ta：少なくとも１種を合計で、Ｃ
   （％）の８倍以上、1.0％以下、 Ｎ：0.30％以下、 残部実質的にFe よりなり、フエライト量が30〜70体積％である、
   使用済み核燃料の再処理設備用構造材として用い
   る耐硝酸性２相ステンレス鋼。