JPH055158A - 高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPH055158A JPH055158A JP15638091A JP15638091A JPH055158A JP H055158 A JPH055158 A JP H055158A JP 15638091 A JP15638091 A JP 15638091A JP 15638091 A JP15638091 A JP 15638091A JP H055158 A JPH055158 A JP H055158A
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】中性子照射による粒界応力腐食割れを防止する
ことのできる原子炉内材料として適したオーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 【構成】Ｍｎ８〜１２重量％，Ｎｉ５〜８重量％，Ｃｒ
１８〜２２重量％、Ｃ 0.1重量％以下，Ｐ 0.03 重量％
以下，Ｓ 0.003重量％以下，Ｓｉ 0.5重量％以下および
残部をＦｅからなることを特徴とする耐粒界腐食割れ性
を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼。また上記
組成にＭｏ２〜３重量％およびＮｂ 1.0重量％以下を添
加してさらに耐粒界腐食割れ性を向上させたオーステナ
イト系ステンレス鋼。また、これらの組成にさらにＹ
1.5〜１重量％を添加して耐全面腐食性を向上させたオ
ーステナイト系ステンレス鋼。
ことのできる原子炉内材料として適したオーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 【構成】Ｍｎ８〜１２重量％，Ｎｉ５〜８重量％，Ｃｒ
１８〜２２重量％、Ｃ 0.1重量％以下，Ｐ 0.03 重量％
以下，Ｓ 0.003重量％以下，Ｓｉ 0.5重量％以下および
残部をＦｅからなることを特徴とする耐粒界腐食割れ性
を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼。また上記
組成にＭｏ２〜３重量％およびＮｂ 1.0重量％以下を添
加してさらに耐粒界腐食割れ性を向上させたオーステナ
イト系ステンレス鋼。また、これらの組成にさらにＹ
1.5〜１重量％を添加して耐全面腐食性を向上させたオ
ーステナイト系ステンレス鋼。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐粒界腐食割れ性の改
善されたオーステナイト系ステンレス鋼に係り、特に原
子炉内で中性子照射を受ける原子炉用機器に好適なオー
ステナイト系ステンレス鋼に関する。
善されたオーステナイト系ステンレス鋼に係り、特に原
子炉内で中性子照射を受ける原子炉用機器に好適なオー
ステナイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼は、制御
棒，炉内計装管等の原子炉炉内用機器材料として使用さ
れており、例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４鋼は次の組
成を有する。 Ｎｉ： 8.00 〜10.5 重量％ Ｃｒ：18.00 〜20.00 重量％ Ｃ： 0.08 重量％以下 Ｍｎ： 2.0 重量％以下 Ｐ： 0.045重量％以下 Ｓ： 0.003重量％以下 Ｓｉ： 1.00 重量％以下 これらの炉内機器は、高温水という環境に置かれる上
に、他の原子炉構成材料に比べても高い中性子照射下で
使用され、かかる環境下において、オーステナイト系ス
テンレス鋼は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こ
すことがある。ＩＧＳＣＣの主たる材料側の因子は、溶
接などの熱サイクルによる粒界炭化物の形成とそれに伴
う粒界近傍におけるクロム欠乏層の形成、すなわち、溶
接鋭敏化である。しかしながら近年、熱による鋭敏化が
全く起こっていない溶体化オーステナイト系ステンレス
鋼においても、照射を受けた場合応力腐食割れを示す可
能性が報告されている（例えば「オーステナイト系材料
の応力腐食割れに関する照射環境の影響」W.E.Clarke a
nd A.J.Jacobs ，Proceedings of the first Internati
onal Symposium on Environmental Degradation of Mat
erials in Nuclear Power System-Water Reactors ，My
tle Beech, South Carolina, P.451, August,1983 を
参照）。
棒，炉内計装管等の原子炉炉内用機器材料として使用さ
れており、例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４鋼は次の組
成を有する。 Ｎｉ： 8.00 〜10.5 重量％ Ｃｒ：18.00 〜20.00 重量％ Ｃ： 0.08 重量％以下 Ｍｎ： 2.0 重量％以下 Ｐ： 0.045重量％以下 Ｓ： 0.003重量％以下 Ｓｉ： 1.00 重量％以下 これらの炉内機器は、高温水という環境に置かれる上
に、他の原子炉構成材料に比べても高い中性子照射下で
使用され、かかる環境下において、オーステナイト系ス
テンレス鋼は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こ
すことがある。ＩＧＳＣＣの主たる材料側の因子は、溶
接などの熱サイクルによる粒界炭化物の形成とそれに伴
う粒界近傍におけるクロム欠乏層の形成、すなわち、溶
接鋭敏化である。しかしながら近年、熱による鋭敏化が
全く起こっていない溶体化オーステナイト系ステンレス
鋼においても、照射を受けた場合応力腐食割れを示す可
能性が報告されている（例えば「オーステナイト系材料
の応力腐食割れに関する照射環境の影響」W.E.Clarke a
nd A.J.Jacobs ，Proceedings of the first Internati
onal Symposium on Environmental Degradation of Mat
erials in Nuclear Power System-Water Reactors ，My
tle Beech, South Carolina, P.451, August,1983 を
参照）。
【０００３】照射による材料への影響としては、照射に
よって引き起こされる照射誘起偏析によりＳｉ（ケイ
素）あるいはＰ（リン）等が粒界に濃縮し耐食性が低下
することが考えられる。
よって引き起こされる照射誘起偏析によりＳｉ（ケイ
素）あるいはＰ（リン）等が粒界に濃縮し耐食性が低下
することが考えられる。
【０００４】上記の原因に着目して、不純物元素量を限
定することにより、高照射を受けた場合の耐粒界腐食割
れを改善することが考えられ、高純度オーステナイト系
ステンレス鋼が開発されている（例えば、「オーステナ
イト鋼の粒界腐食」（J.Armijo：Intergranular Corros
ion of Nonsensitized Austenitic Steels, Corrosion
NACE，Jan. 1968, P24）あるいは「ＢＷＲ及びＰＷＲ炉
心におけるオーステナイト系ステンレス鋼及びＮｉ基合
金の変形特性」（ F. Garazarolli et al.,Proceeding
of the third International Symposium on Environmen
tal Degradation of Materials in Nuclear Power Sysl
em-Water Reactors, Montory Californial, P.442 Sep
t. P.442(1983) 等を参照）。
定することにより、高照射を受けた場合の耐粒界腐食割
れを改善することが考えられ、高純度オーステナイト系
ステンレス鋼が開発されている（例えば、「オーステナ
イト鋼の粒界腐食」（J.Armijo：Intergranular Corros
ion of Nonsensitized Austenitic Steels, Corrosion
NACE，Jan. 1968, P24）あるいは「ＢＷＲ及びＰＷＲ炉
心におけるオーステナイト系ステンレス鋼及びＮｉ基合
金の変形特性」（ F. Garazarolli et al.,Proceeding
of the third International Symposium on Environmen
tal Degradation of Materials in Nuclear Power Sysl
em-Water Reactors, Montory Californial, P.442 Sep
t. P.442(1983) 等を参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、高純
度オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｓ，Ｐ等の不純物
を低減することにより耐粒界腐食割れ性が改善されると
考えられ開発されてきたが、必ずしも所期の目的どおり
には耐食性が改善されない場合がある。この原因とし
て、照射によって引き起こされる照射誘起偏析により、
Ｃｒ（クロム）が粒界で欠乏し粒界の耐食性が低下する
ことが考えられる。なお、照射によるクロム欠乏層の形
成は溶接鋭敏化とは異なり粒界炭化物の形成は伴わな
い。
度オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｓ，Ｐ等の不純物
を低減することにより耐粒界腐食割れ性が改善されると
考えられ開発されてきたが、必ずしも所期の目的どおり
には耐食性が改善されない場合がある。この原因とし
て、照射によって引き起こされる照射誘起偏析により、
Ｃｒ（クロム）が粒界で欠乏し粒界の耐食性が低下する
ことが考えられる。なお、照射によるクロム欠乏層の形
成は溶接鋭敏化とは異なり粒界炭化物の形成は伴わな
い。
【０００６】本発明は上記の状況に鑑みてされたもの
で、オーステナイト系ステンレス鋼において、照射によ
るクロム欠乏層の形成を阻止することにより耐粒界腐食
割れ性を向上できる鉄基合金材料を提供することを目的
とするものである。
で、オーステナイト系ステンレス鋼において、照射によ
るクロム欠乏層の形成を阻止することにより耐粒界腐食
割れ性を向上できる鉄基合金材料を提供することを目的
とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｍ
ｎ（マンガン）８〜１２重量％，Ｎｉ（ニッケル）５〜
８重量％，Ｃｒ（クロム）１８〜２２重量％，Ｃ（炭
素） 0.1重量％以下，Ｐ（リン）0.03重量％以下，Ｓ
（イオウ） 0.003重量％以下，Ｓｉ（ケイ素） 0.5重量
％以下および残部をＦｅ（鉄）からなる元素組成を有す
ることを特徴とする。さらにこの組成にＭｏ（モリブデ
ン）２〜３重量％およびＮｂ（ニオブ）を１重量％以下
添加することをも特徴とするものである。また上記の耐
粒界腐食性及び耐全面腐食性をさらに改善するために、
Ｙ（イットリウム）を 0.5〜１重量％添加することも特
徴とするものである。
に、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｍ
ｎ（マンガン）８〜１２重量％，Ｎｉ（ニッケル）５〜
８重量％，Ｃｒ（クロム）１８〜２２重量％，Ｃ（炭
素） 0.1重量％以下，Ｐ（リン）0.03重量％以下，Ｓ
（イオウ） 0.003重量％以下，Ｓｉ（ケイ素） 0.5重量
％以下および残部をＦｅ（鉄）からなる元素組成を有す
ることを特徴とする。さらにこの組成にＭｏ（モリブデ
ン）２〜３重量％およびＮｂ（ニオブ）を１重量％以下
添加することをも特徴とするものである。また上記の耐
粒界腐食性及び耐全面腐食性をさらに改善するために、
Ｙ（イットリウム）を 0.5〜１重量％添加することも特
徴とするものである。
【０００８】
【作用】中性子照射により生ずる粒界のＣｒ欠乏は、照
射誘起偏析によるものである。これは、熱鋭敏化による
Ｃｒ欠乏とは異なり、Ｃｒ炭化物の生成は伴わない。照
射下ではＣｒは、照射によって生成する過剰の原子空孔
を媒体として粒界から欠乏してゆく。従ってこれを防止
するためには、照射によって生成する過剰の原子空孔を
トラップするか、Ｃｒの代償として優先的に粒界から欠
乏するＣｒよりも原子半径の大きい元素を添加すること
が有効な手段である。
射誘起偏析によるものである。これは、熱鋭敏化による
Ｃｒ欠乏とは異なり、Ｃｒ炭化物の生成は伴わない。照
射下ではＣｒは、照射によって生成する過剰の原子空孔
を媒体として粒界から欠乏してゆく。従ってこれを防止
するためには、照射によって生成する過剰の原子空孔を
トラップするか、Ｃｒの代償として優先的に粒界から欠
乏するＣｒよりも原子半径の大きい元素を添加すること
が有効な手段である。
【０００９】従来炉内構成材として用いられるオーステ
ナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４鋼あるいはＳＵＳ３
１６鋼、またはこれらを高純度化したものについては、
ＪＩＳの規格でＭｎ量は２％以下である。本発明におい
ては、Ｃｒよりも原子半径の大きいＭｎを従来例の４〜
６倍の８〜１２重量％まで増すことによりＣｒの欠乏層
の形成を防止している。また加工性に優れるオーステナ
イト相を保持する上でＭｎはオーステナイト安定化元素
として働く。従ってＭｎ量を増すことにより、もう一つ
のオーステナイト形成元素である高価なＮｉを節約する
ことができる。さらにフェライト相形成元素であるが、
照射によるＣｒ欠乏層を防止する働きのある、Ｃｒより
も原子半径の大きいＮｂ，Ｍｏもオーステナイト相を保
持した状態で上述の量まで添加することができ、耐食性
を向上できる。
ナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４鋼あるいはＳＵＳ３
１６鋼、またはこれらを高純度化したものについては、
ＪＩＳの規格でＭｎ量は２％以下である。本発明におい
ては、Ｃｒよりも原子半径の大きいＭｎを従来例の４〜
６倍の８〜１２重量％まで増すことによりＣｒの欠乏層
の形成を防止している。また加工性に優れるオーステナ
イト相を保持する上でＭｎはオーステナイト安定化元素
として働く。従ってＭｎ量を増すことにより、もう一つ
のオーステナイト形成元素である高価なＮｉを節約する
ことができる。さらにフェライト相形成元素であるが、
照射によるＣｒ欠乏層を防止する働きのある、Ｃｒより
も原子半径の大きいＮｂ，Ｍｏもオーステナイト相を保
持した状態で上述の量まで添加することができ、耐食性
を向上できる。
【００１０】上記の耐粒界腐食性の改善に加えて、耐全
面腐食性を向上させるために、Ｙ元素を 0.5〜１重量％
添加することは有効である。これはＹ元素がステンレス
鋼の酸化皮膜と母相金属の間にＹ2 Ｏ3 の中間相を作る
ため、酸化皮膜の耐食性を向上するからである。またＹ
はＣｒに比較して原子半径の大きな金属であるため照射
によるＣｒ欠乏の形成も防止する作用がある。
面腐食性を向上させるために、Ｙ元素を 0.5〜１重量％
添加することは有効である。これはＹ元素がステンレス
鋼の酸化皮膜と母相金属の間にＹ2 Ｏ3 の中間相を作る
ため、酸化皮膜の耐食性を向上するからである。またＹ
はＣｒに比較して原子半径の大きな金属であるため照射
によるＣｒ欠乏の形成も防止する作用がある。
【００１１】
【実施例】まず本発明の合金組成においてオーステナイ
ト相を保持できるか否かを図１に示すクライナーらによ
る基本的なＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎステンレス鋼の組織図を用
いて説明する。１２００℃に熱処理してそれから水冷し
た場合、Ｎｉ量を本発明の範囲である６重量％とした場
合には、Ｍｎ量は８重量％，Ｃｒ量は２２重量％まで添
加可能であり、本組成の範囲でγ相（オーステナイト
相）を得られることがわかる。これに対して、比較のた
めＮｉ量を２重量％とすると、この場合にはＭｎ量を増
加させてもＣｒ量１８重量％でγ相単相が得られない。
これから本発明における組成のオーステナイト相（γ
相）での安定性が確認できる。
ト相を保持できるか否かを図１に示すクライナーらによ
る基本的なＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎステンレス鋼の組織図を用
いて説明する。１２００℃に熱処理してそれから水冷し
た場合、Ｎｉ量を本発明の範囲である６重量％とした場
合には、Ｍｎ量は８重量％，Ｃｒ量は２２重量％まで添
加可能であり、本組成の範囲でγ相（オーステナイト
相）を得られることがわかる。これに対して、比較のた
めＮｉ量を２重量％とすると、この場合にはＭｎ量を増
加させてもＣｒ量１８重量％でγ相単相が得られない。
これから本発明における組成のオーステナイト相（γ
相）での安定性が確認できる。
【００１２】次に、本発明の合金および従来の合金のそ
れぞれに電子線照射実験を実施して、照射によるＣｒの
粒界欠乏の程度を調べた。測定は粒界近傍のＣｒの濃度
分布をエネルギー分散型Ｘ線分光装置で測定して行っ
た。
れぞれに電子線照射実験を実施して、照射によるＣｒの
粒界欠乏の程度を調べた。測定は粒界近傍のＣｒの濃度
分布をエネルギー分散型Ｘ線分光装置で測定して行っ
た。
【００１３】上記試験は次の各合金について行った。 本発明 合金Ａ：Ｍｎ１０重量％，Ｎｉ 6.5重量％，Ｃ
ｒ２０重量％，Ｃ 0.1重量％以下，Ｐ 0.03 重量％以
下，Ｓ 0.003重量％以下，Ｓｉ 0.5重量％以下，残部Ｆ 合金Ｂ：合金Ａ＋Ｍｏ 2.5重量％，Ｎｂ 1.0重量％以下 従来例 ：ＳＵＳ３０４鋼
ｒ２０重量％，Ｃ 0.1重量％以下，Ｐ 0.03 重量％以
下，Ｓ 0.003重量％以下，Ｓｉ 0.5重量％以下，残部Ｆ 合金Ｂ：合金Ａ＋Ｍｏ 2.5重量％，Ｎｂ 1.0重量％以下 従来例 ：ＳＵＳ３０４鋼
【００１４】その結果を図２に示す。図２において縦軸
は、Ｃｒの濃度の粒界と粒内の比、すなわち照射による
Ｃｒの粒界欠乏の程度を示す。この図に示すように、本
実施例に示す組成においては、ＪＩＳ規格におけるオー
ステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＳＵＳ３０
４鋼のようなＭｎ量が２重量％以下の鋼種に比較して、
Ｃｒの粒界からの欠乏が低減されることがわかる。また
ＮｂおよびＭｏを併せて添加することによりさらにＣｒ
の粒界からの欠乏が低減されることがわかる。これらの
結果より、本発明のものは照射されても十分耐粒界腐食
割れ性を維持することができることが確認された。
は、Ｃｒの濃度の粒界と粒内の比、すなわち照射による
Ｃｒの粒界欠乏の程度を示す。この図に示すように、本
実施例に示す組成においては、ＪＩＳ規格におけるオー
ステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＳＵＳ３０
４鋼のようなＭｎ量が２重量％以下の鋼種に比較して、
Ｃｒの粒界からの欠乏が低減されることがわかる。また
ＮｂおよびＭｏを併せて添加することによりさらにＣｒ
の粒界からの欠乏が低減されることがわかる。これらの
結果より、本発明のものは照射されても十分耐粒界腐食
割れ性を維持することができることが確認された。
【００１５】次に上記実施例における合金Ｂの組成に、
さらにＹを 0.5〜 1.0重量％添加した場合、および添加
しなかった場合について、２５０℃高温水中での耐食性
に及ぼす効果を調べた。結果を図３に示す。本図から分
かるようにＹの添加により耐全面腐食性が向上すること
がわかる。
さらにＹを 0.5〜 1.0重量％添加した場合、および添加
しなかった場合について、２５０℃高温水中での耐食性
に及ぼす効果を調べた。結果を図３に示す。本図から分
かるようにＹの添加により耐全面腐食性が向上すること
がわかる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のオーステ
ナイト系ステンレス鋼は、中性子照射に対して優れた耐
粒界腐食割れ性を有し、炉内機器用材料として優れてい
る。また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼はＭ
ｎ量が多く、高価なＮｉを節約することができる。
ナイト系ステンレス鋼は、中性子照射に対して優れた耐
粒界腐食割れ性を有し、炉内機器用材料として優れてい
る。また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼はＭ
ｎ量が多く、高価なＮｉを節約することができる。
【図１】Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系の組織図。
【図２】本発明のオーステナイト系ステンレス鋼と従来
のオーステナイト系ステンレス鋼の照射によるＣｒの粒
界欠乏の関係を示す図。
のオーステナイト系ステンレス鋼の照射によるＣｒの粒
界欠乏の関係を示す図。
【図３】本発明においてＹを添加したことによる全面腐
食性に及ぼす効果を示す図。
食性に及ぼす効果を示す図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｍｎ８〜１２重量％，Ｎｉ５〜８重量
％，Ｃｒ１８〜２２重量％、Ｃ 0.1重量％以下，Ｐ 0.0
3 重量％以下，Ｓ 0.003重量％以下，Ｓｉ 0.5重量％以
下および残部をＦｅからなることを特徴とする高粒界耐
食性オーステナイト系ステンレス鋼。 【請求項２】 上記請求項１においてさらにＭｏ２〜３
重量％およびＮｂ1.0 重量％以下を含有することを特徴
とする高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。 【請求項３】 上記請求項１においてさらにＹ 0.5〜１
重量％を含有することを特徴とする高粒界耐食性オース
テナイト系ステンレス鋼。 【請求項４】 上記請求項２においてさらにＹ 0.5〜１
重量％を含有することを特徴とする高粒界耐食性オース
テナイト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15638091A JPH055158A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15638091A JPH055158A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055158A true JPH055158A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=15626489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15638091A Pending JPH055158A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 高粒界耐食性オーステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH055158A (ja) |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP15638091A patent/JPH055158A/ja active Pending
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