JPH09324233A - ニッケル基合金とその熱処理法 - Google Patents
ニッケル基合金とその熱処理法Info
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- JPH09324233A JPH09324233A JP14545896A JP14545896A JPH09324233A JP H09324233 A JPH09324233 A JP H09324233A JP 14545896 A JP14545896 A JP 14545896A JP 14545896 A JP14545896 A JP 14545896A JP H09324233 A JPH09324233 A JP H09324233A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】高温水中において優れた耐SCC性を有する高
強度Ni基合金を提供する。 【解決手段】重量比で、C:0.01〜0.07%,S
i:0.5%以下,Mn:1.0%以下,Cr:14.
0〜21.0%,Al:0.4〜1.0%,Ti:2.
25〜2.75%,Nb:0.7〜1.2%,Fe:
9.0〜25.0%を含み、残部が実質的にNiからなる
Ni基合金を、1000〜1100℃の温度で所望の時
間加熱する溶体化処理後、650〜750℃の温度で1
0時間以上加熱する時効処理を施し、オーステナイト相
基地にγ′相及びCr23C6を析出させる。
強度Ni基合金を提供する。 【解決手段】重量比で、C:0.01〜0.07%,S
i:0.5%以下,Mn:1.0%以下,Cr:14.
0〜21.0%,Al:0.4〜1.0%,Ti:2.
25〜2.75%,Nb:0.7〜1.2%,Fe:
9.0〜25.0%を含み、残部が実質的にNiからなる
Ni基合金を、1000〜1100℃の温度で所望の時
間加熱する溶体化処理後、650〜750℃の温度で1
0時間以上加熱する時効処理を施し、オーステナイト相
基地にγ′相及びCr23C6を析出させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温水中で優れた
耐応力腐食割れ性を有する析出強化型のニッケル基合金
とその製造法に関する。特に、軽水炉(沸騰水型原子炉
および加圧水型原子炉)の高温水環境中で、各種の押さ
え部品,ばね,ピン,ボルトなどの高強度部材として長
期間の使用に供される耐応力腐食割れ性に優れたニッケ
ル基合金とその熱処理法に関する。
耐応力腐食割れ性を有する析出強化型のニッケル基合金
とその製造法に関する。特に、軽水炉(沸騰水型原子炉
および加圧水型原子炉)の高温水環境中で、各種の押さ
え部品,ばね,ピン,ボルトなどの高強度部材として長
期間の使用に供される耐応力腐食割れ性に優れたニッケ
ル基合金とその熱処理法に関する。
【0002】
【従来の技術】高強度と高耐食性が要求される軽水炉の
炉内機器用高強度部材として、JISG4901〜49
02に規定するNCF 750合金(以下、750合金
という)が使用されている。750合金は、高温水中で
隙間が形成されかつ高い応力が負荷されると応力腐食割
れ(以下、SCCという)を生じる場合がある。
炉内機器用高強度部材として、JISG4901〜49
02に規定するNCF 750合金(以下、750合金
という)が使用されている。750合金は、高温水中で
隙間が形成されかつ高い応力が負荷されると応力腐食割
れ(以下、SCCという)を生じる場合がある。
【0003】750合金の耐SCC性を向上させる方法
として、例えば、特開昭56−169741号公報に示さ
れるような熱処理方法の改善がある。また、例えば、特
開昭61−76641 号公報に示されるような、合金中の微
量元素含有量を制御する方法がある。
として、例えば、特開昭56−169741号公報に示さ
れるような熱処理方法の改善がある。また、例えば、特
開昭61−76641 号公報に示されるような、合金中の微
量元素含有量を制御する方法がある。
【0004】これらは主要合金元素組成を変更すること
なしに耐SCC性の改良を図るものであるが、積極的に
主要合金組成を改良することによる耐SCC性向上方法
も検討されている。例えば、特開昭61−139632号公報で
は、750合金相当の組成にMoを添加することにより
耐SCC性を向上できることが示されている。また、特
開昭57−123948号公報では、大幅にCr含有量を高める
とともにMoを含有させた組成を有する合金の特性が7
50合金を上回ることが示されている。
なしに耐SCC性の改良を図るものであるが、積極的に
主要合金組成を改良することによる耐SCC性向上方法
も検討されている。例えば、特開昭61−139632号公報で
は、750合金相当の組成にMoを添加することにより
耐SCC性を向上できることが示されている。また、特
開昭57−123948号公報では、大幅にCr含有量を高める
とともにMoを含有させた組成を有する合金の特性が7
50合金を上回ることが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、750合
金の耐SCC性は、熱処理条件の変更や微量元素組成制
御によって向上する。しかし、これらの対策によっても
SCCを生じる場合があり、主要合金組成の改良に比べ
て効果はやや小さい。
金の耐SCC性は、熱処理条件の変更や微量元素組成制
御によって向上する。しかし、これらの対策によっても
SCCを生じる場合があり、主要合金組成の改良に比べ
て効果はやや小さい。
【0006】一方、主要合金組成の改良では、高耐食化
元素であるCr,Mo含有量を増やすことで耐SCC性
の向上を達成している。しかし、Crの大幅な含有量増
加は製造時の熱間加工性を著しく悪くし、Moの添加は
オーステナイト基地を不安定にして有害脆化相析出傾向
を増大させる欠点を有している。また、高価なCr及び
Moの含有量増加は原材料コストの上昇にもつながり、
前記の製造面での困難さと相まって合金の製造コストを
大幅に引き上げるという経済的な欠点を有している。
元素であるCr,Mo含有量を増やすことで耐SCC性
の向上を達成している。しかし、Crの大幅な含有量増
加は製造時の熱間加工性を著しく悪くし、Moの添加は
オーステナイト基地を不安定にして有害脆化相析出傾向
を増大させる欠点を有している。また、高価なCr及び
Moの含有量増加は原材料コストの上昇にもつながり、
前記の製造面での困難さと相まって合金の製造コストを
大幅に引き上げるという経済的な欠点を有している。
【0007】本発明の目的は、有害脆化相析出傾向を増
大させるMoを添加することなく、Cr含有量も熱間加
工性の容易な範囲に抑え、なおかつ低価格の合金元素含
有量を増加させることで格段に耐SCC性を向上させた
ニッケル基合金とその熱処理法を提供することにある。
大させるMoを添加することなく、Cr含有量も熱間加
工性の容易な範囲に抑え、なおかつ低価格の合金元素含
有量を増加させることで格段に耐SCC性を向上させた
ニッケル基合金とその熱処理法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかわる耐SCC性に優れたニッケル基合
金は、重量比で、C:0.01〜0.07%,Si:0.
5%以下,Mn:1.0%以下,Cr:14.0〜21.
0%,Al:0.4〜1.0%,Ti:2.25 〜2.7
5,Nb:0.7〜1.2%,Fe:9.0〜25.0%
を含み、残部が実質的にNiからなることを特徴として
いる。
に、本発明にかかわる耐SCC性に優れたニッケル基合
金は、重量比で、C:0.01〜0.07%,Si:0.
5%以下,Mn:1.0%以下,Cr:14.0〜21.
0%,Al:0.4〜1.0%,Ti:2.25 〜2.7
5,Nb:0.7〜1.2%,Fe:9.0〜25.0%
を含み、残部が実質的にNiからなることを特徴として
いる。
【0009】また、本発明にかかわる耐SCC性に優れ
たニッケル基合金の熱処理法として、1000〜110
0℃の温度で所望の時間加熱する溶体化処理後、650
〜750℃の温度で10時間以上加熱する時効処理を施
し、オーステナイト相基地にγ′相及びCr23C6 を析
出させることを特徴としている。
たニッケル基合金の熱処理法として、1000〜110
0℃の温度で所望の時間加熱する溶体化処理後、650
〜750℃の温度で10時間以上加熱する時効処理を施
し、オーステナイト相基地にγ′相及びCr23C6 を析
出させることを特徴としている。
【0010】本発明のニッケル基合金は、軽水炉内で使
用される押さえ部品,ばね,ピン,ボルトなどのよう
に、高温水環境下で高い強度と耐食性の双方が要求され
る部材用合金として広く適用され得る。
用される押さえ部品,ばね,ピン,ボルトなどのよう
に、高温水環境下で高い強度と耐食性の双方が要求され
る部材用合金として広く適用され得る。
【0011】以下、本発明をさらに詳細に説明する。以
下の記載で、組成を表す「%」は、特に断らない限り重
量基準とする。
下の記載で、組成を表す「%」は、特に断らない限り重
量基準とする。
【0012】本発明者らは、750合金の組成改良によ
る耐SCC性向上と製造性,相安定性、経済性の維持の
両立を目指して、耐SCC性に及ぼすCr,Mo,Fe
含有量の影響を検討した。その結果、従来耐食性向上元
素とは考えられていなかったFeの含有量が著しく耐S
CC性に影響し、Moを添加することなしに、低価格元
素であるFeの含有量増加のみで750合金の耐SCC
性を著しく改善できることがわかった。また、Feの含
有量増加と同時にCr含有量を若干高めることも効果の
あることがわかった。この組成変更によってもJISに
規定される750合金と全く同等の高強度特性が保持され
ることを確認した。
る耐SCC性向上と製造性,相安定性、経済性の維持の
両立を目指して、耐SCC性に及ぼすCr,Mo,Fe
含有量の影響を検討した。その結果、従来耐食性向上元
素とは考えられていなかったFeの含有量が著しく耐S
CC性に影響し、Moを添加することなしに、低価格元
素であるFeの含有量増加のみで750合金の耐SCC
性を著しく改善できることがわかった。また、Feの含
有量増加と同時にCr含有量を若干高めることも効果の
あることがわかった。この組成変更によってもJISに
規定される750合金と全く同等の高強度特性が保持され
ることを確認した。
【0013】さらに、金属組織についても調べた結果、
本発明の合金では、粒界にCr23C6が析出している組織
状態の場合に高耐SCC性が得られ、この金属組織状態
は1000〜1100℃での溶体化処理後、650〜7
50℃の温度で10時間以上加熱する時効処理を施した
場合に得られることがわかった。
本発明の合金では、粒界にCr23C6が析出している組織
状態の場合に高耐SCC性が得られ、この金属組織状態
は1000〜1100℃での溶体化処理後、650〜7
50℃の温度で10時間以上加熱する時効処理を施した
場合に得られることがわかった。
【0014】本発明は、この新知見に基づいてなされた
ものであり、Fe含有量を高めた改良750合金を提供
するものである。
ものであり、Fe含有量を高めた改良750合金を提供
するものである。
【0015】本発明の合金の各成分の添加目的および組
成範囲の限定理由は次のとおりである。
成範囲の限定理由は次のとおりである。
【0016】C:Cは、Cr23C6 を析出させるために
不可欠な元素である。C含有量が0.01% より少ない
とCr23C6 の析出が不十分となり、耐SCC性が低下
する。一方、0.07% を越えると、Cr23C6 の析出
が引き起こすCr欠乏の影響が顕著になり、耐SCC性
低下の原因になる。従って、C含有量を0.01〜0.0
7%とする。
不可欠な元素である。C含有量が0.01% より少ない
とCr23C6 の析出が不十分となり、耐SCC性が低下
する。一方、0.07% を越えると、Cr23C6 の析出
が引き起こすCr欠乏の影響が顕著になり、耐SCC性
低下の原因になる。従って、C含有量を0.01〜0.0
7%とする。
【0017】Si:Siは、脱酸剤として添加する。添
加量が多いと非金属介在物量が多くなり、機械的特性、
特に延性,靭性に有害であるので、上限を0.5% とす
る。 Mn:Mnは、脱硫剤として添加する。添加量が多いと
非金属介在物量が多くなり、機械的特性、特に延性,靭
性に有害であるので、上限を1.0% とする。 Cr:Crは、耐食性の確保に必要な元素である。特
に、耐SCC性の確保には14.0%以上必要である。
しかし、21.0%より多いCrは熱間加工性を著しく
低下させるので、14.0〜21.0%に限定する。
加量が多いと非金属介在物量が多くなり、機械的特性、
特に延性,靭性に有害であるので、上限を0.5% とす
る。 Mn:Mnは、脱硫剤として添加する。添加量が多いと
非金属介在物量が多くなり、機械的特性、特に延性,靭
性に有害であるので、上限を1.0% とする。 Cr:Crは、耐食性の確保に必要な元素である。特
に、耐SCC性の確保には14.0%以上必要である。
しかし、21.0%より多いCrは熱間加工性を著しく
低下させるので、14.0〜21.0%に限定する。
【0018】Al:Alは、微細な析出強化相γ′を析
出させるために0.4% 以上必要である。しかし、Al
が多すぎると粗大なγ′が生成しやすくなり、強度が確
保できなくなるため、0.4〜1.0%の範囲に限定す
る。
出させるために0.4% 以上必要である。しかし、Al
が多すぎると粗大なγ′が生成しやすくなり、強度が確
保できなくなるため、0.4〜1.0%の範囲に限定す
る。
【0019】Ti:Tiは、微細な析出強化相γ′を析
出させるために2.0〜3.0%必要である。2.25〜
2.75%を好適範囲とする。
出させるために2.0〜3.0%必要である。2.25〜
2.75%を好適範囲とする。
【0020】Nb:Nbは、微細な析出強化相γ′中の
Tiの代替元素として0.7〜1.2%含有させる。
Tiの代替元素として0.7〜1.2%含有させる。
【0021】Fe:Feは、耐SCC性の向上元素であ
る。9.0% 以上の添加でこの効果が顕著である。しか
し、多量に添加しすぎると、強度を確保するための微細
な析出強化相γ′の析出を阻害し、高強度が得られなく
なる。高耐SCC性と高強度を両立できる含有量の範囲
として、9.0〜25.0%に限定する。
る。9.0% 以上の添加でこの効果が顕著である。しか
し、多量に添加しすぎると、強度を確保するための微細
な析出強化相γ′の析出を阻害し、高強度が得られなく
なる。高耐SCC性と高強度を両立できる含有量の範囲
として、9.0〜25.0%に限定する。
【0022】
【発明の実施の形態】表1に示す化学組成(重量%)の
本発明の合金7種,比較材7種を真空溶解法にて溶製
し、熱間鍛造した後、1066℃で1時間加熱後水冷す
る溶体化処理を行い、次いで704℃で20時間加熱後
空冷する時効処理を施した。
本発明の合金7種,比較材7種を真空溶解法にて溶製
し、熱間鍛造した後、1066℃で1時間加熱後水冷す
る溶体化処理を行い、次いで704℃で20時間加熱後
空冷する時効処理を施した。
【0023】
【表1】
【0024】熱処理後、厚さ2mm,幅10mm,長さ50
mmの試験片を切り出し、SCC試験を行った。SCC感
受性は、高温高圧水中における隙間付き定ひずみ曲げ型
試験(CBB試験)により評価した。試験条件は、通常
のCBB試験のSCC試験1と、高温水中に塩素イオン
を添加してSCCを促進したCBB試験のSCC試験2
を実施した。これらの条件を以下に示す。
mmの試験片を切り出し、SCC試験を行った。SCC感
受性は、高温高圧水中における隙間付き定ひずみ曲げ型
試験(CBB試験)により評価した。試験条件は、通常
のCBB試験のSCC試験1と、高温水中に塩素イオン
を添加してSCCを促進したCBB試験のSCC試験2
を実施した。これらの条件を以下に示す。
【0025】SCC試験1 試験温度:288℃ 圧力:85kg/cm2 溶存酸素:8ppm 隙間形成材:グラファイトウール ひずみ:1% 試験時間:500時間 SCC試験2 試験温度:288℃ 圧力:85kg/cm2 溶存酸素:8ppm 隙間形成材:グラファイトウール ひずみ:1% 薬品添加:塩素イオン 試験時間:500時間 表2にSCC試験結果を示す。
【0026】
【表2】
【0027】通常の試験条件であるSCC試験1では、
本発明材はいずれもSCCを生じていない。一方、比較
材ではいずれもSCCが発生している。また、過酷試験
であるSCC試験2では、比較材では200μm以上の
深い割れが発生しているが、本発明材では、いずれも1
00μm前後の小さい割れである。これらの結果は、本
発明材が優れた耐SCC性を有することを示している。
本発明材はいずれもSCCを生じていない。一方、比較
材ではいずれもSCCが発生している。また、過酷試験
であるSCC試験2では、比較材では200μm以上の
深い割れが発生しているが、本発明材では、いずれも1
00μm前後の小さい割れである。これらの結果は、本
発明材が優れた耐SCC性を有することを示している。
【0028】図1に耐SCC性に及ぼすFe含有量の影
響を示す。これらは、表1の記号A,B,C,F,G,
IおよびJのSCC試験結果である。すなわち、Cr含
有量が15%前後で、Moを含まない材料で、通常レベ
ルのCを含有する材料でFe含有量の影響を見たもので
ある。本発明の範囲である、9%以上のFe含有で、耐
SCC性が著しく向上している。
響を示す。これらは、表1の記号A,B,C,F,G,
IおよびJのSCC試験結果である。すなわち、Cr含
有量が15%前後で、Moを含まない材料で、通常レベ
ルのCを含有する材料でFe含有量の影響を見たもので
ある。本発明の範囲である、9%以上のFe含有で、耐
SCC性が著しく向上している。
【0029】図2に耐SCC性に及ぼすCr含有量の影
響を示す。本発明材の記号C,D,Eと比較材の記号
J,K,Lの合金のSCC試験2の結果をプロットした
ものである。Cr添加は耐SCC性を向上させるが、F
e含有量が本発明の範囲より低い場合には、十分な高耐
SCC性は得られない。
響を示す。本発明材の記号C,D,Eと比較材の記号
J,K,Lの合金のSCC試験2の結果をプロットした
ものである。Cr添加は耐SCC性を向上させるが、F
e含有量が本発明の範囲より低い場合には、十分な高耐
SCC性は得られない。
【0030】図3に耐SCC性に及ぼすC含有量の影響
を示す。本発明材全部と、記号Hの比較材のSCC試験
結果をプロットしたものである。記号Hの比較材は、C
含有量のみが本発明の組成範囲からはずれている。C含
有量が0.01% より低いと耐SCC性が低下すること
が示されている。本発明のC含有量範囲である0.01〜
0.07% の範囲では、高耐SCC性が得られている。
を示す。本発明材全部と、記号Hの比較材のSCC試験
結果をプロットしたものである。記号Hの比較材は、C
含有量のみが本発明の組成範囲からはずれている。C含
有量が0.01% より低いと耐SCC性が低下すること
が示されている。本発明のC含有量範囲である0.01〜
0.07% の範囲では、高耐SCC性が得られている。
【0031】これらの結果から、本発明のニッケル基合
金を高温水中で使用した場合には、優れた耐SCC性が
発揮される。
金を高温水中で使用した場合には、優れた耐SCC性が
発揮される。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、高温水中で優れた耐S
CC性を有し、特に、軽水炉の高温水環境中で長期間の
使用に耐える顕著な効果を有するニッケル基合金からな
る部材が得られる。
CC性を有し、特に、軽水炉の高温水環境中で長期間の
使用に耐える顕著な効果を有するニッケル基合金からな
る部材が得られる。
【図1】耐SCC性に及ぼすFe含有量の特性図。
【図2】応力腐食割れ深さに及ぼすFe含有量の特性
図。
図。
【図3】応力腐食割れ深さに及ぼすCr含有量の特性
図。
図。
Claims (2)
- 【請求項1】重量比で、C:0.01〜0.07%,S
i:0.5%以下,Mn:1.0%以下,Cr:14.0
〜21.0%,Al:0.4〜1.0%,Ti:2.25〜
2.75,Nb:0.7〜1.2%,Fe:9.0〜25.
0%を含み、残部が実質的にNiからなることを特徴と
するニッケル基合金。 - 【請求項2】請求項1において、前記ニッケル基合金
を、1000〜1100℃の温度で所望の時間加熱する
溶体化処理後、650〜750℃の温度で10時間以上
加熱する時効処理を施し、オーステナイト相基地にγ′
相及びCr23C6 を析出させるニッケル基合金の熱処理
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14545896A JPH09324233A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | ニッケル基合金とその熱処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14545896A JPH09324233A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | ニッケル基合金とその熱処理法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09324233A true JPH09324233A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15385704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14545896A Pending JPH09324233A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | ニッケル基合金とその熱処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09324233A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8958523B2 (en) | 2008-05-28 | 2015-02-17 | Westinghouse Electric Sweden Ab | Spacer grid |
-
1996
- 1996-06-07 JP JP14545896A patent/JPH09324233A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8958523B2 (en) | 2008-05-28 | 2015-02-17 | Westinghouse Electric Sweden Ab | Spacer grid |
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