JPS5881955A

JPS5881955A - 高温ガス炉用耐熱鋼

Info

Publication number: JPS5881955A
Application number: JP17906781A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tamura; 学田村; Tatsuo Kondo; 近藤　達男
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1983-05-17
Also published as: DE3241414C2; DE3241414A1; JPH0147546B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高温ガス炉用耐熱−に関する。詳しくは、本発
明に不純な不活性ガク中ですぐれた耐食性とすぐれた高
温強度を有する高温ガス炉用耐熱鋼に関する。

隔温ガス炉用の構造＠料のうち、高温部はハステロイ−
Ｘ合金などを主体とするＮｉ　　基超合金が使用されよ
うとしているが、これらの材料のほとんどは２０重量％
を超える多量のクロムを含有しているために、通常の酸
化性ガス中の常識とは逆に、不純ヘリウム中では耐酸化
性が十分でない。

この場合、適量のシリコンとマンガンを添加することに
よって１ｌｊ１ｆ化性を改善することもできるがなお十
分でない。またこれらの合金・は一般に高他なモリブデ
ン、タングステンおよびニッケルなどの合金元Ｘ−＋犬
量に含んでいるためにこれらの合金は総じて商価という
欠点をもっている。

本発明の目的はこのような欠点を補うために安口な鉄基
＠利″でハステロイ−Ｘ合金よりもすぐれた耐酸化性と
・・ステロイーＸ谷金に匹敵する商混強度を有する高温
ガ、ス炉用耐熱材料を提供することである。

本願発明者等は、鋭意研究の結果、本発明の炭素０．０
２〜０２重量％、シリコン０．０５〜２０重量％、マン
ガン０．０５〜２．０重量％、クロへ８〜１５重ｔ％、
ニッケル８７−１３．５！ｔ％、アルミニウム０．３重
量％以下、モリブデン３．５〜８重量％、チタンおよび
ニオブをそれぞれ０．０１〜１．０重量％の範囲で単独
または複合添力口し、残部は溶製上不可避の不純物と鉄
よシなる不純ヘリウムガス中ですぐれた耐酸化性と高温
強度を有する高温ガス炉用耐熱鋼によってこの目的を達
成した。

而して、本願発明の、達成に当り、本願発明者等は９下
の点を考慮して最適の合金組成範囲を定めた。具体的に
説明する。

（１）　　炭素量は０．０２重量％以下では炭化物によ
る強化が期待できずまた０、　２重量％以上では結晶粒
度調整がむづかしくなるので、０．０２〜０，２重量％
とする。

（２）　　シリコン：　０．０５〜２を量％。シリコン
ハ脱酸剤として欠くことのできない元素であシ、また不
純ヘリウム中の被膜のはく離に対して有効な元素である
が、２重量％以上の多量を含有すると非金槁介在物が増
えるので上限を２重量％とする。また、０．０５重量％
以下では効果が期待できない。

（３）　　マンガン：　ｏ、　０５〜２重量％。マンガ
ンハシリコンとともに脱酸剤として有効であるばかりで
なく、不純ヘリウム中では、クロムとともにクロム−マ
ンガンスピネル酸化物を形成し耐酸化性に寄与するが２
重量％以上工は加工性を害する。また、００５重量％以
下では効果が期待できない。

（４）　　クロム：８〜１５重量％。不純ヘリウム中で
はクロムが少ない万が耐酸化性は良いがクロムが８重量
％以下ではオーステナイト地の強さが維持できず１．ま
た炭化物による強化作用も期待できない。しかも、クロ
ム量が１５重量％以上になると不純ヘリウム中における
耐酸化性が悪くなるので上限を１５重量％とする。

（５）　　ニッケル２８〜１３．５重量％。オースティ
ナイト地を安定化させるためにはニッケル８重量％以上
の添刀口が必要であり、安価な鉄基材料を供給するとい
う目的のためにニッケルの上限を１３．５重量％とする
。

（６）　　アルミニウム＝０３重量％以下、アルミニウ
ムは脱酸剤として有効であるが、０３重量％以上添卵重
ると内部酸化が著しくなる。

（７）　　モリブデン＝３．５〜８重量％、モリブデン
は３５東量％以下ではオーステナイト地が強化されず、
またＭｏ６ＣおよびＦ’ｅ２Ｍｏ相による析出強化作用
が望めない、モリブデン全８重量％以上添加すると、本
合金糸ではオースティナイト地を安定化することは困難
となり、靭性が低下するので上限を８厘量％とする。

（８〕　　チタンおよびニオブｆｌ　０．０１〜１．０
重量％の範囲でそれぞれ単独にまたは複合して添刀口す
る。

チタンまたはニオブはごく微量でも炭化物の形状寸法を
制御できる。炭化物の微細分散効果を狙うにはチタンま
たはニオブのいずれか一万を少なくとも０．０１１厘量
祭加する必要があり、接合添加するとさらにその効果は
一段と強められるが、それぞれｌｉ童％以上になると溶
接性、製造性全書する。

（９）　　残！ｌｌ：不純物以外は鉄上記の組成範囲の細面を溶製し、１０梅鋼塊を作製し、
熱間Ｉｆ姑さらに固溶化処理したあと、高温ガス炉近（
ＩＪヘリウムガス中でフリープ破断拭験および腐食試験
ヲ行なった。ヘリウムガク中の不純物量の測定例は以下
のとおりである。水素２０５゜メタン５，００９５，０
０２２ｐｐｍｂ　０２　　検出限界以下。この試験結果
を化学組成とともに第１表に示す。

クロム量の高い比Ｉ！！！２釦１、従来鋼に比べ本発明
軸の酸化増量は著しく少ない。不純ヘリウム中のクリー
プ破断強さは表から明らかなように数％以上のモリブデ
ンを添刀口することによって得られ、かつ微量のチタン
およびニオブを単独または複合添加することによってそ
の強度は一段と高められ、ごくわずかの合金元素を含む
鉄基耐熱釦１でありなからＮｉ　　基の従来合金である
ハステロイ−Ｘ合金に匹敵する強度を示す。当然のこと
ながら本ｔｍはオースティナイト’１安定化させている
ために、時効後のＵ性は、従来鋼であるインコロイ８０
０合金、ハヌテロイーＸ合金と同等以上の値を示す。

第２表に一例を示す。

本発明は不純ヘリウム中では低Ｏｒ　　の方が耐食性が
優れているという事実と結果論であるが不純ヘリウム中
のクリープ強さを高める方法として大気中でよく知られ
ているＭｏ　による強化およびＴ１Ｎｂ　　による強化
作用が不純ヘリウム中でも使えることを基礎にしたもの
であるが、本発明の要点は、耐食性を部上させるために
通常耐熱鉗・１に含まれるフェライト安定化元素である
クロムを大幅に低減させ、その分だけ高価なオーステナ
イト安定化元系であるニッケルを減じ、さらに、フェラ
イト安定化元素であるが強い強化作用をもつモリブデン
、チタン、ニオブ１１口して、安価で不純ヘリウム中で
優れた鋼を提供することにある。

本発明の高協ガス炉用耐熱−ｕ１は増殖炉のランバー管
、高温ガス炉における制御棒、ダクト拐、中間熱交換器
など低識化ボテンンヤル中ですぐれた耐食性と高温強さ
全要求される構造部杓として利用することができる。

不純ヘリウム中では低クロムの万が耐食性７５曙マれて
いることは公知であるが、これは大気中などの強酸化性
雰囲気で知られている常識とは逆の新しい事実である。

一方、大気中のクリープ強さにおいては強化作用として
モリブデンを添刀口する、Ｔ１およびＮｂを微量単独あ
るいは複合させて添加する方法はよく知られている。し
かし、不純物を含むヘリウム中ではクリープ試験中に特
有の腐食反応をともなうために、大気中のクリープ強さ
の強化作用をそのまま借用することはできない。すなわ
ち、大気中の腐食に関する常識が通用しないような不純
ヘリウム中では現時点では、クリープの強化作用につい
ても大気中の常識は根拠をもたないし、不純ヘリウム中
で耐食性が優れ、高い強度をもつ拐料金求めることは、
大気中の挙動からでは推察し得ない新規の技術範囲と、
言うことができる、特許出願人　日本原子力研究所

Claims

【特許請求の範囲】

炭素０．０２〜０．２重量％、シリコン０．０５〜２．
０重量％、マンガン００５〜２０重量％、クロム８〜１
５重量％、ニッケル８〜１３．５重量％、アルミニウム
０．３重量％以下、モリブデン３５〜８重量％、チタン
およびニオブをそれぞれ００１〜１０重量％の範囲で単
独または複合添刀口し、残部は溶製上不可避の不純物と
鉄よりなる不純ヘリウムガス中ですぐれた耐酸化性と高
温強度を有する尚温ガス炉用耐熱鋼。