JPS61281847A - 鉄鋼材料に添加するためのフエロボロン - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、軽水炉、高速増殖炉、核融合炉等の中性子
照射環境下で使用されるホウ素−１１（”Ｂ）含有量の
高い鉄鋼材料等を製造する際の溶解・精錬に添加するた
めの１１　ｓ　濃縮フェロボロンに関するものである。

〈従来の技術〉 鉄鋼材料にはクリープ破断強度の向上、焼入れ性の向上
等の目的でホウ素が添加されている。

このホウ素は天然ホウ素でおり原子ｆｆｌ”ＩＱのホウ
素−１０（１０Ｂ）が約１９．６％、原子量１１のホウ
素−１１（”Ｂ）が約８０６４％含有されている。天然
ホウ素を含有する材料が中性子照射を受けると、材料中
のホウ素のうち１０Ｂが中性子と（ｎ・α）反応を起し
てヘリウム（Ｈｅ）を生成する。このＨｅは材料の高温
延性の低下、クリープ破断強度の低下等、材料の機械的
性質の劣化の主な原因となっている。そのため、天然ホ
ウ素に比べて１１Ｂの割合が多いホウ素成分を含有し、
′。ＢによるＨｅの生成を回避せしめる原子炉構成材料
の開発が必要とされている。

しかしながら従来、これらの原子炉構成材料の工業的製
造のために必要な原料ホウ素成分となる適切な濃縮１１
ｓ化合物が製造されていなかった。

天然ホウ素よりも１１Ｂを濃縮させる方法としては、ホ
ウ素原料であるホウ酸ナトリウム、ホウ酸カルシウム、
または粗製ホウ素等からホウ酸を沈澱させて再結晶によ
り精製したのち、１０Ｂと１１Ｂの重量差を利用する方
法か、あるいはホウ酸からホウ素のハロゲン化物を作り
その化学的特性差を利用する方法がある。それらの方法
で１１Ｂを濃縮させたハロゲン化物を金属直接還元法、
溶融塩電解法あるいは水素還元法で金属ホウ素にしてい
る。

鉄鋼材料に１１Ｂを添加する方法としては、ホウ酸また
は金属ホウ素を鉄鋼材料の溶解・精錬時に直接添加する
方法が採られているが、ホウ酸を添加する方法では溶鋼
との濡れ性が劣ること及び比重が小さく浮上しやすいこ
となどのために１１Ｂの歩留りが低く、その適正量を添
加することが極めて難しい。一方、金属ホウ素を溶鋼に
添加する方法においても比重が小さく浮上しやすいこと
及び金属ホウ素の製造が複雑であるために製造コストが
高く、当該材料の経済性が損われるという欠点がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 そこでこの発明の目的は、中性子照射環境下においても
材料中の１０Ｂと中性子との（ｎ・α）反応によるＨｅ
の生成量の少ないあるいは全くない鉄鋼材料、さらには
１１Ｂを添加することにより改善された非放射線下の空
気中でのクリープ強度、高温延性等を中性子照射下でも
保持しうる鉄鋼材料を製造するに際して、当該材料に最
適量の１１Ｂの添加を迅速、効果的かつ経済的に行なう
ことができる製鋼原料を提供することにある。

く問題点を解決するための手段〉 この発明によれば、ホウ素を５〜３０％（重量％、以下
同じ）を含有し、全ホウ素量に対して１１Ｂが９０％以
上でかつ融点が１６５０℃以下であるフェロボロンが提
供される。かようなこの発明の１１３　Ｂ縮フェロボロ
ンを鉄鋼材料製造時の溶解・精錬工程で溶鋼に添加する
ことによって、１１Ｂ含有量の高い鉄鋼材料を効率よく
かつ経済的に得ることができる。かくして１ｑられた鉄
鋼材料は全ホウ素含有量（１０Ｂ＋”Ｂ）に対する１１
Ｂの割合が高いために、中性子照射環境下においても材
料中の１０Ｂと中性子との反応によるＨ　ｅの生成を低
減でき、良好なりリープ強度や高温延性を維持すること
ができる。

また、この発明のフェロボロンを溶鋼中に添加するに際
しても、添加俊短時間に溶解し、また溶鋼の比重と実質
的に等しいために添加したフェロボロンが浮上すること
なく均一に溶鋼中に溶融混合させることができる。

この発明のフェロボロン中のホウ素含有量が５％より少
ない場合には、溶鋼中に所望量の１１Ｂを含有させるた
めに添加するフェロボロンが多量に必要となり経済性が
損われる。一方、フェロボロン中のホウ素含有量が３０
％より多い場合には、得られるフェロボロンの融点が１
６５０℃より高くなると同時に比重が小さくなる傾向が
ある。従って、フェロボロン中のホウ素含有量は３０％
以下、好ましくは２５％以下とする。フェロボロンの融
点が１６５０℃より高くなると、溶鋼へ添加したフェロ
ボロンが短時間に均一に溶解、混合しにくくなり、また
フェロボロンの比重が小さくなると溶鋼へ添加したフェ
ロボロンが浮上してしまい、鉄鋼材料中への１１Ｂの添
加歩留りが低下してしまうため好ましくない。

なお、上述したようにフェロボロン中のホウ素含有雇を
３０％より多くすると融点が１６５０℃より高くなる傾
向があるが、この場合にはニッケル等の第三元素をさら
に添加することによって、最終的なフェロボロンの融点
を１６５０’Ｃ以下に調節することも可能である。

また、この発明のフェロボロンの全ホウ素量に対する　
Ｂの割合〔１１Ｂ／（１０Ｂ＋１１Ｂ）〕が９０％より
小さいと、このフェロボロンを添加して得られた鉄鋼材
料中の１０Ｂを低減・させて中性子照射環境下で生成す
るＨｅｍを抑制する効果が小さく、１１　Ｂ　濃縮フェ
ロボロンを作る経済的メリットがなくなる。

この発明のフェロボロンを製造するに際しては、ｌｌｓ
濃縮ホウ素化合物、例えばホウ酸と鉄成分とを精錬上必
要な原材料とともに高周波加熱炉のごとき電気炉で溶解
、精錬する方法や、１１　Ｂｙ縮ホウ酸と鉄成分とをア
ルミニウム（ＡＩ）粉とともに高温に加熱するテルミッ
ト法等が採用できる。

前者の電気炉法においてはホウ素化合物の還元に炭素等
を用いるため、得られたフェロボロン中には炭素が若干
量歯まれることになるが、必要に応じて精錬時間を長く
することにより炭素含量を低減させることができ、炭素
含有量０．１％以下の低炭素フェロボロン（ＪＩＳ　　
Ｇ２３１８）とすることができる。またテルミット法に
おいてはＡＩを用いるために、得られたフェロボロン中
には通常４〜５％のＡ１が含まれるが、このＡＩ含有量
はフェロボロン製造用原材料中に占めるＡ１粉の使用量
に依存し、この使用量は１１Ｂの還元効率を考慮して決
定することができる。なお、上記ＪＩＳ規格による低炭
素フェロボロンには１２％以下のＡ１含有量が許容され
ている。

〈実施例〉 以下に実施例を挙げてこの発明をさらに詳述する。

実施例１゜ １１Ｂ／　（１０Ｂ　＋”Ｂ　）の値が９８％であるホ
ウ酸、純鉄の粉末および精錬上必要な炭素を下表に示す
割合で混合して高周波加熱炉で溶解した。溶製後のフェ
ロボロン中のホウ素の同位体分析を行なった結果、全ホ
ウ素中の１１Ｂの比率は９８％のままであった。

得られたフェロボロンの融点は１６５０℃以下、比重は
５以上であった。これらの特性は、製鋼用原料として溶
鋼に添加した際に短時間に溶解し、均一混合させるのに
十分な値である。

試料ユ試料２試料旦 ホウＭ（％）　　　　３３　５２　５８鉄　　　粉　（
％）　　　　　　　　６４　　　４１　　　３４炭　　
　索　（％）　　　　　　　３　　　７　　　８フエロ
ボロンの特性 ボロン含有量（％）　　　　　　　　８　　　１６　　
　２０１１Ｂ／（１０Ｂ＋１１Ｂ＞（％）　　　９８　
　　９８　　　９８炭素含有量　（％）　　　　　　　
　１．１　　０．５　　＜０．５融　　　点　（’Ｃ）
　　　　　　１３９０　　１５４０　　１６００比　　
　重　　　　　　　　　　　　７．２　　６．２　　　
５．６上記で得られた試料３のフェロボロンを、５ＵＳ
３０４鋼の精錬末期の脱ガス後に、溶鋼１００ｋｇ当り
１５Ｃｌ添加した。フェロボロンは溶鋼に添加されたの
ち直ちに溶は始めた。フェロボロンが溶解したのち出鋼
を行ない、注湯中より分析試料を採取した。ホウ素を分
析した結果、全ホウ素含有量は２８１）Ｉ）ｍであり、
１１Ｂの全ホウ素中に占める割合は９５％であった。

実施例２゜ １１Ｂ／　（１０Ｂ＋１１Ｂ＞の値が９８％である無水
ホウ酸に鉄粉及びアルミニウム粉をそれぞれ１５：５７
：２８の割合で混合し、この混合物をｉ　ｏｏｏ℃に加
熱反応させてフェロボロンをテルミット法で製造した。

このフェロボロンの１１Ｂ／　（１０Ｂ＋１１Ｂ）の値
は９８％であり、１１Ｂの原料である無水ホウ酸中の値
と差がなかった。

このフェロボロンにはＡ１が４．２％、ホウ素が２０．
３％含まれていた。

１ｑられたフェロボロンを、５ＵＳ３０４鋼の精錬末期
の脱ガス後に、溶鋼１００に！ＩＩ当り１０ｇ添加した
。フェロボロンが溶解されたのち直ちに出鋼し、注湯中
より分析試料を採取した。ホウ素を分析した結果全ホウ
素含有量は２５ｐｐｍであり、１Ｂの全ホウ素中に占め
る割合は９４％であった。

〈発明の効果〉 以上の説明かられかるように、この発明の１１　Ｂ　Ｂ
縮フェロボロンを製鋼原料として使用することにより、
鋼中の１０Ｂを増加させることなく１１Ｂを添加するこ
とができる。

従って、従来においては、中性子と１０ｓとの反応に伴
い生成するＨｅの有害性を懸念して中性子照射環境下で
用いられる鉄鋼材料等にはホウ素の積極的な添加は行な
わず、鉄鋼材料中のホウ素量を経済的に成立する範囲で
低減しようとする試みがなされていたに過ぎなかったが
、この発明による１１Ｂ濃縮フエロボロンを用いれば、
Ｈｅ生成による材料特性の低下を回避して経済的に適正
量の１１Ｂを添加することが可能となる。

かくして、この発明の１１　Ｂ濃縮フェロボロンを添加
して得られた鉄鋼材料においては、添加された１１ｓと
他の成分元素との望ましい相互作用が、′。Ｂの（ｎ・
α）反応による核変換が生じないために中性子照射環境
中でも保持されることになる。そのため、中性子照射環
境下で使用される鉄鋼材料への１１Ｂの添加が広〈実施
できるようになり、それに伴い耐中性子照射性の優れた
材料の開発が促進されることになる。そして、かような
材料を使用することにより、原子炉構造物の安全性の向
上及び長寿命化を図ることができるのである。

特許出願人　　　動力炉・核燃料開発事業団向　　　　
川崎製鉄株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ホウ素（Ｂ）を５〜３０重量％含有し、全ホウ素含
   有量に対してホウ素−１１（＾１＾１Ｂ）が９０重量％
   以上でかつ融点が１６５０℃以下であることを特徴とす
   る中性子照射環境下で使用する鉄鋼材料に添加するため
   のフェロボロン。