JPS6148530A - 耐硝酸性ステンレス鋼の製造法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規力強酸化性の硝酸による腐食に対する高い
抵抗を有するステンレス鋼の製造法に係シ、特に核燃料
再処理プラント用として好適なステンレス鋼の製造法に
関する。

〔発明の背景〕

従来高濃度硝酸を扱う機器の材料としては低炭素ステン
レス鋼や高Ｓｔ含有のオーステナイト系ステンレス鋼（
例えば特公昭５７−９６２６）、あるいはＴｉなどが提
案されているが、これらは高価な上に溶接に際して特殊
な材料や技術を要するといった間順がある。特に核燃料
再処理プラント材としてはウラナス６５と通称される２
５Ｃｒ−２ｏＮｉ系ステンレス鋼が用いられているが、
酸化力の強い環境条件では過不働態腐食を生じ得ること
が示唆されている（　Ｊ３ｒｉｔｉｓｈ　Ｃｏｒｒｏｓ
ｉｏｎＪｏｕｒｒａｌ、　１９７４．　Ｖｏｌ、　９．
　ｐ２１１）。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、強酸化性の硝酸環境における耐食性が
高く、溶接などプラント製作上の施工が容易な耐硝酸性
ステンレス鋼の製造法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは多様な硝酸溶液中におけるオーステナイト
系ステンレス鋼の腐食特性を詳細に研究した結果、次の
ような特徴を見出しだ。

（１）不純物イオンをほとんど含まない高温濃硝酸中に
おいては、Ｃｒ炭化物の粒界析出に基づく粒界Ｃｒ欠乏
層を含むステンレス鋼が粒界腐食を生ずる。

（２）ステンレス鋼自体の腐食により、あるいはプラン
トの処理プロセスにより混入する酸化数の高い金属イオ
ンを含む高温濃硝酸中においては、Ｃｒ欠乏層を含まな
い溶体化処理状態のステンレス鋼が激しい粒界腐食を生
ずることがある。

核燃料再処理プラントなどの装置においては系統や部位
あるいは処理時間による硝酸系溶液の液質変化が生ずる
ため、接液材料には上記（１）及び（２）のいずれのタ
イプの腐食にも耐える腐食抵抗が要求される。（１）の
材料側要因は粒界Ｃｒ欠乏、いわゆる鋭敏化であること
が知られているのに対して、（２）については鋼中不純
物元素の粒界偏析がその要因として推定されるものの必
ずしも究明されてはいない。しかしいずれにしても粒界
部に選択腐食の要因が集中している点は共通している。

本発明者らはこの点に着目し、該要因が粒界に集中する
ことなく合金全体に分散した状態を得ることにより、上
記（１）、　（２）のいずれのタイプの腐食も抑制する
方法を検討した。その結果比較的低温での塑性加工後、
−次善結晶を生せしめる加熱を施すことにより、粒界の
移動と粒界面積の増大をもたらし、腐食性が飛躍的に高
まることを見出した。また、該塑性加工に先立って８０
０〜１０００Ｃでの加熱を施しておくと前記−次再結晶
化後の腐食性がよシ高くなることも見出された。これは
通常の溶体化処理である約１０５０ｒ以上での加熱後急
冷の処理に比べて、９００ｎ前後での加熱後冷却した場
合は鋼中不純物元素の粒界偏析が軽減されているためで
あると考えられる。さらに前記−次再結晶化後の耐食性
を高くする上て、冷間塑性加工における温度及び加工度
とそれにひき続く加熱の温度及び時間の好適な組合せが
あることも明らかになった。さらにまた、最終的に得ら
れた金属組織はＪＩＳ　　ＧＯ５５１で示される結晶粒
度がＮＯ７以上の細粒であり、分散したＣｒ炭化物を含
んでいる場合、よシ良好な耐食性を示すという知見を得
だ。これは素材のオーステナイト系ステンレス鋼のＣ含
有量が０．０１％〜０．０３％である場合に最も期待さ
れる金属組織の特徴である。

すなわち、高Ｃ含有材では連続したＣｒ炭化物析出によ
る鋭敏化が生じやすく、マた極低Ｃ材では鋼中不純物元
素を捕捉すると考えられるＣｒ炭化物の生成がない、ま
たは少々すぎるため不純物の粒界偏析を生ずる可能性が
ある。

第１図は本発明の作用効果を模式的に示したものである
。（ａ）は塑性加工前の粒界偏析状態の組織で、（ｂ）
に示すように通常の高温溶体化状態に比べて９００１：
’前後で加熱したものは偏析の程度が軽い。これらの状
態ではその偏析の程度に応じて前記（２）のタイプの粒
界腐食を生ずる。（Ｃ）は塑性加工によシ結晶粒が変形
したのみであυ、やはシ上記の粒界腐食を生ずる。（ｄ
）は本発明の加工熱処理を施した状態のものを示し、微
細な一次再結晶粒を主体とする組織にＣｒ炭化物が不連
続に散在する。

この状態では鋼中不純物が分散し、かつＣｒ炭化物によ
って捕捉されるため粒界偏析が解消している上に連続し
たＣｒ欠乏経路の形成がないことから前記（１）及び（
２）のいずれのタイプの粒界腐食も生じ難い。（ｅ）は
該塑性加工条件と再結晶化加熱温度の組合せが不適切な
場合、すなわち加熱温度が低すぎる、あるいは加熱時間
が短かすぎる場合で、−次男結晶粒の生成が不十分なた
め不純物偏析を含む旧粒界部が多く残留し、前記（２）
の粒界腐食を生ずる。上記組合せがやはり不適切で、例
えば再結晶化加熱温度が高すぎる場合は二次再結晶によ
る粒の粗大化が生じ（ａ）の状態に戻るため粒界腐食感
受性が高くなる。（ｆ）はＣ含有量が高い素材の場合で
一次再結晶化を達成してもＣｒ炭化物が粒界、双晶境界
、粒内スベリ線に沿って連続的に析出し、鋭敏化による
前記（１）のタイプの腐食を生ずる場合がある。（ｇ）
は逆に極低Ｃ含有材の場合で、Ｃｒ炭化物析出が極めて
少なく、鋭敏化しない反面不純物のトラップもないだめ
に一次再結晶化が不均一であるような場合に前記（２）
のタイプの腐食を若干生ずることがある。

“　　　　　　　以上のとおり本発明は基本的に通常の
オーステナ−ｆ　）系ステンレス鋼全般に対して適用さ
れる。

特に、通常の工業用市販材に適用することによシ、高濃
度硝酸を扱うプラントの環境中でバランスのとれた耐食
材が得られる。ただし本発明の効果をよシ好適に発揮さ
せるには上に述べたいくつかの条件を導入する必要があ
る。すなわち、対象材料は１６〜２６％のＣｒ１６〜２
２％のＮｉを含むオーステナイト系ステンレス鋼であシ
、よシ好ましくはＣ含有量が０．０１４以上で０．０３
％以下の上記鋼である。

該塑性加工の直前の状態は通常の溶体化処理状態であっ
てもよいが、よシ好ましくは８５０〜９５０Ｃに加熱後
、空冷以上の速度で冷却された状態が好ましい。

該塑性加工の条件は一次再結晶化に必要な加工ひずみを
材料中に十分蓄積させるために、再結晶温度以下、特に
５００Ｃ以下において断面減少率が約２０−以上の加工
度となる加工を必要とするが、その効果並びに作業性の
両面から室温における加工度約３５％以上の加工が好ま
しい。

該塑性加工後−次再結晶粒を主体とする微細粒組織を得
名だめの加熱温度は７００Ｃから９５０Ｃの間であるが
、より好適なのは７５０ｔ：”から９０００の範囲で３
０分以上の加熱である。

前記本発明の効果が良好に示される対象材料の例として
はＳＵＳ　３０４Ｌ、８Ｕ８３１６Ｌ、　　ウラナス６
５などがあげられる。

また前記塑性加工の方法としては圧延、押出し、引抜き
など通常の加工だけでなく、ショット、ワイヤ、ハンマ
ーなどによるピーニング加工も有効で、これらの場合は
材料表面層のみの高耐食化が達成される。

〔発明の実施例〕

第１表は用いた素材の化学成分（重量％）を示す。これ
ら素材は第２表に示す各種の熱処理及び加工を順次経た
後短冊状の試験片に加工した。塑性加工は室温での冷間
圧延によシ実施した。腐食試験は試験Ｉとして６５チ硝
酸沸騰水溶液中に５０時間浸漬、また試験■として６５
％硝酸ｌｔ中に０．３ｇのＣｒ　６＋イオンを含有する
沸騰水溶液中に５０時間浸漬の２種類の方法で実施した
。試験Ｉは前記（１）のタイプの腐食を、また試験Ｉは
前記（２）のタイプの腐食をそれぞれ評価するものであ
る。試験結果は腐食の著しさに従って分類し記号によシ
示した。第２表に示す如く、屋１から扁６までの本発明
の処理を施した材料はいずれも扁７〜屋１１の比較材に
比べて耐食性が良好なことが明らかである。特に９００
Ｃで１時間加熱後水冷の前処理後、４５〜６０％の冷間
加工及び７５０〜８５０Ｃで１時間の再加熱を施した５
ＵＳ３０４Ｌ及びウラナス６５の耐食性が良好である。

それに対してＡ７は再加熱温度が６００Ｃと低すぎるた
め一次再結晶化が不足であること、また屋８は再加熱温
度が１０００ｔ：’と高すぎるため二次再結晶化による
結晶粒粗大化が生じていることが原因でいずれも試験■
における腐食が著しい。また塑性加工度が１０％と軽す
ぎる扁９も一次再結晶化がほとんど生じず、耐食性が劣
る。溶体化処理のままである＆１０及び再加熱前の塑性
加工がない扁１１も特に試験■における耐食性が劣って
いる。

以上のとおり本実施例によれば、オーステナイト系ステ
ンレス鋼を通常の溶体化処理あるいは焼な寸し状態で使
用するのに比較して、適切な条件において塑性加工と一
次再結晶化加熱を組合せて施すという本発明の方法を適
用すると、鋭敏化あるいは粒界偏析に基づく高濃度硝酸
環境でのいずれの腐食に対しても抵抗力を顕著に高めら
れることが証明された。更に、本実施例によれば、強度
も向上し、機器設計の上できわめて有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、特殊成分の高級材料に依存することな
く、市販オーステナイト系ステンレス鋼に簡単な加工熱
処理を施すだけで、燃料再処理プラントなど高温高濃度
硝酸を扱う機器に好適な耐食材料を得ることができる。

すなわち、機器の環境である硝駿系溶液の液質が多様に
変化してもその場合に生じ得る腐食に対して安定した耐
食性を発揮する材料が得られる。

【図面の簡単な説明】

１　　　　　　　　　　図は本発明方法及び比較方法に
よって得られる部材の断面を金属組織的に示した模式図
でちる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硝酸にさらされる機器に用いられるオーステナイト
   系ステンレス鋼の製造法において、最終工程として室温
   から５００℃の範囲で断面減少率２０％以上の冷間塑性
   加工を施し、次いで７００℃〜９５０℃の範囲で加熱す
   ることにより一次再結晶粒を主体とした微細粒組織を形
   成させることを特徴とする耐硝酸性ステンレス鋼の製造
   法。 ２、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、重量でＣｒ
   １６〜２６％Ｎｉ６〜２２％、Ｃ０．０１〜０．０３％
   を含み、残部がＦｅである特許請求の範囲第１項に記載
   の耐硝酸性ステンレス鋼の製造法。 ３、前記オーステナイト系ステンレス鋼が最終工程に含
   まれる塑性加工に先立つて、８５０〜９５０℃に加熱後
   空冷以上の速度で冷却する特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の耐硝酸性ステンレス鋼の製造法。 ４、前記塑性加工は断面減少率で３５％以上の加工であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のい
   ずれかに記載の耐硝酸性ステンレス鋼の製造法。 ５、前記７５０℃〜９００℃の範囲において３０分間以
   上保持する特許請求の範囲第１項〜第４項いずれかに記
   載の耐硝酸性ステンレス鋼の製造法。 ６、前記オーステナイト系ステンレス鋼の最終加工工程
   後のＪＩＳ　ＧＯ５５１に規定された結晶粒度番号が７
   以上である特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに
   記載の耐硝酸性ステンレス鋼の製造法。