JPH0625378B2 - Manufacturing method of ferritic structural members for fast reactor core - Google Patents
Manufacturing method of ferritic structural members for fast reactor coreInfo
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- JPH0625378B2 JPH0625378B2 JP62180869A JP18086987A JPH0625378B2 JP H0625378 B2 JPH0625378 B2 JP H0625378B2 JP 62180869 A JP62180869 A JP 62180869A JP 18086987 A JP18086987 A JP 18086987A JP H0625378 B2 JPH0625378 B2 JP H0625378B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、クリープ強度に優れた高速炉炉心用構造部材
の製造法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a structural member for a fast reactor core having excellent creep strength.
(従来の技術とその問題点) 高速炉炉心用構造部材、即ち燃料被覆管やラッパー管等
の材料は、液体ナトリウム中で高速中性子の照射を受け
ながら 650℃に達する高温と多方向からの力の下で使用
されるため、その使用条件は極めて苛酷である。(Prior art and its problems) Structural materials for fast reactor cores, that is, materials such as fuel cladding tubes and wrapper tubes, are subjected to high-temperature 650 ° C while being irradiated with fast neutrons in liquid sodium, and force from multiple directions. The operating conditions are extremely harsh because it is used under.
したがって、かかる用途に使用される材料に要求される
性質としては、液体ナトリウムに対する耐食性、高速高
密度中性子照射に対する耐スエリング性(スエリングと
は核分裂により結晶を構成する原子のはじき出しが生
じ、材料に気泡、空洞が発生して膨張する現象をい
う)、および優れた高温強度特性が必要とされる。更
に、最終仕上げ部材とした時の寸法精度についての要求
も、一般の部材に比較して極めて厳しいからすぐれた冷
間加工性も必要である。Therefore, the properties required for materials used for such applications include corrosion resistance to liquid sodium and swelling resistance to high-speed and high-density neutron irradiation (swelling is the ejection of the atoms that compose the crystal due to fission, which causes bubbles in the material. , A phenomenon in which cavities occur and expand), and excellent high-temperature strength characteristics are required. Further, there is also a demand for dimensional accuracy when it is used as a final finish member, and it is also extremely severe as compared with general members, so that excellent cold workability is also required.
従来、高速炉炉心用構造部材として、液体ナトリウムに
対する耐食性に優れ、高温強度と加工性も優れた 316型
のオーステナイト系耐熱鋼が用いられて来た。ところ
が、この鋼種は高速中性子照射下でのスエリングが大き
い点が問題であり、使用末期(中性子照射量、約 2.0×
1023n/cm2)でのスエリング量は約15%を超える場合が
ある。中性子照射量の異なる炉心用構造部材では、位置
によってスエリング量も異なり、部材の変形を生ずる。
このため、例えばラッパー管では変形によって燃料交換
時に支障を来し、燃料被覆管では、外径の膨れと変形と
により燃料ピン間の間隔が狭くなり冷却能の低下を引き
起こす場合が想定される。Conventionally, as a structural member for a fast reactor core, 316 type austenitic heat-resistant steel, which has excellent corrosion resistance to liquid sodium, high temperature strength and workability, has been used. However, this steel type has a problem that swelling is large under fast neutron irradiation, and the end of use (neutron irradiation amount, about 2.0 ×
The amount of swelling at 10 23 n / cm 2 ) may exceed about 15%. In core structural members having different neutron irradiation doses, the amount of swelling varies depending on the position, and the members are deformed.
Therefore, for example, it is assumed that the wrapper pipe may be hindered by the deformation during fuel exchange, and the fuel clad pipe may have a narrowed space between the fuel pins due to the bulging and deformation of the outer diameter to cause a decrease in the cooling capacity.
上記のようなオーステナイト系材料の耐スエリング性の
改善を目的とした種々の提案がなされている。(たとえ
ば、特開昭56−126794号公報、同61−87853 号、特公昭
58−56024 号公報参照。)しかしながら、将来の実証炉
や商用炉においては経済性の観点から高速中性子照射量
が 2.5〜5.0 ×1023n/cm2、温度650 〜675 ℃で 3〜5
年の使用に耐える炉心用構造部材の開発が必要とされて
いるのに対し、従来のオーステナイト系耐熱鋼の改良で
は限界があり、これに代わる優れた耐スエリング性を有
する高速炉炉心用構造部材の開発が待望されている。Various proposals have been made for the purpose of improving the swelling resistance of the above austenitic materials. (For example, JP-A-56-126794, JP-A-61-87853, and Japanese Patent Publication
See 58-56024. ) However, in future demonstration reactors and commercial reactors, the fast neutron irradiation dose is 2.5 to 5.0 × 10 23 n / cm 2 , and the temperature is 650 to 675 ℃ and 3 to 5 from the viewpoint of economic efficiency.
While it is necessary to develop structural members for cores that can withstand years of use, there is a limit to the improvement of conventional austenitic heat-resistant steels, and alternative structural members for fast reactor cores with excellent swelling resistance are available. The development of is awaited.
ところで、フェライト系耐熱鋼(以下、フェライト鋼と
いう)は、前記のオーステナイト系耐熱鋼(以下、オー
ステナイト鋼という)に比較して格段に優れた耐スエリ
ング性を有することが知られている。By the way, it is known that ferritic heat-resistant steel (hereinafter referred to as ferritic steel) has significantly better swelling resistance than the austenitic heat-resistant steel (hereinafter referred to as austenitic steel).
第4図は、代表的なオーステナイト鋼とフェライト鋼の
スエリング性を示すものであり(B.A.Chinet al,Nuclear
Technology, Vol.57,1982,P.426)、耐スエリング性に
おいては、フェライト鋼の方がオーステナイト鋼よりも
はるかに優れていることが明らかである。これは、両鋼
種の結晶構造に起因するもので、成分や製造法の相違に
よる多生の差違はあるが、フェライト鋼の優位性は変わ
らないとされている。Figure 4 shows the swelling properties of typical austenitic steels and ferritic steels (BAChin et al, Nuclear.
Technology, Vol.57,1982, P.426), it is clear that ferritic steel is far superior to austenitic steel in swelling resistance. This is due to the crystal structure of both steel types, and although there is a difference in life due to differences in composition and manufacturing method, it is said that the superiority of ferritic steel remains the same.
また、高速炉炉心用構造部材に要求される他の性質とし
て、液体ナトリウムに対する耐食性がある。Another property required for structural members for fast reactor cores is corrosion resistance to liquid sodium.
第5図は、フェライト鋼(9Cr-1Mo鋼) とオーステナイト
鋼の液体ナトリウム中に脱浸炭挙動に関する研究の一例
(C.Tyzack,A.W.Thorley: Proceedings of Internation
al Conference on Ferritic Steels for Fast Reactor
Steam Generators,London,1977,P.190)であるが、ここ
に示されるように液体ナトリウム中における脱浸炭限界
は、フェライト鋼もオーステナイト鋼もほぼ同等で、実
際の脱浸炭量は前者の方が少ないと報告されている。Fig. 5 shows an example of a study on the decarburizing behavior of ferritic steel (9Cr-1Mo steel) and austenitic steel in liquid sodium (C. Tyzack, AWThorley: Proceedings of Internation
al Conference on Ferritic Steels for Fast Reactor
Steam Generators, London, 1977, P.190), but as shown here, the decarburizing limit in liquid sodium is almost the same for both ferritic steel and austenitic steel. It is reported to be few.
更に、オーステナイト鋼に較べてフェライト鋼は、熱伝
導性が高く、熱膨張係数が小さいという長所があり、し
かも安価であるから高速炉炉心用構造部材として注目さ
れている。Further, ferritic steel has advantages of high thermal conductivity and small thermal expansion coefficient as compared with austenitic steel, and since it is inexpensive, it is attracting attention as a structural member for a fast reactor core.
しかしながら、フェライト鋼は、上記の優れた特性を備
える反面、高温強度と高温使用中の組織安定性、靭性の
点でオーステナイトに比較して劣る。たとえば、ボイ
ラ、原子力用材料として米国で開発された既存フェライ
ト鋼の中では強度の高い鋼の一つであるASTM・A213-T19
(Mod. 9Cr-1Mo鋼)でも、650 ℃×104h クリープ破断
強度は 7.5kgf/mm2であり、12Cr系鋼として広く使われ
ている DIN X20CrMoWV 121の650 ℃×104h、クリープ破
断強度も高々 6kgf/mm2程度である。これらの材料は、
600 ℃以下の比較的低温での強度を重視しており、必ず
しも高速炉炉心用構造部材に適用できるものではない。However, although the ferritic steel has the above-mentioned excellent properties, it is inferior to austenite in terms of high-temperature strength, structural stability during high-temperature use, and toughness. For example, among the existing ferritic steels developed in the United States as materials for boilers and nuclear power, ASTM A213-T19 is one of the strongest steels.
Even with (Mod. 9Cr-1Mo steel), the creep rupture strength at 650 ℃ × 10 4 h is 7.5 kgf / mm 2 , and the crease rupture at 650 ℃ × 10 4 h of DIN X20CrMoWV 121 widely used as 12Cr series steel. The strength is about 6 kgf / mm 2 at most. These materials are
Since strength is emphasized at relatively low temperatures of 600 ° C or less, it cannot necessarily be applied to structural members for fast reactor cores.
高速炉炉心用構造部材としてフェライト鋼を使用するた
めには、特にその高温強度の改善が大きな課題となって
いるのである。In order to use ferritic steel as a structural member for a fast reactor core, improvement of its high temperature strength is a major issue.
本発明の目的は、フェライト鋼で高速炉炉心用構造部材
としても使用することのできる成分系を選定し、特にク
リープ強度(具体的な目標は、650 ℃×104hクリープ破
断強度が 8kgf/mm2以上)を付与するための製造法を提
案することにある。更には、通常の工業製品には要求さ
れないような厳しい寸法規格の高速炉炉心用構造部材の
製造法を提案することにある。The object of the present invention is to select a component system that can also be used as a structural member for a fast reactor core in ferritic steel, and in particular, creep strength (specific target is 650 ℃ × 10 4 h creep rupture strength of 8 kgf / mm 2 or more) is to propose a manufacturing method. Further, it is to propose a method for manufacturing a structural member for a fast reactor core having a strict size specification which is not required for ordinary industrial products.
(問題点を解決するための手段) 本発明者は、フェライト系耐熱鋼の高温強度の向上のた
めに、各種の合金成分の調整、特にMoとWの含有量の適
正値を決定した。この鋼種を最強にする熱処理は焼なら
し−焼戻しであるが、この熱処理時に大きな歪が発生す
る。この歪を除去する方法として冷間加工法を採用し、
この冷間加工が実用上適用できる範囲を決定した。即
ち、本発明の要旨は下記のとおりである。(Means for Solving Problems) The inventors of the present invention have adjusted various alloy components, in particular, determined appropriate values of Mo and W contents in order to improve the high temperature strength of the ferritic heat resistant steel. The heat treatment for maximizing this steel type is normalization-tempering, but a large strain occurs during this heat treatment. As a method of removing this strain, we adopted a cold working method,
The range of practical application of this cold working was determined. That is, the gist of the present invention is as follows.
重量%で、 C:0.04〜0.2 %、Si:0.3 %以下、 Mn:1.5 %以下、Ni:0.1 〜1 % Cr:8 〜13%、Mo:0.1 〜2.5 %、 W:0.1 〜4 %、V:0.1 〜0.4 %、 Nb:0.01〜0.2 %、sol.Al:0.03%以下、 N:0.01〜0.08%、 残部Feおよび不可避不純物 から成り、Mo+1/2W:1 〜2.5 %で、かつ不純物中の
PとSとはそれぞれ0.02%以下であるフェライト系の鋼
部材を、その部材の最終熱処理工程において Ac3点から
1200℃までの温度域での焼ならしと 780℃から Ac1点ま
での温度域での焼もどしとを行った後、5 〜20%の冷間
加工を施して仕上げることを特徴とする高速炉炉心用フ
ェライト系構造部材の製造法。% By weight, C: 0.04 to 0.2%, Si: 0.3% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 0.1 to 1% Cr: 8 to 13%, Mo: 0.1 to 2.5%, W: 0.1 to 4%, V: 0.1-0.4%, Nb: 0.01-0.2%, sol. Al: 0.03% or less, N: 0.01 to 0.08%, balance Fe and unavoidable impurities, Mo + 1 / 2W: 1 to 2.5%, and P and S in the impurities are 0.02% or less each, ferritic steel From the Ac 3 point in the final heat treatment process of the member
High-speed characterized by normalizing in the temperature range up to 1200 ℃ and tempering in the temperature range from 780 ℃ to Ac 1 point, and then finishing by cold working 5-20% Manufacturing method of ferrite-based structural members for reactor core.
本発明の方法の素材となるフェライト鋼は、上記各成分
に加えて、B:0.001〜0.01%を含有するもの、または、
Ti、Zr、La、Ce、Y 、Caの群のうちの1種以上を合計で
0.05〜0.3 %含有するもの、或いは、B:0.001〜0.01%
とTi、Zr、La、Ce、Y 、Caの群のうちの1種以上を合計
で0.05〜0.3 %含有するもののいずれでもよい。(本明
細書において、「%」は全て重量%を意味する。) (作用) まず、本発明において、合金成分の含有量を特定した理
由を作用効果とともに説明する。The ferritic steel used as the material of the method of the present invention contains B: 0.001 to 0.01% in addition to the above-mentioned components, or
At least one of the group of Ti, Zr, La, Ce, Y, and Ca in total
Containing 0.05 to 0.3% or B: 0.001 to 0.01%
And Ti, Zr, La, Ce, Y, and Ca in a total amount of 0.05 to 0.3%. (In this specification, all "%" mean% by weight.) (Function) First, the reason why the content of the alloy component is specified in the present invention will be described together with the function and effect.
C: オーステナイト安定化元素であり、マルテンサイト
組織を安定化する。マルテンサイト変態による多数の転
位組織は、耐スエリング性改善に寄与する。さらに合金
元素Nb、V、Cr等と結合し、微細炭化物を形成して、ク
リープ破断強度および耐スエリング性を改善するが、0.
04%未満では効果が不十分で、δ−フェライト量の増加
により著しく強度と靭性を損なう。靭性は、高速炉炉心
用構造部材の製造において特に必要である冷間加工性の
観点からも、良好である必要があり、また長時間加熱中
の脆化抑制の点からも具備すべき特性の一つである。一
方、0.2 %を超える場合、炭化物が増え、鋼が硬化し、
その加工性、溶接性を損なう。したがって、0.04〜0.2
%がCの適正含有量である。C: Austenite stabilizing element, which stabilizes the martensite structure. A large number of dislocation structures due to martensitic transformation contribute to improving swelling resistance. Further, it combines with alloy elements Nb, V, Cr, etc. to form fine carbides and improves creep rupture strength and swelling resistance.
If it is less than 04%, the effect is insufficient, and the strength and toughness are significantly impaired by the increase in the amount of δ-ferrite. Toughness must be good from the viewpoint of cold workability, which is particularly necessary in the production of structural members for fast reactor cores, and it is also a property that should be provided from the viewpoint of suppressing embrittlement during long-time heating. Is one. On the other hand, if it exceeds 0.2%, carbides increase, the steel hardens,
Its workability and weldability are impaired. Therefore, 0.04 to 0.2
% Is an appropriate content of C.
Si: 脱酸剤として添加されるが含有量が 0.3%を超える
場合は高温加熱中の脆化が著しい。したがって、0.3 %
以下の含有量とするが、好ましくは0.1 %以下にするこ
とにより靭性改善効果が大きい。Si: It is added as a deoxidizer, but when the content exceeds 0.3%, embrittlement during heating at high temperature is remarkable. Therefore, 0.3%
The content is set as follows, but if the content is preferably 0.1% or less, the toughness improving effect is great.
Mn: 熱間加工性を改善し、組織の安定化に有効である
が、1.5 %を超えて含有されると硬化相を形成し、靭
性、加工性を損なう。したがって、Mnの適正含有量は1.
5 %以下である。Mn: Improves hot workability and is effective in stabilizing the structure, but if it exceeds 1.5%, a hardened phase is formed, and toughness and workability are impaired. Therefore, the proper content of Mn is 1.
It is 5% or less.
Ni: オーステナイト安定化元素としてマルテンサイト組
織を安定する成分である。本発明ではδ−フェライト量
を調整し、強度、靭性、加工性を付与するために 0.1%
以上含有させるが、含有量が 1%を超える場合、クリー
プ強度を損ない、さらに変態点が低くなりすぎて熱処理
性および加工性を損なう。したがって、Niの適正含有量
は 0.1〜1 %である。Ni: A component that stabilizes the martensite structure as an austenite stabilizing element. In the present invention, the amount of δ-ferrite is adjusted to 0.1% in order to impart strength, toughness and workability.
Although it is contained as described above, if the content exceeds 1%, the creep strength is impaired, and the transformation point becomes too low, degrading the heat treatment property and workability. Therefore, the proper content of Ni is 0.1 to 1%.
Cr: 液体ナトリウム中の耐食性、脱炭抵抗性を向上させ
るために不可欠な元素で、8 %未満では効果がなく、65
0 ℃以上の高温使用には不適である。また13%を超える
場合、δ−フェライトが増加し、強度と靭性を損なう。
したがって、Crの適正含有量は 8〜13%である。Cr: Indispensable element for improving the corrosion resistance and decarburization resistance in liquid sodium.
It is not suitable for high temperature use above 0 ° C. On the other hand, if it exceeds 13%, δ-ferrite will increase and the strength and toughness will be impaired.
Therefore, the proper content of Cr is 8 to 13%.
Mo、W: ともに固溶強化元素であり、かつ炭化物、金属
間化合物の構成元素としてクリープ強度の向上に寄与す
る。どちらも 0.1%未満では上記効果が得られず、一方
Moが 2.5%を超える場合、またWが 4%を超える場合
は、δ−フェライト量が増加して靭性を損なうばかり
か、さらに高温中で多量の金属間化合物が析出して脆化
する。したがってMoの適正含有量は 0.1〜2.5 %、Wの
適正含有量は 0.1〜4 %である。Mo and W: both are solid solution strengthening elements and contribute to the improvement of creep strength as constituent elements of carbides and intermetallic compounds. If both are less than 0.1%, the above effect cannot be obtained.
If the Mo content exceeds 2.5% or the W content exceeds 4%, not only the amount of δ-ferrite increases and the toughness is impaired, but also a large amount of intermetallic compound precipitates and embrittles at high temperature. Therefore, the proper content of Mo is 0.1 to 2.5%, and the proper content of W is 0.1 to 4%.
更に、本発明者の知見によれば、MoとWとを1 %≦Mo+
1/2W≦2.5 %の範囲で複合含有させることにより、高
温強度の改善効果が著しい。特に高速炉炉心用構造部材
として最高 650℃程度の使用条件を考慮して、上記の範
囲で両成分を併用することとした。Furthermore, according to the knowledge of the present inventor, Mo and W are set to 1% ≦ Mo +
The combined effect of 1/2 W ≦ 2.5% has a remarkable effect of improving the high temperature strength. In particular, considering the usage conditions of up to about 650 ° C as structural members for the fast reactor core, we decided to use both components together within the above range.
V: C、Nと結合してV(C、N)の微細析出物を形成し、
クリープ強度に寄与する。0.1 %未満では十分な効果が
得られず、0.4 %を超える場合は、かえって強度を損な
う。したがって、Vの適正含有量は0.1 〜0.4 %であ
る。V: Combined with C, N to form a fine precipitate of V (C, N),
Contributes to creep strength. If it is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained, and if it exceeds 0.4%, the strength is rather deteriorated. Therefore, the proper content of V is 0.1 to 0.4%.
Nb: V同様にC、Nと結合してNb(C、N)の微細析出物を
形成し、クリープ強度に寄与する。また、組織を微細化
し靭性を改善するにも有効である。0.01%未満では効果
が得られず、一方 0.2%を超える場合は、熱処理中、未
固溶析出物が多量に残存し、クリープ強度を損なう。し
たがって、Nbの適正含有量は0.01〜0.2 %である。Nb: Like V, it combines with C and N to form fine precipitates of Nb (C, N), which contributes to creep strength. It is also effective for making the structure finer and improving the toughness. If it is less than 0.01%, no effect is obtained, while if it exceeds 0.2%, a large amount of undissolved precipitates remain during heat treatment, impairing the creep strength. Therefore, the proper Nb content is 0.01 to 0.2%.
Sol.Al: 脱酸剤として添加されるが、含有量が0.03%を
超える場合、クリープ強度を損なう。したがって、Sol.
Alの適正含有量は 0.3%以下である。Sol.Al: Although added as a deoxidizer, if the content exceeds 0.03%, the creep strength is impaired. Therefore, Sol.
The appropriate Al content is 0.3% or less.
N: V、Nbと結合し、炭窒化物を生成してクリープ強度
の向上に寄与するが、その含有量が0.01%未満では効果
がなく、0.08%を超える場合は加工性、靭性、および溶
接性を低下させる。したがって、Nの適正含有量は0.01
〜0.08%である。N: Combines with V and Nb to form carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength, but if its content is less than 0.01%, it has no effect, and if it exceeds 0.08%, workability, toughness, and welding Reduce sex. Therefore, the proper N content is 0.01
~ 0.08%.
P、S: いずれも靭性、加工性、溶接性に有害な不純物
元素である。不可避的な含有を考慮し、それぞれの上限
を0.02%と定めたが、その含有量は可能な限り低い方が
好ましい。P and S: Both are impurity elements harmful to toughness, workability, and weldability. In consideration of unavoidable content, the upper limit of each is set to 0.02%, but the content is preferably as low as possible.
以上の合金成分を含有し、残部Feと不可避不純物から成
るフェライト鋼が、本発明方法の対象となる基本的なも
のであるが、さらにその性質の改善を目的として、下記
の成分を添加含有させることができる。Ferrite steel containing the above alloy components and consisting of the balance Fe and unavoidable impurities is the basic subject of the method of the present invention, but for the purpose of further improving its properties, the following components are added and contained. be able to.
B: 微粒添加により、炭化物を分散、安定化させ、クリ
ープ強度の向上に寄与する。0.001 %未満の含有量では
上記の効果がなく、0.01%を超えると、加工性、溶接性
を損なう。したがって、Bを含有させる場合は、その量
を 0.001〜0.01%とする。B: Addition of fine particles disperses and stabilizes carbides and contributes to improvement of creep strength. If the content is less than 0.001%, the above effect does not occur, and if it exceeds 0.01%, workability and weldability are impaired. Therefore, when B is contained, its amount is 0.001 to 0.01%.
Ti、Zr、La、Ce、Y 、Ca: これらの元素の単独または複
合微量添加は、介在物の形態制御と靭性に有害なP、S
の清浄化作用がある。これらの元素の総計含有量が0.05
%未満では上記効果が得られず、また 0.3%を超えると
かえって靭性、加工性に有害となる。したがって、00.5
〜0.3 %が適正な含有量の範囲である。Ti, Zr, La, Ce, Y, Ca: Addition of these elements alone or in a small amount to P, S which is harmful to the morphology control and toughness of inclusions
There is a cleaning action. The total content of these elements is 0.05
If it is less than 0.3%, the above effect cannot be obtained, and if it exceeds 0.3%, it is rather harmful to the toughness and workability. Therefore, 00.5
~ 0.3% is a proper content range.
本発明鋼の熱処理は、強度と靭性の点から Ac3変態点か
ら1200℃までの温度範囲での焼ならし処理とその後の 7
80℃から Ac1変態点までの温度範囲での焼もどしであ
る。From the viewpoint of strength and toughness, the heat treatment of the steel according to the present invention is a normalizing treatment in the temperature range from the Ac 3 transformation point to 1200 ° C and the subsequent 7
Tempering in the temperature range from 80 ℃ to Ac 1 transformation point.
焼ならし処理は、組織をマルテンサイトにして強化する
作用があり、焼戻し処理は、マルテンサイト組織の高温
での組織(即ち、機械的性質)を安定化する作用があ
る。The normalizing treatment has an action of strengthening the structure into martensite, and the tempering treatment has a function of stabilizing the structure (that is, mechanical properties) of the martensite structure at high temperature.
焼ならし温度は、マルテンサイト組織にするために Ac3
点以上であることが必要である。上限は、δ−フェライ
ト量の抑制と高温酸化の抑制の観点から1200℃とする。
即ち、焼ならし温度の適正範囲は Ac3点〜1200℃であ
る。The normalizing temperature is Ac 3 in order to obtain a martensitic structure.
It must be above the point. The upper limit is 1200 ° C. from the viewpoint of suppressing the amount of δ-ferrite and suppressing high temperature oxidation.
That is, the proper range of the normalizing temperature is Ac 3 point to 1200 ° C.
焼もどし温度は、使用温度より十分高く、組織を安定に
し高クリープ強度を得るために、780 ℃以上が必要であ
り、高温で変態を防ぐために Ac1点以下とする。即ち、
焼ならしの適正温度は 780℃〜 Ac1点である。The tempering temperature is sufficiently higher than the use temperature, and it is necessary to be 780 ° C or higher in order to stabilize the structure and obtain high creep strength. To prevent transformation at high temperature, the tempering temperature is set to Ac 1 point or lower. That is,
The proper temperature for normalizing is 780 ℃ ~ Ac 1 point.
次に、冷間加工について述べる。熱処理された部材は、
その後に機械加工による寸法仕上をした場合、厳しい寸
法規格に合格しないことがある。例えば、燃料被覆管の
場合は、熱処理により曲がりや偏平等の変形が生じ、こ
れを機械加工した場合には、肉厚が変動し品質を低下さ
せる。この場合、抽伸または圧延等の冷間加工により寸
法を正確にすることができる。しかし、クリープ強度を
必要とする燃料被覆管の場合はこの特性が変化する。即
ち、軽度の冷間加工ではクリープ強度は変化しないが、
冷間加工度が大きくなるとマルテンサイト組織の再結晶
が生じてクリープ強度が低下する。高速炉炉心用構造部
材のような寸法精度の要求の極めてきびしい部材では、
5%未満の加工では必要な寸法矯正効果が得られず、20
%を超える加工ではクリープ強度の低下が懸念される。
よって、冷間加工の適正な範囲は 5〜20%であり、好ま
しくは 5〜15%である。Next, cold working will be described. The heat-treated member is
When the size is finished by machining after that, it may not pass the strict size standard. For example, in the case of a fuel cladding tube, heat treatment causes deformation such as bending and flattening, and when this is machined, the wall thickness fluctuates and the quality deteriorates. In this case, the dimensions can be made accurate by cold working such as drawing or rolling. However, this characteristic changes in the case of a fuel cladding tube that requires creep strength. That is, although the creep strength does not change with light cold working,
When the cold workability increases, recrystallization of the martensite structure occurs and the creep strength decreases. For extremely strict members that require dimensional accuracy, such as structural members for fast reactor cores,
If the processing is less than 5%, the required dimensional correction effect cannot be obtained.
If the processing exceeds%, there is a concern that the creep strength will decrease.
Therefore, the proper range of cold working is 5 to 20%, preferably 5 to 15%.
(実施例 1) 本発明方法の効果を具体的に確認するため、第1表に示
す各種の組織をもつ鋼を供試材として試験を行った。(Example 1) In order to specifically confirm the effect of the method of the present invention, a test was conducted using steels having various structures shown in Table 1 as test materials.
第1表中、A〜Fは既存のボイラ、化学工業、原子力用
フェライト鋼で、AはSTBA26鋼、Bは火力発電用STBA27
鋼、CはASTM・A213-T91鋼、Dはボイラ用9Cr-2Mo-V-Nb
鋼、Eは DIN・X20Cr-MoV121鋼、Fは DIN・X20CrMoWV1
21鋼(通称 HT9)である。In Table 1, A to F are existing ferritic steels for boilers, chemical industry, and nuclear power, A is STBA26 steel, and B is STBA27 for thermal power generation.
Steel, C is ASTM / A213-T91 steel, D is for boiler 9Cr-2Mo-V-Nb
Steel, E is DIN / X20Cr-MoV121 steel, F is DIN / X20CrMoWV1
It is 21 steel (commonly called HT9).
G〜Rは本発明の対象鋼、S〜ZはMoとWの複合効果を
みるために調整した比較鋼である。G to R are target steels of the present invention, and S to Z are comparative steels adjusted to see the combined effect of Mo and W.
これらの供試材は、50kg真空溶解炉で溶製し、20mm厚の
板に鍛造した後、それぞれ下記の熱処理と冷間加工を施
した。These test materials were melted in a 50 kg vacuum melting furnace, forged into a 20 mm thick plate, and then subjected to the following heat treatment and cold working, respectively.
A〜F:950〜1050℃焼ならし+800 ℃焼もどし。(熱処
理のまゝ) G〜Z:1050 ℃焼ならし+800 ℃焼もどし。10%の冷間
加工のまま。ただし、Jのみ5〜30%冷間加工のまま。A to F: 950 to 1050 ℃ normalizing +800 ℃ tempering. (For heat treatment) G to Z: Normalizing at 1050 ° C + tempering at 800 ° C. As cold as 10%. However, only J is 5-30% cold processed.
これらの供試材から、 6mmφ×30mmGLの丸棒引張試験片
を作成し、常温引張試験、650 ℃引張試験、および650
℃クリープ破断試験を行った。また、JIS 4号シャルピ
ー衝撃試験片を採取し、0℃にてシャルピー衝撃試験を
行った。その結果を第2表に示す。第2表に明らかなよ
うに、650 ℃×104hクリープ破断強度において、本発明
適用鋼は全て 8.0kgf/mm2を超え、既存の鋼A〜Fをは
るかに凌ぐ。A 6 mmφ × 30 mm GL round bar tensile test piece was prepared from these test materials, and the room temperature tensile test, 650 ° C tensile test, and 650 ° C tensile test were performed.
A ° C creep rupture test was performed. In addition, a JIS No. 4 Charpy impact test piece was sampled and subjected to a Charpy impact test at 0 ° C. The results are shown in Table 2. As is clear from Table 2, in the creep rupture strength of 650 ° C. × 10 4 h, all the steels according to the present invention exceed 8.0 kgf / mm 2 and far exceed the existing steels A to F.
第3図に、本発明適用鋼Iのクリープ破断試験結果を既
存鋼の代表的なものと比較した。第3図に明瞭に示され
るように、本発明適用鋼は、既存鋼では最高強度とされ
るC鋼を大きく上回るクリープ強度を有し、かつ長時間
側まで極めて安定である。FIG. 3 compares the results of the creep rupture test of Steel I to which the present invention is applied with those of typical existing steels. As clearly shown in FIG. 3, the steel to which the present invention is applied has a creep strength much higher than that of C steel, which is the highest strength among existing steels, and is extremely stable for a long time.
第1図は、MoとWの複合添加の適正範囲を示すものであ
り、第1表のA〜Z鋼のMo+1/2W含有量(%)と650 ℃×
104hクリープ破断強度(kgf/mm2)の関係を示す。本発明
適用鋼は、650 ℃×104hでの目標強度 8kgf/mm2を確実
に達成している。FIG. 1 shows the proper range of the combined addition of Mo and W. The Mo + 1 / 2W content (%) of A to Z steels in Table 1 and 650 ° C.
10 4 h Shows the relationship of creep rupture strength (kgf / mm 2 ). The steel to which the present invention is applied surely achieves the target strength of 8 kgf / mm 2 at 650 ° C. × 10 4 h.
(実施例 2) 第2図は、本発明鋼Jを用いて冷間加工の影響を調べた
結果である。650 ℃×104hクリープ破断強度 8kgf/mm2
の目標を上回るためには、冷間加工率を20%以下にすべ
きことがわかる。 (Example 2) FIG. 2 shows the results of examining the effect of cold working using the steel J of the present invention. 650 ℃ × 10 4 h Creep rupture strength 8kgf / mm 2
It can be seen that the cold working rate should be 20% or less in order to exceed the target of.
20%を超える冷間加工を受けた材料は著しい強度低下を
おこす。この原因は、高い冷間加工歪の蓄積が 650℃以
上の高温クリープ中に焼もどしマルテンサイト組織の再
結晶化を促進した結果と考えられる。Materials that have undergone cold work in excess of 20% experience a significant reduction in strength. It is considered that this is because the accumulation of high cold work strain accelerated the recrystallization of the tempered martensite structure during high temperature creep of 650 ° C or higher.
この結果から明らかなように、高速炉炉心用構造部材の
ようにきびしい寸法精度を確保するために冷間加工を必
須とし、かつ高いクリープ強度を必要とする部材におい
てはその加工率を20%以下に選ぶべきである。なお、冷
間加工度の下限は、前述のとおり部材の寸法精度を適正
にするため、5 %である。そして、本発明を適用した部
材では 5〜20%の冷間加工が加えられても必要とするク
リープ破断強度を維持できるのである。As is clear from these results, cold working is essential to secure strict dimensional accuracy like structural members for fast reactor cores, and the working rate is 20% or less for members that require high creep strength. You should choose. The lower limit of the cold workability is 5% in order to make the dimensional accuracy of the member appropriate as described above. In addition, the member to which the present invention is applied can maintain the required creep rupture strength even if cold working of 5 to 20% is applied.
(発明の効果) 本発明の方法によれば、650 ℃×104hクリープ破断強度
が 8kgf/mm2以上という高い高温強度を有するフェライ
ト系構造部材が得られる。そして、この部材はフェライ
ト系であるが故に、耐スエリング性において、オーステ
ナイト系耐熱鋼よりはるかに優れており、高速炉の炉心
用として好適である。更に、かかる用途に用いられる場
合に必須とされる冷間加工についても、その適正な範囲
が確認された。よって、本発明方法は、高速炉炉心用構
造部材の製造法として好適で、炉心用燃料被覆管、ラッ
パー管等の製造法としての利用が期待できる。(Effect of the Invention) According to the method of the present invention, a ferrite-based structural member having a high high-temperature strength of 650 ° C. × 10 4 h creep rupture strength of 8 kgf / mm 2 or more can be obtained. Since this member is made of ferrite, it has much better swelling resistance than austenitic heat-resistant steel and is suitable for cores of fast reactors. Further, the proper range was confirmed for the cold working which is indispensable when used for such an application. Therefore, the method of the present invention is suitable as a method for producing a structural member for a fast reactor core, and can be expected to be used as a method for producing a fuel cladding tube for a core, a wrapper tube, and the like.
第1図は、MoとWの複合添加量と 650℃×104hクリープ
破断強度との関係を示す図、 第2図は、本発明適用鋼の冷間加工率と 650℃×104hク
リープ破断強度との関係を示す図、 第3図は、本発明適用鋼と既存の鋼の650 ℃でのクリー
プ破断試験結果の例を示す図、 第4図は、フェライト鋼およびオーステナイト鋼につい
て中性子照射量(フルーエンス)とスエリング量との関
係を示す参考図、 第5図は、フェライト鋼とオーステナイト鋼について、
温度とナトリウム中炭素量と浸炭・脱炭作用領域との関
係を示す参考図、である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the combined addition amount of Mo and W and 650 ° C. × 10 4 h creep rupture strength, and FIG. 2 is the cold workability of the steel to which the present invention is applied and 650 ° C. × 10 4 h FIG. 3 is a diagram showing the relationship with creep rupture strength, FIG. 3 is a diagram showing an example of the results of a creep rupture test at 650 ° C. of a steel to which the present invention is applied and an existing steel, and FIG. 4 is a neutron for ferritic steel and austenitic steel. A reference diagram showing the relationship between irradiation dose (fluence) and swelling amount, Fig. 5 shows ferritic steel and austenitic steel.
It is a reference diagram showing the relationship between temperature, the amount of carbon in sodium, and the carburizing / decarburizing region.
フロントページの続き (72)発明者 伊勢田 敦朗 兵庫県尼崎市西長洲本通1丁目3番地 住 友金属工業株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 吉川 州彦 兵庫県尼崎市西長洲本通1丁目3番地 住 友金属工業株式会社総合技術研究所内Front page continuation (72) Inventor Atsuro Iseta 1-3-3 Nishi-Nagasumotodori, Amagasaki, Hyogo Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. Research Institute (72) Inventor Kazuhiko Yoshikawa 1-chome Nishinagasumoto, Amagasaki, Hyogo Address 3: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Claims (4)
PとSとはそれぞれ0.02%以下であるフェライト系の鋼
部材を、その部材の最終熱処理工程において Ac3点から
1200℃までの温度域での焼ならしと 780℃から Ac1点ま
での温度域での焼もどしとを行った後、5 〜20%の冷間
加工を施して仕上げることを特徴とする高速炉炉心用フ
ェライト系構造部材の製造法。1. By weight%, C: 0.04 to 0.2%, Si: 0.3% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 0.1 to 1% Cr: 8 to 13%, Mo: 0.1 to 2.5%, W: 0.1 to 4%, V: 0.1 to 0.4%, Nb: 0.01 to 0.2%, Sol.Al: 0.03% or less, N: 0.01 to 0.08%, balance Fe and unavoidable impurities, Mo + 1 / 2W: 1 to 2.5% And P and S in the impurities are 0.02% or less, respectively, from the Ac 3 point in the final heat treatment process of the ferritic steel member.
High-speed characterized by normalizing in the temperature range up to 1200 ℃ and tempering in the temperature range from 780 ℃ to Ac 1 point, and then finishing by cold working 5-20% Manufacturing method of ferrite-based structural members for reactor core.
PとSとはそれぞれ0.02%以下であるフェライト系の鋼
部材を、その部材の最終熱処理工程において Ac3点から
1200℃までの温度域での焼ならしと 780℃から Ac1点ま
での温度域での焼もどしとを行った後、5 〜20%の冷間
加工を施して仕上げることを特徴とする高速炉炉心用フ
ェライト系構造部材の製造法。2. In% by weight, C: 0.04 to 0.2%, Si: 0.3% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 0.1 to 1%, Cr: 8 to 13%, Mo: 0.1 to 2.5%, W : 0.1 to 4%, V: 0.1 to 0.4%, Nb: 0.01 to 0.2%, Sol. Al: 0.03% or less, N: 0.01 to 0.08%, B: 0.001 to 0.01%, balance Fe and unavoidable impurities, Mo + 1 / 2W: 1 to 2.5%, and P and S in the impurities are 0.02% each. The following ferritic steel members were selected from the Ac 3 point in the final heat treatment process of the members.
High-speed characterized by normalizing in the temperature range up to 1200 ℃ and tempering in the temperature range from 780 ℃ to Ac 1 point, and then finishing by cold working 5-20% Manufacturing method of ferrite-based structural members for reactor core.
0.05〜0.3 % 残部Feおよび不可避不純物 から成り、Mo+1/2W:1 〜2.5 %で、かつ不純物中の
PとSとはそれぞれ0.02%以下であるフェライト系の鋼
部材を、その部材の最終熱処理工程において Ac3点から
1200℃までの温度域での焼ならしと 780℃から Ac1点ま
での温度域での焼もどしとを行った後、5 〜20%の冷間
加工を施して仕上げることを特徴とする高速炉炉心用フ
ェライト系構造部材の製造法。3. By weight%, C: 0.04 to 0.2%, Si: 0.3% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 0.1 to 1%, Cr: 8 to 13%, Mo: 0.1 to 2.5%, W : 0.1 to 4%, V: 0.1 to 0.4%, Nb: 0.01 to 0.2%, Sol. Al: 0.03% or less, N: 0.01 to 0.08%, one or more components of the group of Ti, Zr, La, Ce, Y and Ca: in total
The final heat treatment process of a ferritic steel member consisting of 0.05 to 0.3% balance Fe and unavoidable impurities, Mo + 1 / 2W: 1 to 2.5%, and P and S in the impurities each 0.02% or less. At Ac from 3 points
High-speed characterized by normalizing in the temperature range up to 1200 ℃ and tempering in the temperature range from 780 ℃ to Ac 1 point, and then finishing by cold working 5-20% Manufacturing method of ferrite-based structural members for reactor core.
0.05〜0.3 % 残部Feおよび不可避不純物 から成り、Mo+1/2W:1 〜2.5 %で、かつ不純物中の
PとSとはそれぞれ0.02%以下であるフェライト系の鋼
部材を、その部材の最終熱処理工程において Ac3点から
1200℃までの温度域での焼ならしと 780℃から Ac1点ま
での温度域での焼もどしとを行った後、5 〜20%の冷間
加工を施して仕上げることを特徴とする高速炉炉心用フ
ェライト系構造部材の製造法。4. By weight%, C: 0.04 to 0.2%, Si: 0.3% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 0.1 to 1%, Cr: 8 to 13%, Mo: 0.1 to 2.5%, W : 0.1 to 4%, V: 0.1 to 0.4%, Nb: 0.01 to 0.2%, Sol. Al: 0.03% or less, N: 0.01 to 0.08%, B: 0.001 to 0.01%, one or more components of the group of Ti, Zr, La, Ce, Y, and Ca: in total
The final heat treatment process of a ferritic steel member consisting of 0.05 to 0.3% balance Fe and unavoidable impurities, Mo + 1 / 2W: 1 to 2.5%, and P and S in the impurities each 0.02% or less. At Ac from 3 points
High-speed characterized by normalizing in the temperature range up to 1200 ℃ and tempering in the temperature range from 780 ℃ to Ac 1 point, and then finishing by cold working 5-20% Manufacturing method of ferrite-based structural members for reactor core.
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JP62180869A JPH0625378B2 (en) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | Manufacturing method of ferritic structural members for fast reactor core |
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JPS6425915A JPS6425915A (en) | 1989-01-27 |
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JP62180869A Expired - Lifetime JPH0625378B2 (en) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | Manufacturing method of ferritic structural members for fast reactor core |
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JPH05196386A (en) * | 1991-11-22 | 1993-08-06 | Nippondenso Co Ltd | Laminated plate type heat exchanger |
US5769974A (en) * | 1997-02-03 | 1998-06-23 | Crs Holdings, Inc. | Process for improving magnetic performance in a free-machining ferritic stainless steel |
DE69827729T2 (en) * | 1997-09-22 | 2005-04-28 | National Research Institute For Metals | Ferritic, heat-resistant steel and method of manufacture |
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JPS61124555A (en) * | 1984-11-20 | 1986-06-12 | Nippon Steel Corp | Steel superior in sour resistance |
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1987
- 1987-07-20 JP JP62180869A patent/JPH0625378B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPS6425915A (en) | 1989-01-27 |
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