JPS62167838A - Ｎｉ基合金及びその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軽水炉あるいは新型転換炉の炉内構造部材や
燃料要素等に用いられるピン、ボルト、スクリュー等の
締結部材又は板バネ、コイルバネ等のスプリング部材並
びに、タービン用ボルト、熱交換器用支持構造部材、熱
交換器伝熱管材等に好適な耐応力腐食割れ性に優れた高
強度のＮｉ基合金及びその製造法に関する。

〔従来の技術〕

従来、軽水炉等の前記用途材として、インコネルｘ−７
５０（商品名）と称するＮｉ≧７２％、　Ｃｒ１４〜１
７チ、Ｆｅ６〜９％を有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂを１〜２
％含む析出強化型Ｎｉ基合金が多用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがインコネルＸ−７５０は、熱処理条件によって
は前記用途の使用環境における応力腐食割れ感受性が高
く、上記の締結部材等において応力腐食割れを生じるこ
とがある。しかも、一般に０．２％耐力や引張強さの大
きな高強度材になるほど、耐応力腐食割れ性が劣ると言
われており、前記のビン、ボルト又はスプリング等のよ
うに高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れて（・る事が要求される部材として好適なものは
なかった。

本発明は、上記従来合金の不具合に鑑みてなされたもの
で、高強度でしかも高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れたＮｉ基合金の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意研究の結果、従来のインコネルχ−
７５０の締結部材では、その化学成分、熱処理条件若し
くは加工条件等に起因して金属組織が変化し、材料の応
力腐食割れ感受性が高くなるとの知見を得た上、このよ
うな問題点のない化学組成、金属組織のＮｉ基合金とそ
の製造法とを開発するに至った。

そのため、本発明は、まず （１）重量比で００．０８％以下、ＳＬｏ、１５％以下
、Ｍｎ　０．１〜１％、Ｎｉ４５〜７５　％、Ｃｒ２０
〜３０％、１０１０％以下、Ｔｉ３．５チ以下、Ａｌ２
俤以下、Ｎｂ７チ以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａ
の各々０．１係以下を少なくとも１種以上と残部Ｆｅを
含み、γ基地にγ１相及びγ１１相の少なくともいずれ
か１種を有し、結晶粒界にＭ２３Ｃ６が半連続状に優先
的に析出している事を特徴とする高温高圧水中での耐応
力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金を第１発明とし
た。

そしてこのＮｉ基合金を得るだめの製造法として、次の
（２）〜（３）の発明を第２発明乃至第４発明とした。

（２）重量比でｃ　０．０８％以下、ｓｔ　０．１５　
％以下、Ｍｎ　０．１〜１％、Ｎｉ４５〜７５％、Ｏｒ
　２０〜３０　％、ＩＡ０１０％以下、Ｔｉ３，５％以
下、Ａｌ２％以下、１ｉｂ７％以下並びに希土類元素、
Ｍｇ及びＣａの各々０．１チ以下を少な（とも１種以上
と残部Ｆｅを含む合金に、９８０〜１２００℃に加熱保
持して空冷以上の冷却速度で冷却し、更に５５０〜８５
０℃に加熱保持する時効処理を少なくとも１回以上施こ
すことを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性
に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。

（３）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
、Ｍｎ　０．１〜１係、Ｎｉ４５〜７５％、Ｃ「２０〜
３０％、１０１０％以下、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２チ
以下、Ｎｂ７チ以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａの
各々０．１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｆｅを含
む合金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して空冷以上
の冷却速度で冷却した後、断面縮小率で１０係以上の冷
間加工を施し、更に５５０〜８５０℃に加熱保持する時
効処理を少なくとも１回以上施すことを特徴とする高温
高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合
金の製造法。

（４）重量比でｃ　０．０８’Ａ以下、Ｓｌ、１５％以
下、Ｍｎ　０．１〜１％、Ｎｉ４５〜７５％、Ｃｒ２０
〜３０％、Ｍｏ１０％以下、Ｔｉ３．５チ以下、Ａｌ２
チ以下、Ｎｂ７％以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａ
の各々０６１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｆｅを
含む合金に、８５０〜１２５０℃で圧下率２０４以上の
熱間加工を施した後、９８０〜１２００℃に加熱保持し
て空冷以上の冷却速度で冷却し、更に５５０〜８５０℃
に加熱保持する時効処理を少なくとも１回以上施すこと
を特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れ
た高強度Ｎｉ基合金の製造法。

〔数値限定理由〕

Ｃ：ＣはＯｒと結合してＭ２３Ｃ６なるＯｒ炭化物を結
晶粒界に形成し、結晶粒の粒界結合力を増す働きをなす
。ところが、Ｃが０．０８％を超えるとＮｂやＴｉと結
合してＮｂＣやＴＩＧを形成し、ＮｂやＴｉがＮｉと結
合して生成するγ′やＴｉ１相を減少させるため強度が
低下する。従って、Ｃを０．０８チ以下とした。

Ｓｉ　：　Ｓｌは合金中の不純物としての酸素を取除く
作用を持つが、反面０．１５％を超えると粒界部におけ
るＭ、、Ｃ，の半連続状析出を阻害し、耐応力腐食割れ
性を低下させる。従って、ｓｌをｏ、１５チ以下とした
。

Ｍｎ　：　Ｍｎは粒界部におけるＭ２３Ｃ６の半連続状
析出を促進する元素であり、０．１％以上含有させる必
要があるが、１チを超えて含有することにより延性を損
なう脆代相の析出を助長する。従って、Ｍｎを０．１〜
１％とした。

Ｆｅ　：　Ｆｅは鋳造時、若しくは塑性加工時の組織の
安定性を高める元素であるが、１５％を超えて含有する
と、延性を害する。従ってＦｅを１５％以下とした。

Ｏｒ：Ｃｒは耐応力腐食割れ性を保持する上で最も重要
な元素であり、２０％以上含有する必要があるが３０チ
を超えて含有すると凝固偏析が著しく、鍛造しにくくな
るばかりか、均質なイアーｆットが出来にくい。従って
、Ｏｒヲ２０〜３゜チとした。

Ｍｏ：Ｍｏは、耐孔食性、耐すきま腐食性を向上させる
が、１０チを超えて含有するとＭ２３Ｃ６の粒界析出を
抑制し、逆に耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Ｍ
ｏを１０チ以下とした。

Ｔｉ：Ｔｉは旧と結合してＮｉ３Ｔｉなるγ′を析出し
強度を高（する。３．５チを超えると延性が低下し、η
相が析出して耐応力腐食割れ性が低下する。

従って、Ｔｉを３，５％以下とした。

Ａｌ：ＡｌはＮｉと結合してＮｉ３Ａｌなるγ′を析出
し強度を高（するが、２％を超えると耐応力腐食割れ性
が低下する。従って、Ａｌを２チ以下とした。

ｓｂ：ＮｂはＮｉと結合してＮｉ３Ｎｂなるγ′ｌ相あ
るいはδ相を析出し、強度を高くするが、７係を超える
と耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Ｎｂを７％以
下とした。

希土類元素、　Ｍｇ、Ｃａ　：　Ｈｆ　、　Ｙ等希土類
元素、Ｍｇ及びＣａは、合金中の不純物としての０を除
去しうるのみでなく、粒界に析出して粒界結合力を上げ
るが、それぞれ０．１チな超えると耐孔食性が劣化する
。従って、希土類元素、Ｍｇ及びＣａの各々０．１−以
下を少なくとも１種以上とした。

また、熱処理条件としては、高強度を保持し、かつ高い
耐応力腐食割れ性を保持させるために９８０〜１２００
℃に加熱保持して空冷以上の冷却速度で冷却する溶体化
処理後、更に５５０〜８５０℃に加熱保持する時効処理
を少なくとも１回以上施こす必要がある。

尚、熱処理時間としては、溶体化処理が５分〜５時間、
時効処理が１〜１５０時間程度施こすのが好ましい。

また、一般に、鋳造材の場合、上記の溶体化処理と、時
効処理だけで良いが、更Ｋ、冷間加工及び熱間加工を行
う場合は次の条件下で行う。

すなわち、冷間加工の場合、すぐれた耐応力腐食割れ性
を得るために、溶体化処理後に断面縮小率１０チ以上の
高い加工率にて均質に加工を行う。

尚、上記の冷間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐食
割れ性に加えて、０２％耐力が９０Ｋｇ／１ｍ１以上、
引張強さが１００　Ｋｑ／−以上の高強度材となる。

また、熱間加工の場合、熱間加工による割れを防止し、
また必要以上の粒成長を防止するために加工温度を８５
０〜１２５０℃で行い、すぐれた耐応力腐食割れ性を保
持するために２０チ以上の圧下率で均質に行う。

尚、上記の熱間加工条件によれば、すぐれた耐応力腐食
割れ性に加えて、室温の０．２チ耐力が７０曝−以上、
引張強さが９０Ｋｌ−以上の高強度材となる。

〔実施例〕

１）応力腐食割れ試験 軽水炉環境下で締結部材や、ベロー等に本発明のＮｉ基
合金が用いられた場合の耐応力腐食割れ性を評価するた
め、加圧水型軽水炉−次系水を模擬した表１に示す環境
下で、第１図に示すＵベンド試験片を浸漬し、高応力を
負荷した各供試材の応力腐食割れ試験を４０００ｈ迄実
施し、割れの有無を調査した。

２）供試材 本試験に用いた供試材の化学成分を表２に、供試材の熱
処理、加工条件の例を表３に示す。

尚、不純物としてｐ、ｓがそれぞれ最大０１０１チ程度
、Ｃｕが最大０．０７％程度、またＮが最大０．０１チ
程度含有していた。

３）試験結果 結果は表３、並びに第２図乃至第１０図のとおりである
が、表４に示すとおり、図中の記号のうち白ぬきは割れ
なしのもので、黒ぬりは割れ有りのものである。

尚、これらの供試材のうち割れをおこさなかったものの
金属組織を観察したところ、ｒ基地にｒＩ相又はｉ１１
相が分散し、結晶粒界にはＭｔｓｃｓが半連続状に優先
的に析出していた。代表的な例を表５に示す。

各成分元素、熱処理条件と割れの有無は、第２図（ａｌ
（ｂｌ乃至第４図までのとおりであり、いずれも本発明
の成分範囲、熱処理条件の範囲であれば他にくらべて耐
応力腐食割れにすぐれることがわかる。

また、第５図（ａｌ　ｌ　（ｂｌには冷間加工率、溶体
化温度と割れの有無の関係を示すが、いずれも本発明の
条件下であれば他にくらべて耐応力腐食割れ性にすぐれ
ることがわかる。

第６図乃至第７図にＴｉ．Ａｌ量とＮｂ量とが耐応力腐
食割れ性に及ぼす影響を示すが、いずれも本発明の範囲
内であれば他と比較して耐応力腐食割れ性にすぐれるこ
とがわかる。

第８図に機械的性質と、冷間加工率との関係を示すが、
第５図（ａｌ　ｌ　（ｂｌに示すとおり、本発明の範囲
では、耐応力腐食割れ性に優れるにもかかわらず、０２
チ耐力及び引張強さもすぐれている。

第９図及び第１０図に、圧下率３０％の熱間加工を施こ
した合金の化学成分と機械的性質との関係を示すが、本
発明の範囲では耐応力腐食割れ性にすぐれるにもかかわ
らず、機械的性質がすぐれている。

尚、各図において、ｔａ＋　、　ｆｂ１図のあるものは
、Ｍｏの有無によりデータを区分けしたもので、（ａｔ
がＭｏの無いもの、（ｂｌがＭｏの有るものでちる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、機械的強度と耐応力腐
食割れ性をともに満足するＮｉ基合金を得ることができ
るので、軽水炉等の炉内構造部材をはじめ、締結部材、
スプリング部材等として、きわめて安全に長寿命にて用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａｌ　ｌ　（ｂｌ　Ｉ　［Ｃ１はいずれも本発
明の実施例について試験を行った試験片の説明図、第２
図ｔａ＋　、　ｆｂｌ乃至第１０図は、本発明の実施例
についての実験結果をあられす図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
   、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
   ％、Ｍｏ１０％以下、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下
   、Ｎｂ７％以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａの各々
   ０．１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｎｉを含み、
   γ基地にγ′相及びγ″相の少なくともいずれか１種を
   有し、結晶粒界にＭ＿２＿３Ｃ＿６が半連続状に優先的
   に析出している事を特徴とする高温高圧水中での耐応力
   腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金。
2. （２）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
   、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
   ％、Ｍｏ１０％以下、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下
   、Ｎｂ７％以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａの各々
   ０．１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｎｉを含む合
   金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却し、更に
   ５５０〜８５０℃に加熱保持する時効処理を少なくとも
   １回以上施こすことを特徴とする高温高圧水中での耐応
   力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。
3. （３）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
   、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
   ％、Ｍｏ１０％以下、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下
   、Ｎｂ７％以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａの各々
   ０．１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｎｉを含む合
   金に、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却した後、
   断面縮小率で１０％以上の冷間加工を施し、更に５５０
   〜８５０℃に加熱保持する時効処理を少なくとも１回以
   上施すことを特徴とする高温高圧水中での耐応力腐食割
   れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法。
4. （４）重量比でＣ０．０８％以下、Ｓｉ０．１５％以下
   、Ｍｎ０．１〜１％、Ｆｅ１５％以下、Ｃｒ２０〜３０
   ％、Ｍｏ１０％以下、Ｔｉ３．５％以下、Ａｌ２％以下
   、Ｎｂ７％以下並びに希土類元素、Ｍｇ及びＣａの各々
   ０．１％以下を少なくとも１種以上と残部Ｎｉを含む合
   金に、８５０〜１２５０℃で圧下率２０％以上の熱間加
   工を施した後、９８０〜１２００℃に加熱保持して冷却
   し、更に５５０〜８５０℃に加熱保持する時効処理を少
   なくとも１回以上施すことを特徴とする高温高圧水中で
   の耐応力腐食割れ性に優れた高強度Ｎｉ基合金の製造法
   。