(57)【要約】【課題】従来に比べてより耐食性を高めた耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供する。【解決手段】クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含み、かつ炭素を含む耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、添加元素としてのチタンを、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加して耐食性を向上させたことを特徴とする。【選択図】図１
2010174308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含み、かつ炭素を含む耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
添加元素としてのチタンを、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加して耐粒界腐食特性を向上させたことを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記添加元素としてのチタンの含有量が０．１質量％以上１．０質量％以下であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜１５の範囲であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
冷間圧延加工と、当該冷間圧延加工後に行う加熱工程と、当該加熱工程後に行う冷却工程とからなる処理工程を、少なくとも２回施したことを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項４に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記冷間圧延工程の圧延率が３０％以上、前記加熱工程の加熱処理温度が８００℃以上１０００℃以下、前記冷却工程の冷却速度が１℃／秒以上５０℃／秒以下であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか１項記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
結晶粒径が１〜７０μｍの範囲にあることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記チタンの代わりに、ニオブ又はジルコニウムを添加元素として用いたことを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項８】
クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含み、かつ炭素を含む耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
添加元素としてのチタンを、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加することによって耐粒界腐食特性を向上させることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
前記添加元素としてのチタンの含有量が０．１質量％以上１．０質量％以下であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜１５の範囲であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０いずれか１項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
冷間圧延加工と、当該冷間圧延加工後に行う加熱工程と、当該加熱工程後に行う冷却工程とからなる処理工程を、少なくとも２回施すことを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
前記冷間圧延工程の圧延率が３０％以上、前記加熱工程の加熱処理温度が８００℃以上１０００℃以下、前記冷却工程の冷却速度が１℃／秒以上５０℃／秒以下であることを特徴とする耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関し、特に、原子力発電プラント等の構成材料として好適な耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、オーステナイト系ステンレス鋼は、高温強度、耐食性、加工性等に優れた材料として工業的に広く使用されている。また、このようなオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、原子力発電プラントにおける沸騰水型原子炉の炉心シュラウドの構成材料に使用されている。
【０００３】
上記のようなオーステナイト系ステンレス鋼では、例えば、溶接線近傍の熱影響部の結晶粒界上にクロム炭化物が生成し、これに伴って生じる結晶粒界に沿ったクロム欠乏相に沿って応力腐食割れ（ＳＣＣ）、特に粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）が進展する傾向があった。
【０００４】
上記のようなオーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食特性を高めるための方法として、クロムよりも炭素との反応速度及び／又は結合力が大きい元素、例えばチタンやニオブ等を添加して、クロムより先にチタンやニオブ等と炭素を結合させることによって、クロム炭化物析出による粒界クロム濃度の低下を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６３６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、原子力発電プラント等では、次世代炉の必要条件として長寿命・高稼働率が求められている。このため、原子力発電プラント等を構成するための材料についても、より耐食性の高い材料を提供する必要性が高まっている。
【０００７】
上記したように、オーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食特性を高めるためにチタン等を添加する手法は、通常の環境下で使用される材料についてはその効果が期待されている。
【０００８】
しかしながら、原子力発電プラントのような高温・高圧かつ中性子照射を受ける環境下における使用では、熱や中性子照射の影響を受けて材料の劣化が生じ、炭化チタン（ＴｉＣ）等の析出の偏りや、粒径のばらつきなどによって、期待どおりの特性を得られないという懸念が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてより耐粒界腐食特性を高めた耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の一態様は、クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含み、かつ炭素を含む耐食性オーステナイト系ステンレス鋼であって、添加元素としてのチタンを、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加して耐粒界腐食特性を向上させたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一態様は、クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含み、かつ炭素を含む耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、添加元素としてのチタンを、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加することによって耐粒界腐食特性を向上させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来に比べてより耐粒界腐食特性を高めた耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の組織を拡大して示す顕微鏡写真。
【図２】粒界腐食試験の結果を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態の製造工程を説明するための図。
【図４】本発明の一実施例に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の組織を拡大して示す顕微鏡写真。
【図５】粒界腐食試験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１５】
本実施形態に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼は、クロムを１４〜２５質量％、ニッケルを１０〜２４質量％含むとともに、炭素を含む。そして、添加元素としてのチタンが、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が１０〜３０の範囲となるように添加され、これによって、チタンを添加しない場合に比べて耐食性が向上した耐食性オーステナイト系ステンレス鋼となっている。なお、添加元素としてのチタンの含有量は、０．１質量％以上とすることが好ましい。
【００１６】
このような耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の代表的な組成を、表１に示す。なお、表１において、残部は鉄であり、単位は質量％である。
【００１７】
【表１】
2010174308.tif 000003
【００１８】
表１に示す耐食性オーステナイト系ステンレス鋼は、添加元素としてのチタンを、チタン含有量が０．２９質量％（０．１質量％以上）となるように添加したものである。また、この耐食性オーステナイト系ステンレス鋼は、炭素を０．０２５質量％含んでいる。したがって、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が約１２であり、１０〜３０の範囲となっている。
【００１９】
表１に示した組成となるように、添加元素としてのチタンを添加して実際に作製した実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の組織を顕微鏡によって拡大した写真を図１に示す。図１の写真に示すように、この耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒径は、約５０μｍ程度の整粒となっていた。
【００２０】
上記のように、添加元素としてのチタンを、その含有量が０．２９質量％、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が約１２となるように添加した表１に示す組成の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼を実施例として作製し、この実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼について、粒界腐食試験（ヒューイ試験（６５％硝酸腐食試験（ＪＩＳ  Ｇ０５７３）））を行った。この粒界腐食試験の結果を、縦軸を腐食速度（ｇ／ｍ２／ｈ）とした図２のグラフに示す。なお、粒界腐食試験は、実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼に対して７００℃で１０時間の熱処理を施した後に行った。この場合の腐食速度は、０．１５ｇ／ｍ２／ｈであった。
【００２１】
また、比較のために、添加元素としてのチタンを添加していない従来のオーステナイト系ステンレス鋼についても、同様な粒界腐食試験を行った。この粒界腐食試験の結果を図２のグラフに示す。この従来のオーステナイト系ステンレス鋼の腐食速度は、２０ｇ／ｍ２／ｈ以上となった。
【００２２】
図２に示されるように、上記のように添加元素としてのチタンを添加した実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼（図２のＴｉ添加オーステナイト鋼）は、チタンを添加していない従来のオーステナイト系ステンレス鋼（図２のオーステナイト鋼）に比べて腐食速度が１／１００以下程度と極めて遅くなっており、高い耐粒界腐食特性を示すことが確認できた。
【００２３】
すなわち、上記のように、添加元素としてのチタンを、その含有量が０．２９質量％、チタン含有量の炭素含有量に対する質量比（Ｔｉ質量／Ｃ質量）が約１２となるように添加した実施例では、クロム炭化物析出による粒界クロム濃度の低下を抑制する効果が発揮され、高い耐粒界腐食特性を示している。
【００２４】
添加元素としてのチタンは、上記したとおりクロムより先に炭素と結合することによってクロム炭化物の析出による粒界クロム濃度の低下を抑制する。このため、含有されている炭素の量によってチタンの添加量を調整する必要がある。
【００２５】
この場合、含有されている炭素の量に対して、チタンの量は、ある程度多くする必要があり、炭素に対するチタンの質量比（Ｔｉ／Ｃ）は、１０以上程度とする必要がある。一方、チタン添加による粒界クロム濃度低下の抑制効果は、チタン添加量を増大させても一定量以上では飽和する傾向となるため、炭素に対するチタンの質量比（Ｔｉ／Ｃ）は、３０以下程度とすることが好ましく、１５以下程度とすることがさらに好ましい。
【００２６】
すなわち、炭素に対するチタンの質量比（Ｔｉ／Ｃ）は、１０〜３０とすることが好ましく、１０〜１５とすることがさらに好ましい。また、耐食性オーステナイト系ステンレス鋼全体に対するチタンの含有量は、ある程度多い方が、チタン添加による粒界クロム濃度低下の抑制効果を確実かつ均一にすることができる。このため、チタンの含有量は、０．１質量％以上〜１．０質量％以下程度とすることが好ましく、０．１５質量％以上〜０．６質量％以下程度とすることがさらに好ましい。
【００２７】
なお、上記の実施形態では、添加元素としてチタンを用いた場合について説明したが、チタンの代わりに、クロムよりも先に炭化物を生成することが可能なニオブ又はジルコニウムを添加元素として用いて、オーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食特性を向上させることも可能である。
【００２８】
次に、上記した実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の結晶の粒径を微細化する微細化工程について図３を参照して説明する。同図に示すように、この微細化工程では、まず、上記した範囲となる量のチタンを含む材料１を圧延機２にかけて冷間圧延する（ａ）。この冷間圧延の際の圧延率は、３０％以上程度とすることが好ましい。
【００２９】
次に、冷間圧延した材料１を、電気炉３等において所定時間所定温度に加熱する（ｂ）。この加熱の際の加熱温度は、８００℃以上１０００℃以下程度とすることが好ましい。
【００３０】
しかる後、加熱した材料１を、冷却ファン６等を用いて冷却する（ｃ）。この冷却の際は、熱電対５および温度測定器４で材料１の温度を監視し、所定の冷却速度となるように温度を制御しつつ冷却を行う。この際の冷却速度は、例えば、５００℃以上の温度において１℃／秒以上５０℃／秒以下程度とすることが好ましい。
【００３１】
上記の工程で、耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の結晶の粒径はある程度微細化される。このように、１回の冷間圧延、加熱、冷却による微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の組織を拡大した顕微鏡写真を図４（Ａ）に示す。
【００３２】
耐食性オーステナイト系ステンレス鋼をさらに微細化する場合は、図３に示すように、引き続き、材料１を圧延機２にかけて冷間圧延する（ｄ）。次に、冷間圧延した材料１を、電気炉３等において所定時間所定温度に加熱する（ｅ）。しかる後、加熱した材料１を、冷却ファン６等を用いて冷却する（ｆ）。なお、冷却する際は、熱電対５および温度測定器４で材料１の温度を監視し、所定の冷却速度となるように温度を制御しつつ冷却を行う。
【００３３】
上記の２回目の冷間圧延における圧延率は、３０％以上程度とすることが好ましく、２回目の加熱における加熱温度は８００℃以上１０００℃以下程度とすることが好ましく、２回目の冷却における冷却速度は、５００℃以上の温度において１℃／秒以上５０℃／秒以程度とすることが好ましいことは、上記した１回目の工程の場合と同様である。しかし、１回目の圧延率、加熱温度、冷却速度と、２回目の圧延率、加熱温度、冷却速度が異なっていてもよい。
【００３４】
上記のように、２回の冷間圧延、加熱、冷却による微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の組織を拡大した顕微鏡写真を図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）に示されるように、１回のみ上記の冷間圧延、加熱、冷却による微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼に比べて、２回の冷間圧延、加熱、冷却による微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒がより整粒化され微細化されていることが確認できた。
【００３５】
上記のように、前述した実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼に、２回の冷間圧延、加熱、冷却工程を施し、粒径の微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼について、前述したと同様な粒界腐食試験（ヒューイ試験（６５％硝酸腐食試験（ＪＩＳ  Ｇ０５７３）））を行った。この粒界腐食試験の結果を、縦軸を腐食速度（ｇ／ｍ２／ｈ）とした図５のグラフに示す。
【００３６】
図５に示されるように、上記の粒径の微細化を行った耐食性オーステナイト系ステンレス鋼についても、チタンを添加していない従来のオーステナイト系ステンレス鋼（図５のオーステナイト鋼）に比べて腐食速度が１／２００以下程度と極めて遅くなっており、高い耐粒界腐食特性を示すことが確認できた。なお、この場合の腐食速度は、０．０８５ｇ／ｍ２／ｈであった。
【００３７】
図５に示されるように、実施例の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼では、粒径の微細化を行わない場合と、粒径の微細化を行った場合のいずれの場合についても、高い耐粒界腐食特性を得られることが確認できた。すなわち、結晶の粒径が、１〜７０μｍ程度の範囲内において、同様な高い耐粒界腐食特性が得られることが分かった。
【００３８】
上述したように、本実施形態によれば、粒界クロム濃度の低下を抑制することができ、従来に比べてより耐粒界腐食特性の高い耐食性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…材料、２…圧延機、３…電気炉、４…温度測定器、５…熱電対、６…ファン。
【図２】
2010174308.tif 000004
【図３】
2010174308.tif 000005
【図５】
2010174308.tif 000006
【図１】
2010174308.tif 000007
【図４】
2010174308.tif 000008