(57)【要約】【課題】オーステナイト相とフェライト相を有し、強度と耐食性が高く、放射線環境下での使用に適した２相ステンレス鋼およびその製造方法および原子力装置用部材を提供する。【解決手段】オーステナイト相およびフェライト相を有し、成分として含まれるＣｒ当量およびＮｉ当量が、シェフラーの組織図においてオーステナイト相とフェライト相の複相とオーステナイト相単相の境界部にあり結晶粒が微細化されている２相ステンレス鋼とする。この２相ステンレス鋼は、冷間加工（ａ），（ｄ）と熱処理（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）を制御し、結晶粒粗大化をフェライト相の析出によって抑制することにより製造する。【選択図】  図２
2005048203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト相およびフェライト相を有し、成分として含まれるＣｒ当量およびＮｉ当量が、シェフラーの組織図においてオーステナイト相とフェライト相の複相とオーステナイト相単相の境界部にあり結晶粒が微細化されていることを特徴とする２相ステンレス鋼。
【請求項２】
重量比１．５％以下のＴｉ、または重量比１．５％以下のＮｂ、または重量比１．５％以下のＺｒの少なくともいずれか１種類を含有することを特徴とする請求項１に記載の２相ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１に記載の２相ステンレス鋼において、冷間加工と熱処理の制御により、結晶粒粗大化をフェライト相の析出によって抑制することを特徴とする２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項４】
冷間加工を４０％以上として制御することを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項５】
熱処理温度を８００℃以上１１００℃以下として制御することを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項６】
熱処理後の冷却速度を制御することによって粒界部のＣｒ濃度を濃縮させることを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項７】
熱処理後の冷却速度を１℃／秒ないし５０℃／秒に制御することを特徴とする請求項３に記載の２相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の２相ステンレス鋼によって形成され、燃料被覆管、または軽水炉炉内構造物または配管、または軽水炉、または廃棄物処理装置の少なくとも一部分を構成することを特徴とする原子力装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト相とフェライト相を有する２相ステンレス鋼およびその製造方法および前記２相ステンレス鋼を用いた原子力装置用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽水炉プラントもしくは原子力プラントより発生する廃棄物を処理する施設等の環境は、中性子照射による放射線環境下となるため、このような原子力施設に使用されているオーステナイトステンレス鋼等は、使用が長期にわたると、ボイド発生等による強度および延性の低下や偏析誘起による粒界部Ｃｒ等の濃度低下から生じる耐食性低下および粒界割れが発生する。これらの現象は、改良材を適用してもなお発生しており、対策は十分とは言い難く、プラントの長寿命化への懸念材料のひとつとなっている。
【０００３】
また、現在、超臨界圧水軽水炉を代表とする高温・高圧によって熱効率向上を目指した原子力プラントの実用化が検討されており、その適用温度は２９０℃から５５０℃、圧力は２５ＭＰａと厳しい環境となる。しかし、従来の軽水炉プラントに使用されている構造材料および燃料被覆管材料の高温強度は、温度が５５０℃以上になると急激に低下するため、超臨界圧水軽水炉等における使用は困難である。さらに、水の密度が低下するため中性子密度がより高い環境となるため、粒界偏析による耐食性低下も懸念される。従って、高温強度および耐食性を向上させた改良材の開発が望まれている。
【０００４】
一方、オーステナイトステンレス鋼の高温強度および耐食性を高める手法としては、結晶粒の微細化が挙げられる。一般的な微細化の手段は、冷間加工→熱処理（再結晶化）→冷却である（下記特許文献１，２，３参照）。微細化を促進させるために最も効果的な方法は冷間加工率をできるだけ高くすることであるが、冷間加工率の上昇は材料の厚さを制限することになり、加工できる製品も限られるという難点が生じる。そのため、冷間加工率を上げずに結晶粒の微細化を促進させる手段を検討する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２７３５３８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２０４５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２５６４００号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、オーステナイト相とフェライト相を有し、強度と耐食性が高く、放射線環境下での使用に適した２相ステンレス鋼およびその製造方法および原子力装置用部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は２相ステンレス鋼であり、オーステナイト相およびフェライト相を有し、成分として含まれるＣｒ当量およびＮｉ当量が、シェフラーの組織図においてオーステナイト相とフェライト相の複相とオーステナイト相単相の境界部にあり結晶粒が微細化されている構成とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、重量比１．５％以下のＴｉ、または重量比１．５％以下のＮｂ、または重量比１．５％以下のＺｒの少なくともいずれか１種類を含有する構成とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の２相ステンレス鋼の製造方法において、冷間加工と熱処理の制御により、結晶粒粗大化をフェライト相の析出によって抑制する方法とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、冷間加工を４０％以上として制御する方法とする。
請求項５の発明は、請求項３の発明において、熱処理温度を８００℃以上１１００℃以下として制御する方法とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項３の発明において、熱処理後の冷却速度を制御することによって粒界部のＣｒ濃度を濃縮させる方法とする。
請求項７の発明は、請求項３の発明において、熱処理後の冷却速度を１℃／秒ないし５０℃／秒に制御する方法とする。
【００１２】
請求項８の発明は原子力装置用部材であり、請求項１に記載の２相ステンレス鋼によって形成され、燃料被覆管、または軽水炉炉内構造物または配管、または軽水炉、または廃棄物処理装置の少なくとも一部分を構成する構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１，２，３を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の２相ステンレス鋼は、冷間加工と熱処理の制御により、結晶粒粗大化をフェライト相の析出によって抑制した、オーステナイト相およびフェライト相を持つ結晶粒微細化ステンレス鋼である。
【００１４】
図１にシェフラーの組織図を示す。本実施の形態では、オーステナイト相およびフェライト相を持つ２相ステンレス鋼において、フェライト相を分散析出させることによって、オーステナイト相の粒径粗大化を防ぐ。そのため、フェライト相の含有量は少ない方が望ましく、製造にあたっては図１をもとにオーステナイト相に近い２相ステンレス鋼になるようにＣｒ当量およびＮｉ当量を決定する。分散析出したフェライト相は、結晶粒成長を抑制もしくは阻止するピン止め効果を発揮し、微細化が促進される。
【００１５】
図２に、オーステナイト相およびフェライト相を持つ本実施の形態の２相ステンレス鋼の冷間加工と熱処理を制御して組織を微細化させる製造工程を示す。鋼の製造は、１回目の微細化工程と２回目の微細化または１回目の微細化工程と２回目の微細化およびＣｒ濃度濃縮工程で行う。
【００１６】
図１をもとに製作した２相ステンレス鋼の材料１を冷間圧延機２にかけ冷間加工４０％以上となるように圧延する（ａ）。冷間加工した材料１を電気炉３において温度８００℃〜１１００℃まで加熱し保持（ｂ）した後、電気炉３を開けて空冷もしくは材料１を取り出し水冷を行い冷却する（ｃ）。ここまでを一回目の微細化工程とする。次に、冷却した材料１を再度、冷間圧延機２にかけ、一回目の冷間加工率と同等もしくはそれ以上の冷間加工を行い（ｄ）、電気炉３に入れ、温度８００℃〜１０５０℃まで加熱し保持（ｅ）した後冷却を行う。
【００１７】
粒界部のＣｒ濃度濃縮を実施する場合は、電気炉３の加熱制御とファン４を用いて材料１の冷却速度制御を行う（ｆ）。冷却速度は、粒界部Ｃｒ濃度を上げるために、温度８００℃から５００℃の間を１℃／秒から５０℃／秒とする。これらが第２回目の微細化処理と粒界部Ｃｒ濃度濃縮工程となる。これによって、材料１の粒度は微細化され、かつ粒界部のＣｒ濃度の濃縮が行われ、強度および耐食性が改善された材料が製造される。
【００１８】
製造工程に含まれる冷間加工は結晶粒微細化促進効果とともに、加工によって入った歪によってフェライト相が析出しやすくし、分散化促進効果もある。また、２相ステンレス鋼の材料１には、あらかじめ、重量比１．５％以下のＴｉ、ＮｂおよびＺｒを１種類または２種類以上添加しておくとさらに強度および耐食性が向上する。同時に、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒは、析出した元素および相を捕獲する性質があるため、フェライト相分散析出効果が得られる。
【００１９】
図３に本実施の形態の２相ステンレス鋼の組織写真を示す。写真（ａ）はＦｅ−１５Ｎｉ−２５Ｃｒ合金で、写真（ｂ）はＦｅ−１５Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｔｉ−Ｚｒ合金である。粒径は９〜１０μｍであり、微細化されていることがわかる。
【００２０】
本実施の形態の２相ステンレス鋼は、原子力プラントの燃料被覆管や、炉内機器や、配管や、高温高圧化によって熱効率を向上させた軽水炉に適用することができる。
【００２１】
本実施の形態によれば、冷間加工および熱処理の制御という非常に簡便な手段で、高温強度および耐食性を向上させた２相ステンレス鋼を製作することができる。すなわち、フェライト相の分散析出により、粒径微細化したステンレス鋼が得られるとともに、微細化かつ粒界部のＣｒ濃縮を行うことによって、高温強度および耐食性を高めた材料を得ることができる。また、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒの添加によって、より効果的に微細化および耐食性を向上させることができる。そして、本実施の形態の２相ステンレス鋼を使用すれば、軽水炉プラントおよび廃棄物処理システムの構造部材の健全性を長期間維持した安全な運転を行うことが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、オーステナイト相とフェライト相を有し、強度と耐食性が高く、放射線環境下での使用に適した２相ステンレス鋼およびその製造方法および原子力装置用部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するシェフラーの組織図。
【図２】Ｃｒを含む鉄鋼材料の冷間加工と熱処理を制御して、組織の微細化および粒界部の成分元素濃度を濃縮させる本発明の実施の形態の製造工程を説明する図。
【図３】フェライト相を分散析出させた本発明の実施の形態の２相ステンレス鋼の組織写真。
【符号の説明】
１…材料、２…冷間圧延機、３…電気炉、４…熱電対、５…温度測定器、６…ファン。
【図１】
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【図２】
2005048203.tif 000004
【図３】
2005048203.tif 000005