CN107709587A

CN107709587A - 原子能用Ni基合金管

Info

Publication number: CN107709587A
Application number: CN201680037339.6A
Authority: CN
Inventors: 竹田贵代子; 木野村庄司
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: JP6399224B2; EP3315622B1; EP3315622A4; CA2987569C; ES2761273T3; JPWO2016208569A1; CA2987569A1; KR101982961B1; WO2016208569A1; EP3315622A1; CN107709587B; US10550451B2; US20180163285A1; KR20170139151A

Abstract

本发明的目的在于提供SCC裂纹进展速度小的原子能用Ni基合金管。本发明的原子能用Ni基合金管为具有15～55mm的壁厚的Ni基合金管，化学组成以质量％计为C：0.010～0.025％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.01～0.50％、P：0.030％以下、S：0.002％以下、Ni：52.5～65.0％、Cr：20.0～35.0％、Mo：0.03～0.30％、Co：0.018％以下、Sn：0.015％以下、N：0.005～0.050％、Ti：0～0.300％、Nb：0～0.200％、Ta：0～0.300％、Zr：0％以上且不足0.03％、余量：Fe以及杂质，组织为奥氏体单相，化学组成满足下式(1)。‑0.0020≤[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≤0.0015(1)其中，式(1)中的元素标记处代入对应的元素的以质量％表示的含量。

Description

原子能用Ni基合金管

技术领域

本发明涉及原子能用Ni基合金管，更详细而言涉及具有15～55mm的壁厚的原子能用Ni基合金管。

背景技术

轻水堆中，自工作开始经过40年以上的机械设备增加，结构材料的经年劣化成为问题。经年劣化之一有应力腐蚀裂纹(以下，称为SCC)。SCC在材料、环境、以及应力这三个因素共同作用下产生。

在轻水堆的压力边界，特别是在要求优异的耐SCC性的部位使用Alloy600(15Cr-70Ni-Fe)、Alloy690(30Cr-60Ni-Fe)。Alloy690其特征在于，作为改善了Alloy600的SCC产生的材质而被实用化，实施了在晶界积极地析出M₂₃C₆，并且补救Cr欠缺层的特殊热处理。

特殊热处理例如记载于Yonezawa et al,”Effects of Metallurgical Factorson Stress Corrosion Cracking of Ni-Base Alloys in High Temperature Water”,Proceedings of JAIF International Conference on Water Chemistry in NuclearPower Plants,volume 2(1988),pp.490-495。

公开了用于提高这些合金的耐SCC性的各种手法。日本专利第2554048号公报中公开了，通过成为在γ基地具有γ’相以及γ”相的至少任一种、在晶粒边界半连续状地优先析出M₂₃C₆的组织，从而提高耐SCC性的高强度Ni基合金。日本专利第1329632号公报、以及日本特开昭30-245773号公报中公开了，通过规定冷轧后的加热温度和加热时间，从而提高耐SCC性的Ni基合金。日本专利第4433230号公报中公开了，利用含有Ti或Nb的碳氮化物而使晶体粒径微细化的原子能用高强度Ni基合金管。

发明内容

认为对于SCC而言作为现象分为“产生”和“裂纹进展”。上述的文献大多关于抑制SCC的产生，着眼于在晶界析出的M₂₃C₆的控制。

在此，对于SCC产生和SCC裂纹进展的区别进行叙述。如上所述，耐腐蚀性优异的Alloy690等Ni基合金管用作轻水堆的压力边界的结构材料。然而，在基于所应用的部位所谋求的耐腐蚀性上存在差异。

例如，压水堆(以下，称为PWR)的蒸汽发生器导热管(以下，SG管)为细径薄壁(外径约20mm，壁厚约1mm)、约3000～6000根聚集而构成蒸汽发生器。SG管为薄壁，因此产生SCC时采取快速地封住管端而弃用的处置。因此，对于SG管等薄壁管要求SCC产生敏感性低。

另一方面，PWR控制棒驱动机构导向管(蓋管台，control rod drive mechanismnozzle tube)为大径厚壁(外径为100～185mm左右，内径为50～75mm左右)，因此即便产生SCC，也可以基于SCC裂纹进展速度而评价剩余寿命。因此，在定期检查时可以计划性替换、交换来安全地运用。因此，对于PWR控制棒驱动机构导向管那样的厚壁管要求SCC裂纹进展速度小。

专利第2554048号公报、日本专利第1329632号公报、以及日本特开昭30-245773号公报从SCC产生敏感性的观点出发进行了研究，关于SCC裂纹进展未充分地研究。

专利第4433230号公报为使含有Ti或Nb的碳氮化物微细地分散，从而使Ni基合金管高强度化的技术。日本专利第4433230号公报中对于碳氮化物对SCC裂纹进展带来的影响未进行研究。

本发明的目的在于提供SCC裂纹进展速度小的原子能用Ni基合金管。

基于本发明的一个实施方式的原子能用Ni基合金管为具有15～55mm的壁厚的原子能用Ni基合金管，化学组成以质量％计为C：0.010～0.025％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.01～0.50％、P：0.030％以下、S：0.002％以下、Ni：52.5～65.0％、Cr：20.0～35.0％、Mo：0.03～0.30％、Co：0.018％以下、Sn：0.015％以下、N：0.005～0.050％、Ti：0～0.300％、Nb：0～0.200％、Ta：0～0.300％、Zr：0％以上且不足0.03％、余量：Fe以及杂质，组织为奥氏体单相，化学组成满足下式(1)。

-0.0020≤[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≤0.0015(1)

其中，式(1)中的元素标记处代入对应的元素的以质量％表示的含量。

根据本发明，得到SCC裂纹进展速度小的原子能用Ni基合金管。

附图说明

图1为Ni基合金管的透射型电子显微镜图像。

图2为Ni基合金管的透射型电子显微镜图像。

图3为Ni基合金管的显微镜图像的示意图。

图4为抽取晶界析出物之一并示出的示意图。

图5为紧凑拉伸试验片的示意性的平面图。

图6为紧凑拉伸试验片的示意性的截面图。

图7为示出Fn的值与SCC裂纹进展速度的关系的散点图。

具体实施方式

本发明人等对于原子能用Ni基合金管中的SCC裂纹进展的行为进行各种研究以及实验。结果得到以下的见解。

(a)Ni基合金中，为了抑制基于N的热加工性劣化，添加Ti、Nb等。然而，在现在的制钢技术中，N量可以降低至50ppm以下，因此与以往相比可以减少Ti、Nb、Ta、Zr等N固定化元素的添加。但是，显著降低N带来成本提高，因此将50ppm设为下限是现实的。

(b)图1以及图2为Ni基合金管的透射型电子显微镜(TEM)图像。碳氮化物存在于晶粒内以及晶粒边界这两者。碳氮化物在原材料凝固时在高温下析出，在之后的热加工时仍生长而不固溶。

本发明人等进一步对于在晶界析出的析出物(以下，称为晶界析出物)与SCC裂纹进展速度的关系进行调查。如上所述，碳氮化物在凝固时析出，因此在粒内、在晶界均存在。此外，在实施了上述的特殊热处理的材料中，在晶界存在M₂₃C₆。因此，准备以下的4种材料，在PWR一次模拟水中评价SCC裂纹进展速度。

[A]为固溶化热处理状态的材料，碳氮化物的析出少

[B]为固溶化热处理状态的材料，碳氮化物的析出多

[C]对[A]实施了特殊热处理的材料

[D]对[B]实施了特殊热处理的材料

其结果，可知对于SCC裂纹进展速度，[A]最小，以下按照[B]、[C]、[D]的顺序变大。由此，进一步得到以下的见解。

(c)晶界析出物助长SCC裂纹进展。认为这是由于晶界析出物使晶界的结合力弱化。因此，为了减小SCC裂纹进展速度，抑制晶界析出物的析出是有效的。

(d)虽然因特殊热处理而析出的晶界M₂₃C₆改善SCC产生敏感性，但对于SCC裂纹进展没有效果。对此考虑如下。SCC产生时，与SCC裂纹进展相比应力因素低，因此富Cr的M₂₃C₆抑制腐蚀的进行。另一方面，SCC裂纹进展时，应力因素高，因此M₂₃C₆作为晶界的异物而弱化晶界的结合力。

(e)作为用于抑制晶界析出物的析出的方案，可考虑省略特殊热处理。然而，考虑到兼具SCC产生敏感性时，省略特殊热处理是不优选的。以实施特殊热处理为前提时，通过控制与碳氮化物形成相关的成分从而抑制晶界析出物是有效的。

进而，对于上述的[A]、[B]的材料实施20％的冷加工，评价SCC裂纹进展速度。[A]时，无论有无冷加工，SCC裂纹进展速度几乎没有变化。另一方面，[B]时，由于冷加工而使SCC裂纹进展速度变为50倍。此时，[B]的粒内的维氏硬度为[A]的粒内的维氏硬度的约1.3倍。由此，进一步得到以下的见解。

(f)对在粒内碳氮化物多的材料实施冷加工时，助长SCC裂纹进展。认为这是由于因碳氮化物的钉轧效应而容易在粒内积累变形，与晶界的强度差变大。

本发明是基于上述(a)～(f)的见解而完成的。以下，详细叙述基于本发明的一个实施方式的原子能用Ni基合金管。

[化学组成]

基于本实施方式的原子能用Ni基合金具有在以下说明的化学组成。在以下的说明中，元素含量的“％”意味着质量％。

C：0.010～0.025％

碳(C)出于钢的脱氧以及强度的确保的目的而使用。C含量不足0.010％时，作为结构材料不能得到必要的强度。C含量超过0.025％时，在晶界析出的碳化物增加，SCC裂纹进展速度变大。因此，C含量为0.010～0.025％。C含量的下限优选为0.015％。C含量的上限优选为0.023％。

Si：0.10～0.50％

硅(Si)出于脱氧的目的而使用。Si含量不足0.10％时，脱氧不足。然而，Si含量超过0.50％时，促进夹杂物的生成。因此，Si含量为0.10～0.50％。Si含量的下限优选为0.15％。Si含量的上限优选为0.30％。

Mn：0.01～0.50％

锰(Mn)为对脱氧以及奥氏体相的稳定化有效的元素。Mn含量不足0.01％时，不能充分地得到该效果。Mn含量超过0.50％时，合金的纯净度降低。Mn形成硫化物，成为非金属夹杂物。非金属夹杂物在焊接时富集，降低合金的耐腐蚀性。因此，Mn含量为0.01～0.50％。Mn含量的下限优选为0.10％。Mn含量的上限优选为0.40％。

P：0.030％以下

磷(P)为杂质。P含量超过0.030％时，产生在焊接热影响部偏析导致的脆化，裂纹敏感性增大。因此，P含量为0.030％以下。P含量更优选为0.020％以下。

S：0.002％以下

硫(S)为杂质。S含量超过0.002％时，产生在焊接热影响部偏析导致的脆化，裂纹敏感性增大。因此，S含量为0.002％以下。S含量更优选为0.0010％以下。

Ni：52.5～65.0％

镍(Ni)对确保合金的耐腐蚀性是有效的元素。为了降低在高温高压水环境下SCC裂纹进展速度，需要将Ni含量设为52.5％以上。另一方面，考虑奥氏体相的稳定性、与Cr、Mn等其它元素的相互作用，将Ni含量的上限设为65.0％。因此，Ni含量为52.5～65.0％。Ni含量的下限优选为55.0％，进一步优选为58.0％。Ni含量的上限优选为62.0％，进一步优选为61.0％。

Cr：20.0～35.0％

铬(Cr)对于确保合金的耐腐蚀性是有效的元素。为了减小在高温高压水环境下SCC裂纹进展速度，需要将Cr含量设为20.0％以上。然而，Cr含量超过35.0％时，形成Cr氮化物，降低合金的热加工性。因此，Cr含量为20.0～35.0％。Cr含量下限优选为25.0％，进一步优选为28.0％。Cr含量的上限优选为33.0％，进一步优选为31.0％。

Mo：0.03～0.30％

钼(Mo)因抑制Cr的晶界扩散，所以使助长SCC裂纹进展的M₂₃C₆的析出有效得到抑制。Mo含量不足0.03％时，不能充分地得到该效果。另一方面，在Cr含量多的合金中，Mo使Laves相在晶界析出，使SCC裂纹进展速度增大。因此，Mo含量为0.03～0.30％。Mo含量的下限优选为0.05％，进一步优选为0.08％。Mo含量的上限优选为0.25％，进一步优选为0.20％。

Co：0.018％以下

钴(Co)为杂质。Co自与核反应堆的一次冷却水接触的合金表面溶出，放射化时，变换为半衰期长的⁶⁰Co。因此，Co含量为0.018％以下。Co含量优选为0.015％以下。

Sn：0.015％以下

锡(Sn)为杂质。Sn含量超过0.015％时，产生在焊接热影响部偏析导致的脆化，裂纹敏感性增大。因此，Sn含量为0.015％以下。Sn含量优选为0.010％以下，更优选为0.008％以下。

N：0.005～0.050％

氮(N)与Ti、C键合，形成碳氮化物。N含量超过0.050％时，碳氮化物过量，SCC裂纹进展速度变大。另一方面，N也用于提高合金的强度。此外，显著地降低N带来成本提高，因此将下限设为0.005％。因此，N含量为0.005～0.050％。N含量的下限优选为0.008％。N含量的上限优选为0.025％。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的化学组成的余量为Fe以及杂质。在此，所谓的杂质是指从用作合金的原料的矿石、废料混入的元素或从制造过程的环境等混入的元素。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的化学组成进而也可以含有选自由Ti、Nb、Ta以及Zr组成的组中的1种或2种以上元素代替Fe的一部分。Ti、Nb、Ta以及Zr均固定N而提高合金的热加工性。Ti、Nb、Ta以及Zr均为选择元素。即，基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的化学组成也可以不含Ti、Nb、Ta以及Zr的一部分或全部。

Ti：0～0.300％

钛(Ti)对于用于热加工性降低的改善、以及确保合金的强度是有效的元素。Ti即便少量地含有，也可以得到该效果。另一方面，Ti含量超过0.300％时，碳氮化物变得过量，高温高压氢环境下的SCC裂纹进展速度变大。因此，Ti含量为0～0.300％。Ti含量的下限优选为0.005％，进一步优选为0.0100％，进一步优选为0.012％。Ti含量的上限优选为0.250％，进一步优选为0.200％。

Nb：0～0.200％

铌(Nb)对用于热加工性降低的改善、以及确保合金的强度是有效的元素。Nb即便少量地含有，也可以得到该效果。另一方面，Nb含量超过0.200％时，碳氮化物变得过量，高温高压氢环境下的SCC裂纹进展速度变大。因此，Nb含量为0～0.200％。Nb含量的下限优选为0.001％。Nb含量的上限优选为0.100％。

Ta：0～0.300％

钽(Ta)对于用于热加工性降低的改善、以及确保合金的强度是有效的元素。Ta即便少量地含有，也可以得到该效果。另一方面，Ta含量超过0.300％时，碳氮化物变得过量，高温高压氢环境下的SCC裂纹进展速度变大。因此，Ta含量为0～0.300％。Ta含量的下限优选为0.001％。Ta含量的上限优选为0.250％，进一步优选为0.150％。

Zr：0％以上且不足0.03％

锆(Zr)对用于热加工性降低的改善、以及确保合金的强度是有效的元素。Zr即便少量地含有，也可以得到该效果。另一方面，含有Zr的碳氮化物的凝固时的析出速度大，因此过度地添加时，成为混晶(成分偏析)的原因，耐腐蚀性降低。Zr含量成为0.03％以上时，碳氮化物变得过量，高温高压氢环境下的SCC裂纹进展速度变大。因此，Zr含量为0％以上且不足0.03％。Zr含量的下限优选为0.001％。Zr含量的上限优选为0.02％。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的化学组成满足下式(1)。

-0.0020≤[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≤0.0015(1)

定义为Fn＝[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}。Fn的值小，意味着相对于N，Ti、Nb、Ta以及Zr大量存在。Fn的值若不足-0.0020，则碳氮化物的析出量变多，SCC裂纹进展速度变大。另一方面，Fn的值超过0.0015时，热加工性降低。因此，Fn的值为-0.0020～0.0015。Fn的值的下限优选为-0.0010。Fn的值的上限优选为0.0010。

[组织]

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的组织为奥氏体单相。基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的组织更具体而言，包含奥氏体相，余量为析出物。

[晶界析出物]

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管具有多个析出物析出的晶界。基于本实施方式的原子能用Ni基合金管可以在粒内存在析出物。以下，将在晶界析出的析出物区别于在粒内析出的析出物，称为晶界析出物。晶界析出物至少包含碳氮化物。

在基于本实施方式的原子能用Ni基合金管中，优选晶界析出物包含碳氮化物以及M₂₃C₆这两者。通过M₂₃C₆在晶界析出，并且补救Cr欠缺层，从而可以降低SCC产生敏感性。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管不具有Cr欠缺层。M₂₃C₆在晶界析出时，SCC产生敏感性降低，但存在M₂₃C₆的周围产生Cr欠缺层的情况。产生Cr欠缺层时，耐晶界腐蚀性降低。具体而言，基于ASTM A 262C而评价的腐蚀速度大于1mm/年。相反，若基于ASTM A262C而评价的腐蚀速度在1mm/年以下，则可以评价为不具有Cr欠缺层。

如后所述，对原子能用Ni基合金管进行特殊热处理，从而可以实现晶界析出物包含碳氮化物以及M₂₃C₆这两者，并且原子能用Ni基合金管不具有Cr欠缺层。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管优选的是，晶界析出物的长径的平均值(以下，称为平均长径)为0.8μm以下，并且，对于具有大于0.8μm的长径的析出物的个数(以下，称为粗大析出物的出现率)，每1μm晶界为不足3.0个。

晶界析出物的平均长径超过0.8μm时，SCC裂纹进展速度变大。此外，即便晶界析出物的平均长径为0.8μm以下，粗大析出物的出现率若为每1μm晶界为3.0个以上，则SCC裂纹进展速度也变大。

晶界析出物的平均长径以及粗大析出物的出现率如下进行测定。

以合金管的圆周方向截面(与轴向平行的截面)成为观察面的方式采取试验片。对观察面进行抛光研磨、蚀刻。利用扫描型电子显微镜(SEM)将经蚀刻的观察面放大10,000倍以包含晶界的三相点(triple point)。视野的大小例如为35μm×75μm。

图3为合金管的SEM图像的示意图。在图3中，GB表示晶界，P表示晶界析出物。图3中，省略在粒内析出的析出物的图示。

图4为抽取晶界析出物P之一并示出的示意图。晶界析出物P具有扁平形状。在此，将晶界析出物P的界面与界面之间连结的最大距离定义为晶界析出物P的长径。

在一个视野中，观察具有0.1μm以上的长径的晶界析出物。其中，将长径不足0.1μm的晶界析出物除外是因为难以判别它们是否为晶界析出物。将具有0.1μm以上的长径的晶界析出物的长径的平均值定义为该视野中的平均长径。更具体而言，将具有0.1μm以上的长径的晶界析出物的长径的总和除以具有0.1μm以上的长径的晶界析出物的个数得到的值定义为该视野中的平均长径。

接着，在相同视野中，计算具有0.8μm以上的长径的晶界析出物(以下，称为粗大析出物)的个数。将粗大析出物的个数除以该视野中的晶界的长度得到的值定义为该视野中的粗大析出物的出现率。

例如，在长度10μm的晶界存在具有0.5μm的长径的晶界析出物和具有2μm的长径的晶界析出物时，平均长径为1.25μm，粗大析出物的出现率为每1μm为0.1个。

在10个视野实施以上的测定，将10个视野的平均值定义为Ni基合金管的晶界析出物的平均粒径、粗大析出物的出现率。

[制造方法]

以下，说明基于本实施方式的原子能用Ni基合金管的制造方法的一个例子。

熔炼、精炼具有上述化学组成的Ni基合金，制造钢锭。对钢锭进行热锻，制造短条钢(billet)。热挤出、或再次热锻短条钢之后，制造管坯。热挤出例如为玻璃润滑剂高速挤压法。

对制造的管坯进行固溶化热处理。具体而言，将管坯以1000～1200℃进行均热。保持时间例如为15分钟～1小时。

优选的是，对被固溶化热处理了的管坯实施用于使M₂₃C₆析出的特殊热处理。通过特殊热处理，在晶界析出M₂₃C₆并且补救Cr欠缺层。即，对于进行了特殊热处理的原子能用Ni基合金管，晶界析出物包含碳氮化物以及M₂₃C₆这两者，并且所述Ni基合金管不具有Cr欠缺层。

具体而言，将管坯以690～720℃进行均热。均热温度若过低，则不足以补救Cr欠缺层，且M₂₃C₆未充分地析出，耐晶界腐蚀性不好。均热温度若过高，则M₂₃C₆粗大化，SCC裂纹进展速度变大。保持时间为5～15小时。保持时间若过短，则不足以补救Cr欠缺层，且M₂₃C₆未充分地析出，耐晶界腐蚀性不好。保持时间若过长，则M₂₃C₆粗大化，SCC裂纹进展速度变大。

以上，对于基于本发明的一个实施方式的原子能用Ni基合金管进行说明。根据本实施方式，可以得到SCC裂纹进展速度小的原子能用Ni基合金管。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管可以适宜地用作厚壁的合金管。具体而言，可以适宜地用作具有15～55mm的壁厚的合金管。基于本实施方式的原子能用Ni基合金管优选壁厚为15～38mm。

基于本实施方式的原子能用Ni基合金管在厚壁的合金管之中还可以特别地适宜用作大径厚壁的合金管。基于本实施方式的原子能用Ni基合金管优选外径为100～180mm，内径为50～75mm。

以上，说明了本发明的实施方式。上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明并不限于上述的实施方式，在不超越其主旨的范围内，可以适宜地改变上述的实施方式来实施。

实施例

以下，利用实施例更具体地说明本发明。本发明并不限于这些实施例。

对表1中示出的化学组成的Ni基合金进行熔炼，利用AOD以及VOD精炼之后，以400kg/小时的条件利用ESR进行二次精炼，制造Ni基合金钢锭。需要说明的是，表1中的化学组成的“－”表示该元素的含量为杂质水平。表1中的“Fn”表示Fn＝[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}的值。

[表1]

将一部分短条钢加热至1150℃，进行热挤出加工，制造外径130mm、壁厚32mm的Ni基合金管(制造方法A)。

将其它短条钢加热至1150℃，进行锻造，从而使外径成为180mm，用机械加工对管中央部进行开孔，从而制造外径180mm、内径70mm的Ni基合金管(制造方法B)。

将对各Ni基合金管实施的热处理示于表1的“最终热处理”栏。对于该栏记为“特殊热处理”的Ni基合金管，1060℃下实施固溶化热处理之后，实施715℃下进行600分钟保持的特殊热处理。对于该栏记为“固溶化热处理”的Ni基合金管仅实施1060℃下的固溶化热处理。对于该栏记为“敏化热处理”的Ni基合金管，实施1060℃下的固溶化热处理之后，实施715℃下进行180分钟保持的敏化热处理。

基于用实施方式说明的方法测定热处理后的各Ni基合金管的晶界析出物的平均长径以及粗大析出物的出现率。

基于ASTM A 262C评价热处理后的各Ni基合金管的耐晶界腐蚀性。将腐蚀速度1mm/年以下设为合格，将超过1mm/年的情况设为不合格。结果示于前述的表1。

自热处理后的各Ni基合金管采取厚度26mm、宽度50mm、长度200mm的板材，实施截面減少率30％的冷轧，制作厚度0.7英寸的紧凑拉伸试验片(以下，称为CT试验片)。对各CT试验片在大气中反复加载载荷，导入总长1mm的疲劳预制裂纹。进而，浸渍于PWR一次模拟水(360℃，B：500ppm，Li：2ppm，溶解氧浓度5ppb以下，溶解氢浓度30cc/kgH₂O)中，用频率0.1Hz的三角波加载以24MPa√m为上限、以17.5MPa√m为下限地变化的应力强度因子，在环境中导入疲劳预制裂纹。之后，实施以应力强度因子25MPa√m的恒定载荷保持3000小时的SCC裂纹进展试验。

图5以及图6为用于说明SCC裂纹进展速度的评价方法的图。图5为试验后的CT试验片的示意性的平面图。试验后，沿着图5的VI-VI线，在大气中强制使CT试验片断裂。图6为断面的示意图。

根据断面观察评价以SCC形式传播的晶界型SCC的裂纹进展速度。对于速度，在断面的SEM图像中将晶界型SCC的面积除以裂纹进展的部分的宽度而算出平均裂纹长度，进而除以试验时间，求出速度(mm/s)。SCC裂纹进展速度若为1×10^-9mm/s以下则是良好的，若超过1×10^-9mm/s则判断为不好。

结果示于前述的表1。参照表1，对于实施例1～12的Ni基合金管，各元素的含量是适宜的，并且，化学组成满足式(1)。对于实施例1～12的Ni基合金管，晶界析出物的平均长径为0.8μm以下，粗大析出物的出现率为每1μm晶界不足3.0个。实施例1～12的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度为1×10^-9mm/s以下。

需要说明的是，实施例2以及9的Ni基合金管未实施特殊热处理，因此在晶界没有M₂₃C₆析出。认为这些Ni基合金管的SCC裂纹进展速度非常小，但SCC产生敏感性稍差。

比较例1以及2的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于晶界析出物的平均长径大于0.8μm。认为平均长径变大是因为Mo含量过少从而M₂₃C₆大量析出，或者是因为不满足式(1)从而碳氮化物大量析出。

比较例3的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于晶界析出物的平均长径大于0.8μm。认为平均长径变大是由于不满足式(1)从而碳氮化物大量析出。

比较例4的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于粗大析出物的出现率为每1μm晶界为3.0个以上。认为粗大析出物的出现率变高是由于不满足式(1)从而碳氮化物大量析出。

比较例5的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于晶界析出物的平均长径大于0.8μm。认为平均长径变大是由于Mo含量过多从而在晶界Laves相大量析出，或者是由于不满足式(1)从而碳氮化物大量析出。

比较例6的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于晶界析出物的平均长径大于0.8μm。认为平均长径变大是由于不满足式(1)从而碳氮化物大量析出。

比较例7的Ni基合金管的SCC裂纹进展速度大于1×10^-9mm/s。认为这是由于晶界析出物的平均长径大于0.8μm，或者粗大析出物的出现率为每1μm晶界为3.0个以上。认为它们是由于Mo含量过少从而M₂₃C₆大量析出。

比较例8～10的Ni基合金管是分别对于实施例1、8以及10的Ni基合金管实施了敏化热处理而代替特殊热处理。这些Ni基合金管中，晶界析出物的平均长径小于0.8μm，出现率也低。然而，由于敏化而存在Cr欠缺层，因此耐晶界腐蚀性不好。由此，可知基于特殊热处理补救Cr欠缺层是有效的。

图7为示出Fn的值与SCC裂纹进展速度的关系的散点图。如图7所示，Fn的值若为-0.0020以上，则可以使SCC裂纹进展速度为1×10^-9mm/s以下。

产业上的可利用性

本发明可以适宜地用作PWR控制棒驱动机构导向管、沸水堆(BWR)短管等在高温高压水中所使用的原子能用Ni基合金管。

Claims

1.一种原子能用Ni基合金管，其为具有15～55mm的壁厚的原子能用Ni基合金管，

化学组成以质量％计为

C：0.010～0.025％、

Si：0.10～0.50％、

Mn：0.01～0.50％、

P：0.030％以下、

S：0.002％以下、

Ni：52.5～65.0％、

Cr：20.0～35.0％、

Mo：0.03～0.30％、

Co：0.018％以下、

Sn：0.015％以下、

N：0.005～0.050％、

Ti：0～0.300％、

Nb：0～0.200％、

Ta：0～0.300％、

Zr：0％以上且不足0.03％、

余量：Fe以及杂质，

组织为奥氏体单相，

所述化学组成满足下式(1)，

-0.0020≤[N]/14－{[Ti]/47.9+[Nb]/92.9+[Ta]/180.9+[Zr]/91.2}≤0.0015 (1)

其中，所述式(1)中的元素标记处代入对应的元素的以质量％表示的含量。

2.根据权利要求1所述的原子能用Ni基合金管，其中，

所述原子能用Ni基合金管具有多个晶界析出物析出的晶界，

所述多个晶界析出物的长径的平均值为0.8μm以下，

对于所述多个晶界析出物之中具有大于0.8μm的长径的晶界析出物的个数，每1μm所述晶界为不足3.0个。

3.根据权利要求1或2所述的原子能用Ni基合金管，其中，

所述化学组成以质量％计含有选自由

Ti：0.005～0.300％、

Nb：0.001～0.200％、

Ta：0.001～0.300％、以及

Zr：0.001％以上且不足0.03％

组成的组中的1种或2种以上的元素。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的原子能用Ni基合金管，其中，

所述晶界碳化物包含碳氮化物以及M₂₃C₆这两者，并且

所述Ni基合金管不存在Cr欠缺层。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的原子能用Ni基合金管，其中，

基于ASTM A 262 C而评价的腐蚀速度为1mm/年以下。