JP2017205800A - Ni-BASED ALLOY FOR WELDING, AND FILLER MATERIAL FOR BOILING WATER REACTOR - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Ni-based alloy for welding excellent in SCC resistance and weldability; and to provide a filler material for a boiling water reactor.SOLUTION: A Ni-based alloy for welding in an embodiment contains, in terms of mass%, Cr:22.0 or more and 25.0 or less, C:0.005 or more and 0.050 or less, Fe:1.00 or more and 3.00 or less, Si:0.01 or more and 0.50 or less, Nb:2.00 or more and 5.00 or less, Ti:0.01 or more and 0.75 or less, and Mn:0.10 or more and 3.50 or less, and has a residue comprising Ni and inevitable impurities.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、溶接用Ｎｉ基合金および沸騰水型原子炉用溶加材に関する。   Embodiments of the present invention relate to a Ni-base alloy for welding and a filler material for a boiling water reactor.

従来、国内の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）プラントでは、炉内構造物であるシュラウドサポートなどにおける溶接部に応力腐食割れ（ＳＣＣ）が多数見つかる事象が報告されていた。また、海外のＢＷＲプラントにおいても、ＳＣＣによる溶接部の損傷についての報告例があった。   Conventionally, in a boiling water reactor (BWR) plant in Japan, there has been reported an event in which many stress corrosion cracks (SCC) are found in a welded portion of a shroud support or the like that is an internal structure of the reactor. In addition, overseas BWR plants have reported examples of damage to welds due to SCC.

これらの事象については、ＳＣＣ感受性を有する１４質量％以上１７質量％以下のＣｒを含有する１８２合金を溶加材に使用したときに、ＳＣＣが溶接部で発生したものである。   About these events, when 182 alloy containing 14 mass% or more and 17 mass% or less Cr which has SCC sensitivity was used for a filler material, SCC generate | occur | produced in the welding part.

このように、ＢＷＲプラントの溶加材には、従来、６００系合金である１８２合金を使用していたが、ＳＣＣによる溶接部の損傷が確認された。そのため、近年では、１８２合金よりもＣｒ濃度を高めた８２合金を使用している。８２合金は、１８質量％以上２２質量％以下のＣｒを含有するものであり、１８２合金に比べて耐ＳＣＣ性の向上した材料である。   Thus, although the 182 alloy which is 600 series alloy was conventionally used for the filler material of a BWR plant, the damage of the welding part by SCC was confirmed. Therefore, in recent years, 82 alloy having a higher Cr concentration than 182 alloy is used. The 82 alloy contains 18% by mass or more and 22% by mass or less of Cr, and is a material having improved SCC resistance compared to the 182 alloy.

また、ＢＷＲプラントよりも温度環境の厳しい加圧水型原子炉（ＰＷＲ）プラントの溶加材には、６９０系合金である５２合金が用いられている。５２合金は、２８質量％以上３１．５質量％以下のＣｒを含有しており、８２合金に比べてＣｒの含有率が高い。   Moreover, 52 alloy which is a 690 type alloy is used for the filler material of the pressurized water reactor (PWR) plant in which temperature environment is severer than that of the BWR plant. 52 alloy contains 28 mass% or more and 31.5 mass% or less of Cr, and the content rate of Cr is high compared with 82 alloy.

一般的に、Ｃｒは合金の耐ＳＣＣ性を向上する元素である。そのため、合金に含まれるＣｒの割合が増加すると、合金のＳＣＣ感受性が減少する傾向にある。また、強酸雰囲気中における合金の耐食性については、約１６質量％から約３０質量％のＣｒの濃度範囲において、合金中のＣｒ濃度が高くなるにつれて、合金の耐食性が著しく向上する。このように、合金中のＣｒ濃度を高めることによって、合金の耐食性を向上する、すなわち合金のＳＣＣ感受性を減少させることができる。   Generally, Cr is an element that improves the SCC resistance of an alloy. Therefore, when the proportion of Cr contained in the alloy increases, the SCC sensitivity of the alloy tends to decrease. Further, regarding the corrosion resistance of the alloy in a strong acid atmosphere, the corrosion resistance of the alloy is remarkably improved as the Cr concentration in the alloy increases in the Cr concentration range of about 16 mass% to about 30 mass%. Thus, by increasing the Cr concentration in the alloy, the corrosion resistance of the alloy can be improved, that is, the SCC sensitivity of the alloy can be reduced.

「高温高圧純水環境下のＮｉ基６００合金用被覆アーク溶接金属の応力腐食割れ感受性に及ぼすＣｒ濃度の影響」、溶接・非破壊検査技術センター 技術レビュー、Ｖｏｌ.７、２０１１、ｐ．３１−４１“Effect of Cr concentration on stress corrosion cracking susceptibility of coated arc weld metal for Ni-base 600 alloy in high temperature and high pressure pure water environment”, Technical Review, Vol.7, 2011, p. 31-41 「Ｎｉ基６９０合金に適用できる粒界腐食試験法」、日本金属学会誌、第４９巻、第２号、１９８５年、１２５−１３３頁"Intergranular corrosion test method applicable to Ni-base 690 alloy", Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 49, No. 2, 1985, 125-133

上述したように、ＢＷＲプラントの溶加材には、耐ＳＣＣ性の高い８２合金が主に用いられている。この８２合金がＳＣＣにより損傷した場合、８２合金よりも優れた耐ＳＣＣ性を有すると共に、８２合金に代わるＢＷＲプラント用の溶加材を見つけることは困難である。   As described above, 82 alloy having high SCC resistance is mainly used for the filler material of the BWR plant. When this 82 alloy is damaged by SCC, it has an SCC resistance superior to that of the 82 alloy and it is difficult to find a filler material for a BWR plant that replaces the 82 alloy.

また、ＰＷＲプラントでは、８２合金よりも優れた耐ＳＣＣ性を有する５２合金が用いられている。しかしながら、Ｃｒ濃度の高い５２合金の溶接は、１８２合金や８２合金に比べて、高温割れや延性低下割れなどの溶接割れ感受性が高い。さらに、５２合金などの６９０系合金をＢＷＲプラント用の溶加材に使用した実績はない。この５２合金をＢＷＲプラントに使用するためには、溶接条件の確立など多くの問題がある。   In the PWR plant, 52 alloy having SCC resistance superior to 82 alloy is used. However, welding of the 52 alloy having a high Cr concentration is more susceptible to weld cracking such as high-temperature cracking and ductile degradation cracking than the 182 alloy and 82 alloy. Furthermore, there is no track record of using 690 series alloys such as 52 alloys as filler materials for BWR plants. In order to use this 52 alloy in a BWR plant, there are many problems such as establishment of welding conditions.

本発明が解決しようとする課題は、耐ＳＣＣ性に良好で、かつ、溶接性に優れた溶接用Ｎｉ基合金および沸騰水型原子炉用溶加材を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a Ni-based alloy for welding and a filler material for boiling water reactors that are excellent in SCC resistance and excellent in weldability.

実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｃｒ：２２．０以上２５．０以下、Ｃ：０．００５以上０．０５０以下、Ｆｅ：１．００以上３．００以下、Ｓｉ：０．０１以上０．５０以下、Ｎｂ：２．００以上５．００以下、Ｔｉ：０．０１以上０．７５以下、Ｍｎ：０．１０以上３．５０以下を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。   The Ni-based alloy for welding of the embodiment is in mass%, Cr: 22.0 to 25.0, C: 0.005 to 0.050, Fe: 1.00 to 3.00, Si: Contains 0.01 to 0.50, Nb: 2.00 to 5.00, Ti: 0.01 to 0.75, Mn: 0.10 to 3.50, the balance being Ni and inevitable Consists of impurities.

本実施形態によれば、耐ＳＣＣ性に良好で、かつ、溶接性に優れた溶接用Ｎｉ基合金および沸騰水型原子炉用溶加材を得ることが可能となる。   According to the present embodiment, it is possible to obtain a welding Ni-base alloy and a boiling water reactor filler that have good SCC resistance and excellent weldability.

実施例１で製造したＢＷＲ用溶加材を用いて溶接した溶接部の外観を観察した画像である。It is the image which observed the external appearance of the welding part welded using the filler material for BWR manufactured in Example 1. FIG. 実施例１で製造したＢＷＲ用溶加材を用いて溶接した溶接部の断面を観察した画像である。It is the image which observed the cross section of the welding part welded using the filler material for BWR manufactured in Example 1. FIG.

以下、実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments will be described.

実施の形態における溶接用Ｎｉ基合金は、以下に示す化学組成範囲を有するＮｉ基合金で構成される。なお、以下の説明において、化学組成を表す％は、特に明記しない限り質量％とする。   The Ni-based alloy for welding in the embodiment is composed of a Ni-based alloy having the chemical composition range shown below. In the following description, “%” representing a chemical composition is “% by mass” unless otherwise specified.

実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金は、Ｃｒ：２２．０％以上２５．０％以下、Ｃ：０．００５％以上０．０５０％以下、Ｆｅ：１．００％以上３．００％以下、Ｓｉ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｎｂ：２．００％以上５．００％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．７５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．５０％以下を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。   The welding Ni-based alloy of the embodiment is Cr: 22.0% to 25.0%, C: 0.005% to 0.050%, Fe: 1.00% to 3.00%, Si: 0.01% to 0.50%, Nb: 2.00% to 5.00%, Ti: 0.01% to 0.75%, Mn: 0.10% to 3.50% Contains the following, with the balance being Ni and inevitable impurities.

上記した溶接用Ｎｉ基合金における不可避的不純物としては、例えば、Ｃｕ、Ｐ、およびＳなどが挙げられる。不可避的不純物は、例えば、溶接用Ｎｉ基合金を製造するときに必要な鉱石やスクラップなどの原材料や、製造工程から混入する成分である。   Examples of the inevitable impurities in the above-described Ni-based alloy for welding include Cu, P, and S. Inevitable impurities are, for example, raw materials such as ore and scrap necessary for producing a welding Ni-base alloy, and components mixed from the production process.

溶接用Ｎｉ基合金の形状は、特には限定されず、例えば塊状である。   The shape of the Ni-based alloy for welding is not particularly limited, and is, for example, a lump shape.

上記した化学組成範囲を有する溶接用Ｎｉ基合金は、溶接用の溶加材として使用することができる。この溶接用Ｎｉ基合金は、ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器内の炉内構造物を構成する部材全般を溶接するための溶加材、すなわちＢＷＲ用溶加材として好適に使用される。   The welding Ni-base alloy having the above chemical composition range can be used as a filler material for welding. This Ni-based alloy for welding is suitably used as a filler material for welding all members constituting the reactor internal structure in the reactor pressure vessel of the BWR plant, that is, a filler material for BWR.

ＢＷＲプラントの炉内構造物を構成する部材は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼などのステンレス鋼、インコネルなどのＮｉ基合金から構成される。   The members constituting the in-furnace structure of the BWR plant are made of, for example, stainless steel such as SUS316L steel or Ni-based alloy such as Inconel.

ＢＷＲプラントの稼動時において、溶接用Ｎｉ基合金によって溶接された炉内構造物の温度範囲は、ＰＷＲプラントよりも低く、例えば約２８０℃以上３００℃以下であり、平均温度は約２８８℃である。一方、ＰＷＲプラントの稼動時において、炉内構造物の平均温度は約３２５℃である。このように、ＰＷＲプラントに比べてＢＷＲプラントにおける炉内構造物の温度は低い。そのため、Ｃｒの含有量およびその他元素の含有量の範囲にて良好な耐ＳＣＣ性が得られるという理由から、実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金はＢＷＲプラントに好適に用いることができる。   During operation of the BWR plant, the temperature range of the in-furnace structure welded by the Ni-based alloy for welding is lower than that of the PWR plant, for example, about 280 ° C. or more and 300 ° C. or less, and the average temperature is about 288 ° C. . On the other hand, during the operation of the PWR plant, the average temperature of the in-furnace structures is about 325 ° C. Thus, the temperature of the in-furnace structure in the BWR plant is lower than that of the PWR plant. Therefore, the Ni-based alloy for welding according to the embodiment can be suitably used for a BWR plant because good SCC resistance can be obtained in the range of the Cr content and the content of other elements.

例えば、ＢＷＲプラントにおける炉内構造物を構成する部材の全てを実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金で溶接してもよいし、炉内構造物を構成する部材の一部を実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金で溶接してもよい。   For example, all the members constituting the in-furnace structure in the BWR plant may be welded by the Ni-based alloy for welding in the embodiment, or a part of the members constituting the in-furnace structure is welded in the embodiment. It may be welded with a Ni-base alloy.

実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金は、従来の溶接用Ｎｉ基合金よりも、耐ＳＣＣ性および溶接性に優れている。このような実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金によって溶接されたＢＷＲプラントの炉内構造物についても、耐ＳＣＣ性および溶接性に優れている。   The Ni-based alloy for welding according to the embodiment is superior in SCC resistance and weldability to conventional Ni-based alloys for welding. The in-furnace structure of the BWR plant welded by the welding Ni-based alloy of such an embodiment is also excellent in SCC resistance and weldability.

ＢＷＲ用溶加材は、溶接用Ｎｉ基合金を棒状、ワイヤ状、粉末状などにしたものである。   The filler material for BWR is a Ni-based alloy for welding formed into a rod shape, a wire shape, a powder shape, or the like.

次に、上記した実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金における各化学組成範囲の限定理由を説明する。   Next, the reasons for limiting each chemical composition range in the welding Ni-based alloy of the above-described embodiment will be described.

（１）Ｃｒ（クロム）
Ｃｒは、溶接用Ｎｉ基合金の耐ＳＣＣ性、耐酸化性、耐食性および機械的強度を高めるのに不可欠な元素である。また、Ｃｒは、強化相であるＭ_２３Ｃ_６型炭化物の構成元素である。Ｃｒの含有率が２２．０％未満の場合には、ＢＷＲプラントの環境下において、十分な耐ＳＣＣ性が得られない。また、耐酸化性が低下する。一方、Ｃｒの含有率が増加するにつれて、溶接性が低下する。そして、Ｃｒの含有率が２５．０％を超えると、加工性が低下すると共に、材料としての価格が上がる。また、有害相であるσ相の析出により機械的強度が低下する。そのため、Ｃｒの含有率を２２．０％以上２５．０％以下とした。 (1) Cr (chromium)
Cr is an essential element for increasing the SCC resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, and mechanical strength of the Ni-based alloy for welding. Cr is a constituent element of M ₂₃ C ₆ type carbide which is a strengthening phase. When the Cr content is less than 22.0%, sufficient SCC resistance cannot be obtained in a BWR plant environment. Moreover, oxidation resistance falls. On the other hand, the weldability decreases as the Cr content increases. And when the content rate of Cr exceeds 25.0%, workability will fall and the price as a material will rise. In addition, the mechanical strength decreases due to the precipitation of the σ phase, which is a harmful phase. Therefore, the Cr content is determined to be 22.0% or more and 25.0% or less.

（２）Ｃ（炭素）
Ｃは、溶解時の脱酸剤として、および機械的強度を高めるのに有用である。また、Ｃは、強化相であるＭ_２３Ｃ_６型炭化物の構成元素であると共に、鋳造時の溶湯の流動性を確保する効果を有する。Ｃの含有率が０．００５％未満の場合には、上記炭化物の十分な析出量を確保することができないため、機械的強度が低下するとともに、鋳造時の溶湯の流動性が低下する。一方、Ｃの含有率が０．０５０％を超えると、Ｃｒ炭化物の析出に伴い、粒界近傍にＣｒ欠乏が生じ、耐ＳＣＣ性が低下する。また、延性低下割れが生じやすくなる。そのため、Ｃの含有率を０．００５％以上０．０５０％以下とした。Ｃの含有率は、０．０１０％以上０．０４０％以下であることがより好ましい。 (2) C (carbon)
C is useful as a deoxidizer during dissolution and to increase mechanical strength. Further, C is a constituent element of the M ₂₃ C ₆ type carbide that is the strengthening phase, and has an effect of ensuring the fluidity of the molten metal during casting. When the C content is less than 0.005%, a sufficient precipitation amount of the carbide cannot be ensured, so that the mechanical strength is lowered and the fluidity of the molten metal at the time of casting is lowered. On the other hand, when the C content exceeds 0.050%, Cr deficiency occurs in the vicinity of the grain boundary with the precipitation of Cr carbide, and the SCC resistance decreases. Moreover, it becomes easy to produce a ductile fall crack. Therefore, the C content is determined to be 0.005% or more and 0.050% or less. The C content is more preferably 0.010% or more and 0.040% or less.

（３）Ｆｅ（鉄）
Ｆｅは、機械的強度を高めるのに有用である。Ｆｅの含有率が１．００％未満の場合には、機械的強度が低下する。一方、Ｆｅの含有率が３．００％を超えると、耐食性が低下する。そのため、Ｆｅの含有率を１．００％以上３．００％以下とした。Ｆｅの含有率は、１．５０％以上２．５０％以下であることがより好ましい。 (3) Fe (iron)
Fe is useful for increasing the mechanical strength. When the Fe content is less than 1.00%, the mechanical strength decreases. On the other hand, if the Fe content exceeds 3.00%, the corrosion resistance decreases. Therefore, the Fe content is determined to be 1.00% or more and 3.00% or less. The Fe content is more preferably 1.50% or more and 2.50% or less.

（４）Ｓｉ（ケイ素）
Ｓｉは、溶解時の脱酸剤として有用であると共に、鋳造時の湯流れを向上させる効果を有する。Ｓｉの含有率が０．０１％未満の場合には、上記した効果が得られない。一方、Ｓｉの含有率が増加するにつれて、非金属介在物が生成され、耐食性が低下するので、Ｓｉの含有率は低いほうが好ましい。そして、Ｓｉの含有率が０．５０％を超えると、鋳造性や機械的強度が低下する。そのため、Ｓｉの含有率を０．０１％以上０．５０％以下とした。Ｓｉの含有率は、０．１０％以上０．３０％以下であることがより好ましい。 (4) Si (silicon)
Si is useful as a deoxidizer during melting and has an effect of improving the hot water flow during casting. When the Si content is less than 0.01%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, as the Si content increases, non-metallic inclusions are generated and the corrosion resistance decreases, so the Si content is preferably low. When the Si content exceeds 0.50%, castability and mechanical strength are lowered. Therefore, the Si content is determined to be 0.01% or more and 0.50% or less. The Si content is more preferably 0.10% or more and 0.30% or less.

（５）Ｎｂ（ニオブ）
Ｎｂは、炭化物を形成することによりＣｒ炭化物の生成を抑制し、耐ＳＣＣ性を高める。Ｎｂの含有率が２．００％未満の場合には、ＢＷＲプラントの環境下において、十分な耐ＳＣＣ性が得られない。一方、Ｎｂの含有率が５．００％を超えると、粒界からのＣｒ炭化物の析出が促進され、耐ＳＣＣ性が低下する。さらに、溶接割れが生じやすくなる。そのため、Ｎｂの含有率を２．００％以上５．００％以下とした。Ｎｂの含有率は、２．００％以上３．００％以下であることがより好ましい。 (5) Nb (niobium)
Nb suppresses the formation of Cr carbides by forming carbides and improves the SCC resistance. When the Nb content is less than 2.00%, sufficient SCC resistance cannot be obtained in a BWR plant environment. On the other hand, when the content of Nb exceeds 5.00%, precipitation of Cr carbide from the grain boundary is promoted, and the SCC resistance decreases. Furthermore, weld cracks are likely to occur. Therefore, the Nb content is determined to be 2.00% or more and 5.00% or less. The Nb content is more preferably 2.00% or more and 3.00% or less.

（６）Ｔｉ（チタン）
Ｔｉは、炭化物を形成することによりＣｒ炭化物の生成を抑制し、耐ＳＣＣ性を高める。Ｔｉの含有率が０．０１％未満の場合には、ＢＷＲプラントの環境下において、十分な耐ＳＣＣ性が得られない。一方、Ｔｉの含有率が０．７５％を超えると、粒界からのＣｒ炭化物の析出が促進され、耐ＳＣＣ性が低下する。さらに、溶接割れが生じやすくなる。そのため、Ｔｉの含有率を０．０１％以上０．７５％以下とした。Ｔｉの含有率は、０．１０％以上０．５０％以下であることがより好ましい。 (6) Ti (titanium)
Ti suppresses the production | generation of Cr carbide | carbonized_material by forming a carbide | carbonized_material, and improves SCC resistance. When the Ti content is less than 0.01%, sufficient SCC resistance cannot be obtained in a BWR plant environment. On the other hand, when the Ti content exceeds 0.75%, precipitation of Cr carbide from the grain boundary is promoted, and the SCC resistance is lowered. Furthermore, weld cracks are likely to occur. Therefore, the Ti content is determined to be 0.01% or more and 0.75% or less. The Ti content is more preferably 0.10% or more and 0.50% or less.

（７）Ｍｎ（マンガン）
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であると共に、脆性に起因するＳ（硫黄）と結合してＭｎＳとなり、脆性を防止し、強度や湯流れを向上させる。Ｍｎの含有率が０．１０％未満の場合には、上記した効果が得られない。一方、Ｍｎの含有率が３．５０％を超えると、Ｓなどと非金属介在物を形成しやすくなり、耐食性が低下する。さらに、オーステナイトの安定化によって、溶接割れ感受性が高くなる。そのため、Ｍｎの含有率を０．１０％以上３．５０％以下とした。 (7) Mn (manganese)
Mn is an austenite stabilizing element and combines with S (sulfur) due to brittleness to become MnS, preventing brittleness and improving strength and hot water flow. When the Mn content is less than 0.10%, the above-described effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 3.50%, non-metallic inclusions such as S are easily formed, and the corrosion resistance is lowered. Furthermore, the stabilization of austenite increases the weld crack sensitivity. Therefore, the Mn content is determined to be 0.10% to 3.50%.

（８）Ｃｕ（銅）、Ｐ（リン）、およびＳ（硫黄）
Ｃｕ、Ｐ、およびＳは、実施の形態における溶接用Ｎｉ基合金において、不可避的不純物に分類されるものである。これらの不可避的不純物は、溶接用Ｎｉ基合金に残存する含有率を可能な限り０％に近づけることが好ましい。Ｃｕは、機械的強度を向上する一方、耐食性を低下する。そのため、Ｃｕの含有率は０．１０％以下に抑制されることが好ましい。Ｃｕの含有率が０．１０％以下であると、溶接割れが抑制される。Ｐは、粒界の脆化を生じさせて、耐食性を低下する。さらに、Ｐが偏析することによって、溶接割れが大幅に生じやすくなる。そのため、Ｐの含有率は０．００５％以下に抑制されることが好ましい。また、Ｓの含有率が０．０１０％よりも大きいと、Ｓは、Ｍｎと非金属介在物を形成し、耐食性を低下する。そのため、Ｓの含有率は、０．０１０％以下であることが好ましく、０．００５％以下に抑制されることがより好ましい。ＰおよびＳの含有率がそれぞれ０．００５％以下であると、凝固割れが抑制される。 (8) Cu (copper), P (phosphorus), and S (sulfur)
Cu, P, and S are classified as inevitable impurities in the Ni-based alloy for welding in the embodiment. These inevitable impurities are preferably made as close to 0% as possible to the content remaining in the welding Ni-base alloy. Cu improves the mechanical strength while lowering the corrosion resistance. Therefore, it is preferable that the Cu content is suppressed to 0.10% or less. If the Cu content is 0.10% or less, weld cracking is suppressed. P causes embrittlement of grain boundaries and lowers corrosion resistance. Furthermore, when P is segregated, weld cracks are likely to occur significantly. Therefore, it is preferable that the P content is suppressed to 0.005% or less. Moreover, when the content rate of S is larger than 0.010%, S will form a nonmetallic inclusion with Mn and will reduce corrosion resistance. Therefore, the S content is preferably 0.010% or less, and more preferably 0.005% or less. If the P and S content is 0.005% or less, solidification cracking is suppressed.

なお、ＰやＳの含有率が上記範囲を超える場合には、脱リン処理や脱硫処理を施し、ＰやＳを上記範囲内の含有率とする。   In addition, when the content rate of P and S exceeds the said range, a dephosphorization process and a desulfurization process are performed, and let P and S be the content rate in the said range.

ここで、実施の形態における溶接用Ｎｉ基合金、およびこの溶接用Ｎｉ基合金から構成されるＢＷＲ用溶加材の製造方法について説明する。   Here, the manufacturing method of the Ni base alloy for welding in embodiment and the filler material for BWR comprised from this Ni base alloy for welding is demonstrated.

実施の形態における溶接用Ｎｉ基合金は、この溶接用Ｎｉ基合金を構成する組成成分を例えば細かい組成範囲を制御できる真空誘導溶解（ＶＩＭ）などを用いて溶解し、その溶湯を所定の型枠に注入して鋳塊を形成することで製造される。   In the Ni-based alloy for welding in the embodiment, the constituent components constituting the Ni-based alloy for welding are melted using, for example, vacuum induction melting (VIM) capable of controlling a fine composition range, and the molten metal is melted into a predetermined formwork. It is manufactured by injecting into an ingot.

また、実施の形態のＢＷＲ用溶加材は、実施の形態における溶接用Ｎｉ基合金を構成する組成成分を真空誘導溶解し、その溶湯を所定の型枠に注入して鋳塊を形成する。続いて、鋳塊を所定の温度、例えば１０００℃以上１１００℃以下で焼鈍した後、焼鈍した鋳塊を鍛造してスラブを形成する。溶解により偏析した鋳塊内の金属の結晶が均一に分散、微細化され、かつ内部欠陥を圧着させるため、鍛造中の鋳塊の温度は、１０５０℃以上を維持することが好ましい。続いて、スラブを圧延、例えば１１００℃以上１２００℃以下で熱間圧延して、線材を形成することで、鍛造により硬化したスラブが軟化され、その後の高加工が可能となる。続いて、線材を伸線加工して、ワイヤ状のＢＷＲ用溶加材が製造される。   Also, the BWR filler material of the embodiment forms the ingot by vacuum induction melting the composition components constituting the welding Ni-based alloy in the embodiment and injecting the molten metal into a predetermined mold. Subsequently, after the ingot is annealed at a predetermined temperature, for example, 1000 ° C. or more and 1100 ° C. or less, the annealed ingot is forged to form a slab. It is preferable that the temperature of the ingot during forging is maintained at 1050 ° C. or higher so that the metal crystals in the ingot segregated by melting are uniformly dispersed and refined and internal defects are pressed. Subsequently, by rolling the slab, for example, hot rolling at 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less to form a wire, the slab hardened by forging is softened, and subsequent high processing becomes possible. Subsequently, the wire material is drawn to produce a wire-shaped filler material for BWR.

なお、上記した溶接用Ｎｉ基合金およびＢＷＲ用溶加材を製造する方法は、一例を示すものであり、上記した方法に限定されるものではない。   The above-described method for producing the welding Ni-based alloy and the BWR filler material is an example, and is not limited to the method described above.

上記したように、実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金およびＢＷＲ用溶加材によれば、既存のＢＷＲ用溶加材を構成する合金、例えば８２合金に比べて優れた耐ＳＣＣ性を有すると共に、良好な溶接性を有する。そのため、実施の形態の溶接用Ｎｉ基合金をＢＷＲプラントにおける炉内構造物を溶接するためのＢＷＲ用溶加材に用いることによって、炉内構造物の溶接が容易になり、炉内構造物の溶接物における耐ＳＣＣ性はさらに向上する。   As described above, according to the welding Ni-base alloy and the BWR filler material of the embodiment, the alloy has an excellent SCC resistance as compared with an alloy constituting the existing BWR filler material, for example, the 82 alloy. Have good weldability. Therefore, by using the Ni-based alloy for welding of the embodiment as a filler material for BWR for welding the in-furnace structure in the BWR plant, welding of the in-furnace structure becomes easy, and The SCC resistance in the weldment is further improved.

以下、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されない。   Hereinafter, a detailed description will be given with reference to examples. In addition, this invention is not limited at all by these Examples.

（実施例１）
表１に示す化学組成を有する実施例１の溶接用Ｎｉ基合金１を得るために必要な原材料を真空誘導溶解炉にて溶解し、直径１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの溶接用Ｎｉ基合金１の鋳塊を製造した。 Example 1
The raw materials necessary for obtaining the welding Ni-based alloy 1 of Example 1 having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a vacuum induction melting furnace, and the casting of the welding Ni-based alloy 1 having a diameter of 150 mm and a length of 200 mm was performed. A lump was produced.

続いて、製造した溶接用Ｎｉ基合金１の鋳塊の表面に形成された酸化皮膜を削り、押湯部分を切断した。続いて、鋳塊を、１１００℃±１０℃で焼鈍して、ハンマー鍛造機を用いて１１００℃で熱間鍛造した。なお、鍛造中に鋳塊が１０００℃以下になった場合、鋳造を中断し、鋳塊を１１００℃に再加熱して、鍛造を再開した。こうして、厚さ約４０ｍｍのスラブを得た。   Subsequently, the oxide film formed on the surface of the ingot of the manufactured Ni-based alloy 1 for welding was shaved to cut the feeder portion. Subsequently, the ingot was annealed at 1100 ° C. ± 10 ° C. and hot forged at 1100 ° C. using a hammer forging machine. In addition, when an ingot became 1000 degrees C or less during forging, casting was interrupted, the ingot was reheated to 1100 degreeC, and forging was restarted. Thus, a slab having a thickness of about 40 mm was obtained.

続いて、スラブを約１１５０℃で熱間圧延して、直径１０ｍｍ、長さ２０ｍの線材を得た。このとき、線材の仕上がり温度は、約１０００℃であった。続いて、線材表面の欠陥の有無を確認した後、線材の先端を細くして、線材を伸線加工した。このとき、線材の表面に潤滑層を形成するため、線材の表面にシュウ酸と樹脂とによる皮膜処理を行った。伸線加工では、線材を５パスで直径約６ｍｍに延伸した。   Subsequently, the slab was hot-rolled at about 1150 ° C. to obtain a wire rod having a diameter of 10 mm and a length of 20 m. At this time, the finishing temperature of the wire was about 1000 ° C. Then, after confirming the presence or absence of defects on the surface of the wire, the tip of the wire was thinned, and the wire was drawn. At this time, in order to form a lubricating layer on the surface of the wire, a film treatment with oxalic acid and a resin was performed on the surface of the wire. In the wire drawing process, the wire was drawn to a diameter of about 6 mm in 5 passes.

続いて、延伸した線材を、有機溶剤で脱脂し、酸溶液で酸洗した。酸洗した線材を大気中において約１１５０℃で焼鈍した後、上記と同様に線材の表面にシュウ酸と樹脂とによる皮膜処理を行い、線材を伸線加工によって直径約３．５ｍｍに延伸した。   Subsequently, the drawn wire was degreased with an organic solvent and pickled with an acid solution. After the pickled wire was annealed at about 1150 ° C. in the air, the surface of the wire was treated with oxalic acid and a resin in the same manner as described above, and the wire was drawn to a diameter of about 3.5 mm by wire drawing.

続いて、延伸した線材を、上記と同様に、有機溶剤で脱脂し、酸溶液で酸洗した。酸洗した線材を水素と窒素の混合ガス雰囲気中において約１１５０℃で焼鈍した後、上記と同様に線材の表面にシュウ酸と樹脂とによる皮膜処理を行い、線材を伸線加工によって直径約１．４ｍｍに延伸した。   Subsequently, the drawn wire was degreased with an organic solvent and pickled with an acid solution in the same manner as described above. After the pickled wire is annealed at about 1150 ° C. in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen, the surface of the wire is treated with oxalic acid and a resin in the same manner as described above, and the wire is drawn by wire drawing to a diameter of about 1 Stretched to 4 mm.

続いて、延伸した線材を、上記と同様に、有機溶剤で脱脂し、酸溶液で酸洗した。酸洗した線材をアルゴンガス雰囲気中において約１０００℃で焼鈍した後、上記と同様に線材の表面にシュウ酸と樹脂とによる皮膜処理を行い、線材を伸線加工によって直径約１．２ｍｍに延伸した。こうして、溶接用Ｎｉ基合金１から構成されるＢＷＲ用溶加材１を製造した。   Subsequently, the drawn wire was degreased with an organic solvent and pickled with an acid solution in the same manner as described above. After annealing the pickled wire in an argon gas atmosphere at about 1000 ° C., the surface of the wire is treated with oxalic acid and resin in the same manner as described above, and the wire is drawn to a diameter of about 1.2 mm by wire drawing. did. Thus, the filler material 1 for BWR composed of the Ni-based alloy 1 for welding was manufactured.

（実施例２〜３）
表１に示す化学組成を有する実施例２〜３の溶接用Ｎｉ基合金２〜３を得るために必要な原材料を用いた以外は実施例１と同様にして溶接用Ｎｉ基合金２〜３を製造した。また、実施例１と同様にして、溶接用Ｎｉ基合金２〜３から構成されるＢＷＲ用溶加材２〜３を製造した。 (Examples 2-3)
The welding Ni-base alloys 2 to 3 were made in the same manner as in Example 1 except that the raw materials necessary for obtaining the welding Ni-base alloys 2 to 3 of Examples 2-3 having the chemical compositions shown in Table 1 were used. Manufactured. Further, in the same manner as in Example 1, BWR filler materials 2 to 3 composed of welding Ni-based alloys 2 to 3 were produced.

実施例で製造したＢＷＲ用溶加材１〜３について、下記の特性を評価した。   The following characteristics were evaluated for the filler materials 1 to 3 for BWR produced in the examples.

（溶接性）
製造したＢＷＲ用溶加材を用いて、入熱を１６０００Ｊ／ｃｍ、ベース電流を１４０Ａ、溶加材の送給速度を９００ｍｍ／ｍｉｎとして、ステンレス基板上に１層あたり１０パスで７層積層させて（合計７０パス）、ＴＩＧ溶接を行った。そして、溶接後の溶接部について、外観観察、染色浸透探傷試験、Ｘ線透過試験、断面のミクロ観察やマクロ観察、および側曲げ試験により、溶接性を評価した。表２に溶接性の評価結果を示す。溶接性の評価基準は以下の通りである。 (Weldability)
Using the manufactured BWR filler material, seven layers were laminated on a stainless steel substrate at 10 passes per layer with a heat input of 16000 J / cm, a base current of 140 A, and a feed rate of the filler material of 900 mm / min. (Total 70 passes) and TIG welding was performed. Then, the weldability of the welded portion after welding was evaluated by appearance observation, dye penetration test, X-ray transmission test, cross-sectional micro observation and macro observation, and side bending test. Table 2 shows the evaluation results of weldability. The evaluation criteria for weldability are as follows.

Ａ：溶接部に割れが確認されない
Ｂ：溶接部に割れが確認された A: Cracks are not confirmed in the welded part B: Cracks are confirmed in the welded part

図１は、実施例１で製造したＢＷＲ用溶加材１を用いて溶接した溶接部１００の外観を観察した画像である。ここでは、溶接性の評価時にＢＷＲ用溶加材１を用いてＴＩＧ溶接を行った後、溶接部１００の外観をデジタルカメラで観察した。また、図２は、実施例１で製造したＢＷＲ用溶加材１を用いて溶接した溶接部１００の断面を観察した画像である。ここでは、図１に示す溶接部１００を切断して、ステンレス基板２００上に形成した溶接部１００を光学顕微鏡で観察した。   FIG. 1 is an image obtained by observing the appearance of a welded portion 100 welded using the filler material for BWR manufactured in Example 1. FIG. Here, after performing TIG welding using the filler material 1 for BWR at the time of evaluation of weldability, the external appearance of the welding part 100 was observed with the digital camera. Moreover, FIG. 2 is the image which observed the cross section of the welding part 100 welded using the filler material 1 for BWR manufactured in Example 1. FIG. Here, the weld 100 shown in FIG. 1 was cut, and the weld 100 formed on the stainless steel substrate 200 was observed with an optical microscope.

（製造性）
溶接用Ｎｉ基合金を用いてＢＷＲ用溶加材を製造する製造性を評価した。具体的には、ＢＷＲ用溶加材の表面および断面を光学顕微鏡で観察し、表面および断面における割れの有無を確認した。表２に製造性の評価結果を示す。製造性の評価基準は以下の通りである。 (Manufacturability)
The manufacturability of producing a filler material for BWR using a Ni-based alloy for welding was evaluated. Specifically, the surface and the cross section of the filler material for BWR were observed with an optical microscope, and the presence or absence of cracks in the surface and the cross section was confirmed. Table 2 shows the evaluation results of manufacturability. The evaluation criteria for manufacturability are as follows.

Ａ：表面および断面に割れが確認されない
Ｂ：表面または断面に割れが確認された A: No cracks were confirmed on the surface and cross section B: Cracks were confirmed on the surface or cross section

表１〜２および図１〜２に示すように、溶接用Ｎｉ基合金１〜３から構成されるＢＷＲ用溶加材１〜３は、溶接性および製造性について良好であることから、耐ＳＣＣ性についても優れている。また、溶接部には偏析のような異常組織はみられなかった。   As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 1 and 2, the BWR filler materials 1 to 3 composed of the welding Ni-based alloys 1 to 3 are good in weldability and manufacturability. It is also excellent in performance. Also, no abnormal structure such as segregation was observed in the weld.

実施例１〜３によれば、耐ＳＣＣ性に良好で、かつ、溶接性に優れた溶接用Ｎｉ基合金および沸騰水型原子炉用溶加材を提供することができる。   According to Examples 1 to 3, it is possible to provide a Ni-based alloy for welding and a filler material for a boiling water reactor that are excellent in SCC resistance and excellent in weldability.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１００…溶接部、２００…ステンレス基板。   100 ... welded part, 200 ... stainless steel substrate.

Claims (4)

質量％で、Ｃｒ：２２．０以上２５．０以下、Ｃ：０．００５以上０．０５０以下、Ｆｅ：１．００以上３．００以下、Ｓｉ：０．０１以上０．５０以下、Ｎｂ：２．００以上５．００以下、Ｔｉ：０．０１以上０．７５以下、Ｍｎ：０．１０以上３．５０以下を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなることを特徴とする溶接用Ｎｉ基合金。   Cr: 22.0 or more and 25.0 or less, C: 0.005 or more and 0.050 or less, Fe: 1.00 or more and 3.00 or less, Si: 0.01 or more and 0.50 or less, Nb: 2.00 to 5.00, Ti: 0.01 to 0.75, Mn: 0.10 to 3.50, with the balance being Ni and inevitable impurities Ni-based alloy. Ｎｂは２．００質量％以上３．００質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の溶接用Ｎｉ基合金。   The Ni-based alloy for welding according to claim 1, wherein Nb is contained in an amount of 2.00% by mass to 3.00% by mass. 前記不可避的不純物のうち、少なくともＳは０．０１０質量％以下含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接用Ｎｉ基合金。   3. The Ni-base alloy for welding according to claim 1, wherein at least S of the inevitable impurities is contained in an amount of 0.010% by mass or less. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接用Ｎｉ基合金から構成されることを特徴とする沸騰水型原子炉用溶加材。   A filler material for a boiling water reactor, comprising the welding Ni-based alloy according to any one of claims 1 to 3.

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