JPH03202438A - Manufacture of b-containing austenitic stainless near net shape material for basket in cask for spent nuclear fuel - Google Patents
Manufacture of b-containing austenitic stainless near net shape material for basket in cask for spent nuclear fuelInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、使用済み核燃料の輸送ないし貯蔵用キャスク
の燃料バスケット材に使用される含Ｂオーステナイト系
ステンレス鋼に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a B-containing austenitic stainless steel used as a fuel basket material for a cask for transporting or storing spent nuclear fuel.
Ｂ ｔ！、０．３〜３．０ ｗｔ％含有したオーステナ
イト系ステンレス鋼は、熱中性子吸収性に優れ、使用済
み核燃料の輸送ないし貯蔵用キャスクの燃料バスケット
用材料として使用されている。この鋼は、大型鋳片を板
厚５〜２０ｍＸ幅１４０〜５００■×長さ５０００■程
度の厚鋼板に圧延した後、溶接組み立て、或いは曲げ加
工後、溶接組み立てしてバスケットに仕上げられる。Bt! , 0.3 to 3.0 wt% of austenitic stainless steel has excellent thermal neutron absorption properties and is used as a material for fuel baskets in casks for transporting or storing spent nuclear fuel. This steel is produced by rolling a large slab into a thick steel plate approximately 5 to 20 m thick, 140 to 500 m wide, and 5000 m long, and then assembled by welding, or after bending, welding and assembling it into a basket.
従来、含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼板は、通常の
鋼と同様、溶解→鋳造→圧延プロセスで製造されている
。しかし、この鋼は、−般に熱間圧延性が極めて低く、
圧延時に耳割れが発生し易いため、割れを抑制するため
、例えば特開昭６３−２２０９０４号や特開昭６３−５
０４２９号に示されるように圧延温度は厳しく制限され
る。BACKGROUND ART Conventionally, B-containing austenitic stainless steel sheets have been manufactured by the melting→casting→rolling process like ordinary steel. However, this steel generally has extremely low hot rolling properties;
Since edge cracks are likely to occur during rolling, in order to suppress cracks, methods such as JP-A-63-220904 and JP-A-63-5 have been proposed.
As shown in No. 0429, the rolling temperature is severely limited.
上記鋼板をバスケット用に角パイプ状に成形加工する方
法としては、第５図（ａ）に示すように４枚の鋼板を隅
肉溶接して組み立てる方法、第５図（ｂ）に示すように
チャンネル状に曲げ加工した後、２箇所をシーム溶接す
る方法、第５図（ｃ）に示すようにアングル状に曲げ加
工した後、２箇所を隅肉溶接する方法がある。しかし、
この鋼は延性が低いため、第５図（ｂ）（Ｃ）に示され
るように曲げ加工を伴う場合、曲げ半径、曲げ温度等の
条件が大きく制約される。The above steel plates can be formed into a square pipe shape for a basket by assembling four steel plates by fillet welding as shown in Fig. 5(a), or by assembling four steel plates by fillet welding as shown in Fig. 5(b). There are two methods: bending it into a channel shape and then seam welding the two places; and, as shown in FIG. 5(c), bending it into an angle shape and then fillet welding the two places. but,
Since this steel has low ductility, when bending is involved as shown in FIGS. 5(b) and (C), conditions such as bending radius and bending temperature are greatly restricted.
使用済み核燃料キャスク内のバスケットには、上述した
ようにＢを０．３〜３．ＯＶｔ％含有したオーステナイ
ト系ステンレス鋼板が使用される。The basket inside the spent nuclear fuel cask contains 0.3 to 3.0% of B as described above. An austenitic stainless steel plate containing OVt% is used.
ここで、従来、角パイプ状のバスケットを鋼板から製造
している理由を以下に示す。Here, the reason why square pipe-shaped baskets are conventionally manufactured from steel plates will be explained below.
含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼は、鋳造時、共晶反
応により大型のホウ化物（ポライド： （Ｆｅ、 Ｃｒ
）、Ｂ）を晶出する。このポライドは非常に硬くて脆い
ため、ポライドそれ自身が割れたり、地鉄との界面が剥
離し易く、延性・靭性が極めて低い。したがって安全性
が重要視される原子力材料としては、角パイプ状に鋳造
してそのままバスケットとして使用することはほとんど
不可能である。このため、晶出した粗大なホウ化物を鋼
板の熱間圧延である程度細かくすることによって延性の
向上を図り、バスケット素材とするのである。しかし、
上述したように鋳片は熱間延性が低く、熱間の板圧延に
おいてさえも耳割れが発生し易く、これを防止するため
に何度も加熱圧延を繰り返したり、特開昭６３−２２０
９０４号に示されるようなパック圧延による方法を採ら
ざるを得ない。During casting, B-containing austenitic stainless steel produces large borides (Fe, Cr) through a eutectic reaction during casting.
) and B) are crystallized. This polide is very hard and brittle, so the polide itself is likely to crack or peel off at the interface with the base steel, and its ductility and toughness are extremely low. Therefore, as a nuclear material where safety is important, it is almost impossible to cast it into a square pipe shape and use it as a basket as it is. For this reason, the crystallized coarse borides are made finer to some extent by hot rolling a steel sheet to improve its ductility and used as a basket material. but,
As mentioned above, slabs have low hot ductility and are prone to edge cracking even during hot plate rolling.To prevent this, hot rolling is repeated many times, and
There is no choice but to adopt a pack rolling method as shown in No. 904.
また、鋳片から熱間形鋼圧延でアングル或いはチャンネ
ルを製造する方法が考えられるが。Another possible method is to manufacture angles or channels from cast slabs by hot rolling steel sections.
この方法ではカリバー内の変形において材料が大きな剪
断力を受け、板圧延の場合より一層耳割れが発生し易く
なる。また、上述したパック圧延などの適用も困難であ
る。In this method, the material is subjected to large shear forces during deformation within the caliber, making edge cracking more likely than in the case of plate rolling. Furthermore, it is also difficult to apply the above-mentioned pack rolling.
さらに、鋳片から熱間押出により角パイプやアングル、
チャンネルを製造する方法も考えられる。しかし、押出
は一般に最終形状に加工するプロセスであり、圧延に比
べるとトータルの減面率が小さくなる。したがって、上
述したように鋳造時に生成したポライドをそれほど細か
くできず、延性・靭性が圧延材より劣った材料となる。Furthermore, square pipes and angles are made by hot extrusion from cast slabs.
Methods of manufacturing channels are also conceivable. However, extrusion is generally a process of processing into a final shape, and the total area reduction rate is smaller than that of rolling. Therefore, as mentioned above, the polide produced during casting cannot be made very fine, resulting in a material inferior in ductility and toughness to rolled materials.
このようにいずれの方法もそれぞれ根本的な問題を有し
ており、このため現状ではバスケット材は鋼板から製造
せざるを得ない。As described above, each method has its own fundamental problems, and for this reason, currently, basket materials must be manufactured from steel plates.
鋼板からバスケット材を製造する第５図（８）〜（ｃ）
の方法のうち、（ａ）の方法は板材の溶接箇所が多く、
溶接歪等の問題を生じることから、一般には（ｂ）、
（Ｃ）に示す曲げ加工→溶接という方法が採られる。し
かし、鋼板は上述のように圧延でポライドがある程度細
かくなることによって延性が向上したといっても、冷間
の曲げ加工が可能なほどには至っていない、一般に、バ
スケット材については曲げ半径を鋼板厚さの２倍程度と
して９０°まで曲げることになっているが、１％以上の
Ｂを含有したオーステナイト系ステンレス鋼板では、冷
間でこのような曲げを実施すると割れてしまう。したが
って、熱間油げあるいは数回の軟化加熱処理をはさんだ
冷間曲げ等という煩雑な工程により曲げ加工を行ってい
るのが現状である。Figure 5 (8) to (c) for manufacturing basket material from steel plate
Among the methods, method (a) involves welding many parts of the plate material,
Generally, (b) is used because it causes problems such as welding distortion.
The method shown in (C) of bending → welding is adopted. However, as mentioned above, even though the ductility of steel sheets has been improved by making the poride finer to some extent during rolling, this has not reached the point where cold bending is possible.In general, for basket materials, the bending radius is Although it is supposed to be bent up to 90° at about twice the thickness, an austenitic stainless steel sheet containing 1% or more of B will break if such bending is performed in a cold state. Therefore, at present, bending is performed through complicated processes such as hot bending or cold bending with several softening heat treatments in between.
この含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼の延性を向上さ
せ、その曲げ加工を改善させる鋼板の製造方法として、
例えば特開昭６３−２９３１３９号、特開平１−１７２
５４３号、同１７２５４４号、同１７２５４５号におい
て粉末冶金による製造方法が提案されているが、いずれ
にしてもこれらは厚鋼板の製造を目的としたものであり
、バスケット材への適用は第５図に示したような方法を
採らざるを得ない。As a method for manufacturing a steel plate that improves the ductility of this B-containing austenitic stainless steel and improves its bending process,
For example, JP-A No. 63-293139, JP-A No. 1-172
Manufacturing methods using powder metallurgy are proposed in No. 543, No. 172544, and No. 172545, but in any case, these are aimed at manufacturing thick steel plates, and the application to basket materials is shown in Figure 5. We have no choice but to adopt the method shown in .
本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもので、
含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼のガスアトマイズ粉
を素材として適用することで、ホウ化物の著しい微細化
を図り、且つその粉末を熱間押出または熱間等方圧加圧
により角パイプ状、チャンネル状、またはアングル状に
固化し、ニアネットシェイプ化を図ることで曲げ加工が
不要で、しかも延性・靭性にすぐれた使用済み核燃料キ
ャスク内バスケット材料を提供するものである。The present invention was made in view of such conventional problems,
By applying gas-atomized powder of B-containing austenitic stainless steel as a material, we aim to significantly refine the borides, and the powder can be shaped into square pipe shapes, channel shapes, or by hot extrusion or hot isostatic pressing. By solidifying into an angular shape and creating a near-net shape, the material eliminates the need for bending and provides a spent nuclear fuel cask material with excellent ductility and toughness.
このような本発明の構成は次の通りである。The configuration of the present invention is as follows.
（１）重量％で、Ｂ ： ０．３〜３．０％、Ｃ： ０
．０８％以下、Ｓｉ ： ０．０１〜２．０％、Ｍｎ
： ２．０％以下、ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ
： ８．０〜１５．０％、Ｎ ： ０．２％以下を含
有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるガスアト
マイズ粉末を、温度範囲１１００〜１．１７０℃、圧力
１３００ｋｇｆ／ｃｍ”以上の条件で熱間等方圧加圧に
て角パイプ状またはチャンネル状若しくはアングル状に
成形固化することを特徴とする使用済み核燃料キャスク
内バスケット用の含Ｂオーステナイト系ステンレスニア
ネットシェイプ材の製造方法。(1) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0
．． 08% or less, Si: 0.01-2.0%, Mn
: 2.0% or less, cr: 16.0-20.0%, Ni
N: 8.0 to 15.0%, N: 0.2% or less, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities. A method for producing a B-containing austenitic stainless steel near-net shape material for use in a basket in a spent nuclear fuel cask, the method comprising forming and solidifying it into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by hot isostatic pressing under certain conditions.
（２）重量％で、Ｂ ： ０．３〜３．０％、ｃ ：
０．０８％以下、ＳＬ ： ０．０１〜２．０％、阿ｎ
： ２．０％以下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎ
ｉ ： ８．０〜１５．０％、阿。：３．０以下、Ｎ
： ０．２％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不
純物よりなるガスアトマイズ粉末を、温度範囲１１００
〜１１７０℃、圧力１３００ ｋｇｆ／ａｍ２以上の条
件で熱間等方圧加圧にて角パイプ状またはチャンネル状
若しくはアングル状に成形固化することを特徴とする使
用済み核燃料キャスク内バスケット用の含Ｂオーステナ
イト系ステンレスニアネットシェイプ材の製造方法。(2) In weight%, B: 0.3-3.0%, C:
0.08% or less, SL: 0.01-2.0%, An
: 2.0% or less, Cr: 16.0-20.0%, N
i: 8.0-15.0%, A. : 3.0 or less, N
: Gas atomized powder containing 0.2% or less with the remainder consisting of iron and unavoidable impurities in a temperature range of 1100
B-containing material for used nuclear fuel baskets in spent nuclear fuel casks, which is formed and solidified into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by hot isostatic pressing at a temperature of ~1170°C and a pressure of 1300 kgf/am2 or higher. Method for manufacturing austenitic stainless steel near net shape material.
（３）重量％で、Ｂ ： ０．３〜３．０％、Ｃ： ０
．０８％以下、Ｓｉ ： ０．０１〜２．０％、Ｍｎ
： ２．０％以下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ
： ８．０〜１５．０％、Ｎ ： ０．２％以下を含
有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるガスアト
マイズ粉末を、温度範囲１１００〜１１７０℃、押出比
５以上の条件で熱間押出にて角パイプ状またはチャンネ
ル状若しくはアングル状に成形固化することを特徴とす
る使用済み核燃料キャスク内バスケット用の含Ｂオース
テナイト系ステンレスニアネットシェイプ材の製造方法
。(3) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0
．． 08% or less, Si: 0.01-2.0%, Mn
: 2.0% or less, Cr: 16.0-20.0%, Ni
N: 8.0 to 15.0%, N: 0.2% or less, and the balance consists of iron and inevitable impurities. A method for producing a B-containing austenitic stainless steel near net shape material for use in a basket in a spent nuclear fuel cask, which method comprises forming and solidifying it into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by extrusion.
（４） 重量％で、Ｂ：０．３〜３．０％、Ｃ： ０
．０８％以下、Ｓｉ ： ０．０１〜２．０％、Ｍｎ
： ２．０％以下、Ｃｒ：１６゜Ｏ〜２０．０％、Ｎｉ
： ８，０〜１５．０％、阿。：３．０以下、Ｎ ：
０．２％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純
特大りなるガスアトマイズ粉末を、温度範囲１１００〜
１１７０℃、押出比５以上の条件で熱間押出にて角パイ
プ状またはチャンネル状若しくはアングル状に成形固化
することを特徴とする使用済み核燃料キャスク内バスケ
ット用の含Ｂオーステナイト系ステンレスニアネットシ
ェイプ材の製造方法。(4) In weight%, B: 0.3 to 3.0%, C: 0
．． 08% or less, Si: 0.01-2.0%, Mn
: 2.0% or less, Cr: 16°O~20.0%, Ni
: 8.0-15.0%, A. : 3.0 or less, N :
Gas atomized powder containing 0.2% or less, the balance being iron and unavoidable impurities, at a temperature range of 1100~
A B-containing austenitic stainless steel net-shape material for a basket in a spent nuclear fuel cask, which is formed and solidified into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by hot extrusion at 1170°C and an extrusion ratio of 5 or more. manufacturing method.
以下１本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。 The details of the present invention will be explained below along with the reasons for its limitations.
まず、含Ｂオーステナイト系ステンレスアトマイズ粉の
成分の限定理由について述べる。First, the reasons for limiting the components of the B-containing austenitic stainless steel atomized powder will be described.
Ｂは、自然状態で約２０％の同位元素１０Ｂを含んでお
り、ＬｎＢは中性子吸収断面積の大きい元素である。し
たがって、中性子遮断のために使用する本材料において
は、最も重要な元素である。しかし、０．３％未満では
、バスケットの一般的板厚を考慮すると熱中性子の吸収
性能が十分でない、一方、Ｂが３．０％を超えると、ホ
ウ化物の体積率が４０％以上にも達し、熱間加工性や常
温の延性・靭性が著しく劣化する。このため、Ｂは０．
３〜３．０％に限定した。B contains about 20% isotope 10B in its natural state, and LnB is an element with a large neutron absorption cross section. Therefore, it is the most important element in this material used for neutron blocking. However, when B is less than 0.3%, thermal neutron absorption performance is insufficient considering the general thickness of the basket.On the other hand, when B exceeds 3.0%, the volume fraction of boride increases to 40% or more. The hot workability and ductility and toughness at room temperature deteriorate significantly. Therefore, B is 0.
It was limited to 3-3.0%.
Ｃは、０．０８％を超えると炭化物が生成し易く耐食性
が劣化するので、０．０８％以下と限定した。If C exceeds 0.08%, carbides tend to form and corrosion resistance deteriorates, so C was limited to 0.08% or less.
Ｓｉは、脱酸のために添加する必要があり、０．０１％
未満では脱酸が十分でないが、２．０％を超えると脆化
が生じるため、０．０１〜２．０％に限定した。Si needs to be added for deoxidation and is 0.01%
If it is less than 2.0%, deoxidation is not sufficient, but if it exceeds 2.0%, embrittlement occurs, so it is limited to 0.01 to 2.0%.
１ｌＩｎも脱酸効果を持つ元素であるが、２．０％を超
えると耐食性が低下するため、２．０％以下と限定した
。1lIn is also an element that has a deoxidizing effect, but if it exceeds 2.0%, corrosion resistance decreases, so it was limited to 2.0% or less.
Ｃｒは、耐食性を保持するために１６．０％は必要であ
るが、２０．０％を超えるとび相が析出し脆化しやすく
なるため、１６．０〜２０．０％に限定した。Although 16.0% of Cr is necessary to maintain corrosion resistance, it is limited to 16.0 to 20.0% because the content of Cr exceeds 20.0%, which tends to precipitate an elongated phase and cause embrittlement.
Ｎｉは、組織をオーステナイトにするのに必要な元素で
あり、そのためには８．０％以上必要であるが、高価な
元素であるため、その範囲を８．０〜１５．０％に限定
した。Ni is an element necessary to make the structure austenite, and for that purpose, 8.0% or more is required, but since it is an expensive element, the range was limited to 8.0 to 15.0%. .
Ｍｏは、耐食性の中でも耐孔食性に有効な元素である。Mo is an element effective in pitting corrosion resistance among corrosion resistance.
したがって、耐孔食性が要求される場合には、 Ｍｏを
添加するが、３．０％を超えるとσ相の析出により脆化
しやすくなるため、Ｍｏは３．０％以下と限定した。Therefore, when pitting corrosion resistance is required, Mo is added, but if it exceeds 3.0%, embrittlement tends to occur due to precipitation of the σ phase, so Mo is limited to 3.0% or less.
Ｎは、耐孔食性およ強度上昇に有効な元素であるが、０
．２％を超えると脆化が著しいため、０．２％以下と限
定した。N is an element effective in increasing pitting corrosion resistance and strength, but 0
．． If it exceeds 2%, embrittlement is significant, so it is limited to 0.2% or less.
次に、本発明の特徴である上記成分のガスアトマイズ粉
を素材として使用する理由について述べる。Next, the reason for using the gas atomized powder of the above-mentioned components as a material, which is a feature of the present invention, will be described.
ホウ化物は凝固時に結晶するものであり、凝固速度を上
げることで細かくなる傾向にあるが、通常のインゴット
鋳造や連続鋳造のプロセスでは、凝固速度を上げるにし
ても限界があり、顕著なホウ化物の微細化は達成できな
い。Borides crystallize during solidification, and they tend to become finer by increasing the solidification rate.However, in normal ingot casting or continuous casting processes, there is a limit to increasing the solidification rate, and significant borides miniaturization cannot be achieved.
これに対し、アトマイズ処理は、細孔から溶鋼を流出さ
せ、その溶鋼流に高圧の水、ガス。In contrast, in atomization, molten steel flows out through pores, and high-pressure water and gas are applied to the molten steel flow.
油等を吹き付け、粉状に急速凝固させるプロセスであり
、１００℃／ｓｅｅ以上の凝固速度を容易に達成するこ
とができる。本発明者らは、アトマイズ処理された含Ｂ
オーステナイト系ステンレス鋼粉では、上述したように
高冷却速度のために、アトマイズままの状態ではボロン
が固溶していること、また、これを加熱すると析出する
ものの、１〜３μｍのサイズの微細ホウ化物（ポライド
）が均一に分布することを見い出した。また、アトマイ
ズ処理は大量生産が可能なプロセスである。This is a process in which oil or the like is sprayed and rapidly solidified into powder, and a solidification rate of 100° C./see or higher can be easily achieved. The present inventors have discovered that atomized B-containing
As mentioned above, due to the high cooling rate of austenitic stainless steel powder, boron is solidly dissolved in the atomized state, and although it precipitates when heated, fine boron with a size of 1 to 3 μm is present. It was discovered that polides are uniformly distributed. Furthermore, atomization is a process that can be mass-produced.
上述したように、アトマイズ粉を得る方法としては、水
、ガス、油等を溶鋼に吹き付ける方法があるが、水アト
マイズ粉は、粉末表面がスケールで覆われるため酸素量
が高く、熱間等方圧加圧（以下、ＨＩＰという）や熱間
押出で固化したままの鋼片の延性・靭性がガスアトマイ
ズ粉などに比較するとやや低くなる。また、油アトマイ
ズではカーボンの混入が避けられず。As mentioned above, there are methods to obtain atomized powder by spraying water, gas, oil, etc. onto molten steel, but water atomized powder has a high oxygen content because the powder surface is covered with scale, and is The ductility and toughness of steel slabs solidified by pressure pressing (hereinafter referred to as HIP) or hot extrusion are slightly lower than those of gas atomized powder. Also, with oil atomization, carbon contamination is unavoidable.
耐食性が要求されるバスケット材には不適である。そこ
で本発明では、窒素或いはアルゴン等でガスアトマイズ
処理された含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼粉を素材
として使用することにした。It is unsuitable for basket materials that require corrosion resistance. Therefore, in the present invention, it was decided to use B-containing austenitic stainless steel powder, which has been gas atomized with nitrogen or argon, as the material.
次に、以上のようなガスアトマイズ粉の固化の方法につ
いて説明すると、本発明ではガスアトマイズ鋼粉を、Ｈ
ＩＰまたは熱間押出により角パイプ状、チャンネル状或
いはアングル状に固化させる。Next, the method for solidifying the gas atomized powder as described above will be explained. In the present invention, the gas atomized steel powder is
It is solidified into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by IP or hot extrusion.
第工図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれＨＩＰによる例であり
、このうち（ａ）は角パイプ状、（ｂ）はチャンネル状
、（Ｃ）はアングル状にそれぞれ成形固化させる場合を
示している。Construction drawings (a) to (C) are examples of HIP, of which (a) shows the case of forming and solidifying into a square pipe shape, (b) a channel shape, and (C) an angle shape. There is.
具体的には、それぞれの成形形状に対応した鋼製の容器
（１ａ）〜（ＩＣ）に上述したアトマイズ粉（４）を充
填し、真空密封する。この真空密封は容器（ｌａ）〜（
ｌｃ）に蓋（２ａ） 〜（２ｃ）を取付けてその周囲を
溶接した後、管状の脱気口（３）から脱気しながら、脱
気口（３）を押し潰し、封止する。Specifically, the above-described atomized powder (4) is filled into steel containers (1a) to (IC) corresponding to the respective molded shapes, and the containers are vacuum-sealed. This vacuum sealing is for containers (la) to (
After attaching the lids (2a) to (2c) to the lc) and welding the periphery thereof, while degassing from the tubular degassing port (3), the degassing port (3) is crushed and sealed.
そして、この容器を高圧の不活性ガス雰囲気中で加熱す
ることで、内部のアトマイズ粉を固化させる。Then, by heating this container in a high-pressure inert gas atmosphere, the atomized powder inside is solidified.
また、熱間押出で成形固化させる場合には、円筒または
角型の鋼製容器にアトマイズ粉を充填し、真空密封した
後、熱間押出する。もちろん、角パイプ状にするには、
角型ダイスやマンドレルが必要であり、チャンネルやア
ングル材の場合には、その形状のダイスが必要なことは
言うまでもない。In addition, when forming and solidifying by hot extrusion, a cylindrical or square steel container is filled with atomized powder, vacuum-sealed, and then hot extruded. Of course, to make it into a square pipe shape,
It goes without saying that a square die or mandrel is required, and in the case of channel or angle material, a die of that shape is required.
次に、上述したＨＩＰおよび熱間押出条件の限定理由に
ついて説明する。Next, the reason for limiting the above-mentioned HIP and hot extrusion conditions will be explained.
本発明は、固化状態でバスケットのニアネットシェイプ
材料を製造することが目的であり、その後のプロセス（
後述するような軽圧下形鋼圧延等）で、材質の大きな向
上は望めない。したがって、固化状態で従来法（鋳造→
圧延）による鋼板以上の材質を得る必要がある。含Ｂオ
ーステナイト系ステンレス鋼では伸び値が問題となるこ
とから、従来鋼板の伸び値以上を得ることを目標に条件
を限定した。The present invention aims to produce near-net shape materials for baskets in the solidified state, and the subsequent process (
No significant improvement in material quality can be expected with light reduction shaped steel rolling, etc., as described below. Therefore, in the solidified state, the conventional method (casting→
It is necessary to obtain a material that is better than steel plate by rolling. Since the elongation value is a problem with B-containing austenitic stainless steel, the conditions were limited with the aim of obtaining an elongation value higher than that of conventional steel sheets.
まず、ＨＩＰの条件を加熱温度１１００〜１１７０℃、
圧力１３００ｋｇｆ／ａｍ”以上に限定した理由につい
て述べる。加熱温度が１１００℃未満、圧力１３００ｋ
ｇｆ／ＣＭ”未満の条件では、コーナ一部における粉末
充填容器自身の剛性のため粉に十分な圧力がかからず、
その部分の延性が従来鋼板の伸び値を超えることができ
ない。第２図はＨＩＰの加圧力および加熱温度が成形固
化材（角パイプ）の伸び値（主としてコーナ一部の伸び
）に及ぼす影響を調べたもので、１０５０℃加熱では加
圧力を高めても従来鋼板を超えるような十分な伸びが得
られない。これに対し、 １１００℃加熱では、加圧力
１３００ｋｇｆ／ａ＋＋”以上において従来鋼板を超え
る伸び値が得られることが判る。また、ポライドは、上
述したようにＨＩＰ処理の加熱段階で析出するが、１１
７０℃以上に加熱するとポライドが溶融してしまい、Ｈ
ＩＰ後の冷却過程で再晶出し、ポライドのマクロ的偏析
、粗大化が起こる。また、場合によっては缶の溶融も起
こる危険性もある。以上の理由から、本発明ではＨＩＰ
の条件を加熱温度１１００〜１１７０℃、加圧力１３０
０ｋｇｆ／ｃｍ２以上に限定した。First, the HIP conditions are: heating temperature 1100-1170℃;
The reason why the pressure was limited to 1300 kgf/am" or higher will be explained.Heating temperature is less than 1100℃, pressure 1300k
gf/CM”, insufficient pressure is applied to the powder due to the rigidity of the powder filling container itself in a part of the corner.
The ductility of that part cannot exceed the elongation value of conventional steel plates. Figure 2 shows the effect of HIP pressure and heating temperature on the elongation value (mainly the elongation of a part of the corner) of a molded and solidified material (square pipe). It is not possible to obtain sufficient elongation to exceed that of a steel plate. On the other hand, it can be seen that when heated to 1100°C, an elongation value exceeding that of conventional steel sheets can be obtained at a pressure of 1300 kgf/a++'' or higher.Also, as mentioned above, polide precipitates during the heating stage of HIP treatment, but 11
If heated above 70°C, polide will melt and H
During the cooling process after IP, recrystallization, macroscopic segregation and coarsening of polide occur. There is also a risk that the can may melt depending on the case. For the above reasons, in the present invention, HIP
The conditions are heating temperature 1100-1170℃, pressure 130℃
It was limited to 0 kgf/cm2 or more.
次に、熱間押出時の条件を１１００〜１１７０℃加熱、
押出比を５以上に限定した理由について述べる。Next, the conditions for hot extrusion were: heating at 1100-1170°C;
The reason why the extrusion ratio was limited to 5 or more will be described.
熱間押出が１１００℃未満、押出比５未満の条件では、
アトマイズ粉の固化が不十分であり、ニアネットシェイ
プ鋼片としては十分な延性が得られない。第３図は、熱
間押出の押出比と加熱温度が押出材の伸び値に及ぼす影
響を調べたもので、１０５０℃加熱では押出比を高めて
も従来鋼板を超えるような十分な伸びが得られない。Under the conditions of hot extrusion below 1100°C and extrusion ratio below 5,
The solidification of the atomized powder is insufficient, and sufficient ductility cannot be obtained as a near net shape steel piece. Figure 3 shows the effect of extrusion ratio and heating temperature in hot extrusion on the elongation value of the extruded material.When heated to 1050℃, sufficient elongation exceeding that of conventional steel sheets was obtained even when the extrusion ratio was increased. I can't do it.
これに対し、１１００℃加熱では押出比５以上において
従来鋼板を超える伸び値が得られていることが判る。ま
た、加熱温度が１１７０℃を超えると、ホウ化物（（Ｆ
ｅ＝ Ｃｒ）２Ｂ）が部分溶融し、完全な静水圧を付与
できない押出プロセスでは、缶の破裂や溶融液の滲み出
しのために押出不能となる。以上の理由から、加熱温度
を１１００〜１１７０℃、押出比を５以上に限定した。On the other hand, it can be seen that when heated to 1100°C, elongation values exceeding those of conventional steel sheets were obtained at extrusion ratios of 5 or more. In addition, when the heating temperature exceeds 1170°C, boride ((F
In an extrusion process in which e=Cr)2B) is partially melted and complete hydrostatic pressure cannot be applied, extrusion becomes impossible due to can rupture and melt oozing out. For the above reasons, the heating temperature was limited to 1100 to 1170°C and the extrusion ratio was limited to 5 or more.
以上のような方法で製造されたニアネットシェイプ材は
、ホウ化物が１〜３μｍ程度と微細に均一に分散してお
り、高い延性値および靭性値を有している。The near net shape material produced by the above method has borides finely and uniformly dispersed in a size of about 1 to 3 μm, and has high ductility and toughness values.
このようにして得、られるニアネットシェイプ鋼片は、
最終的にバスケット材とするために、板厚や形状精度を
出す目的で若干の切削加工をすれば良い。また、チャン
ネル状やアングル状の鋼片の場合には、板厚や長さや形
状精度を出す目的で１〜２バス程度の軽圧下熱間形鋼圧
延を実施してもよく、ポライドが微細化していることお
よび非常に軽圧下ですむことから、耳割れも皆無の熱間
形鋼圧延が可能となる。The near net shape steel billet obtained in this way is
In order to finally make it into a basket material, it is only necessary to perform a slight cutting process to improve the thickness and shape accuracy. In addition, in the case of channel-shaped or angle-shaped steel slabs, light reduction hot rolling of 1 to 2 baths may be performed in order to improve the thickness, length, and shape accuracy, and the polide becomes finer. Because of the fact that the rolling stock is very thin and requires only a very light reduction, it is possible to hot-roll the shaped steel without any edge cracking.
本実施例に使用したガスアトマイズ粉の化学成分を第１
表に示す。このガスアトマイズ粉は粉末粒度２００メツ
シユ以下のものを使用した。The chemical composition of the gas atomized powder used in this example was
Shown in the table. The gas atomized powder used had a powder particle size of 200 mesh or less.
タップ密度は、５．１〜５．４ｇ／ｃｃの値が得られて
いる。また、従来法として、溶解→鋳造法によるニアネ
ットシェイプ化も試みた。その化学成分も第工表に併せ
て示す。A value of 5.1 to 5.4 g/cc has been obtained for the tap density. In addition, as a conventional method, we also attempted to create a near-net shape using a melting->casting method. Its chemical composition is also shown in the table.
上記の粉末は、ＨＩＰ処理に供する場合には第工図（ａ
）〜（ｃ）に示したような形状のメタルカプセル（ＳＵ
Ｓ３０４Ｌ製、厚み１ ｍ ）に、また、熱間押出に供
する場合には２５０φの円筒状のメタルカプセル（ＳＵ
Ｓ３０４Ｌｌ！、厚み２ｍ＋＋）にそれぞれ充填し、６
５０℃で真空脱気・封止した。なお、ＨＩＰ処理におけ
るカプセルの寸法は、ＨＩＰ処理における収縮（タップ
密度から計算される）を見込んで、太き目にした。また
、熱間押出においては、上記の粉末を充填し真空封止し
たカプセルをビレットに埋め込んで熱間押出を実施した
。When the above powder is subjected to HIP treatment, it should be
) ~ (c) Metal capsules (SU
S304L, thickness 1 m), or a 250φ cylindrical metal capsule (SU
S304Ll! , thickness 2m++), respectively.
It was vacuum degassed and sealed at 50°C. Note that the dimensions of the capsule in the HIP treatment were made thicker in anticipation of shrinkage (calculated from the tap density) in the HIP treatment. In addition, in hot extrusion, a capsule filled with the above powder and sealed under vacuum was embedded in a billet, and hot extrusion was performed.
得られたニアネットシェイプ材の機械的性質をその製造
条件とともに第２表に示す、また、ニアネットシェイプ
材の寸法の詳細を第３表に示す。これらの表から、本発
明により優れた延性・靭性を有するニアネットシェイプ
材の製造が可能なことが判る。The mechanical properties of the near net shape material obtained are shown in Table 2 together with the manufacturing conditions, and the details of the dimensions of the near net shape material are shown in Table 3. From these tables, it can be seen that the present invention makes it possible to produce near-net shape materials with excellent ductility and toughness.
また、第２表中供試材Ｂのチャンネル状ニアネットシェ
イプ材をさらに熱間形鋼圧延に供したが、耳割れの発生
もなく、５■厚まで圧延された。一方、従来法による供
試材Ｈのニアネットシェイプ材も熱間形鋼圧延に供した
が、熱間延性不足のため、圧延中に多くの耳割れが発生
した。Further, the channel-like near net shape material of sample material B in Table 2 was further subjected to hot section rolling, and it was rolled to a thickness of 5 mm without any edge cracking. On the other hand, a near-net shape material of specimen H produced by the conventional method was also subjected to hot shape steel rolling, but many edge cracks occurred during rolling due to insufficient hot ductility.
なお１本発明によるニアネットシェイプ材は、ＨＩＰ或
いは熱間押出することでメタルカプセルの部分と粉の部
分が一体化し、例えば本実施例では、表面が５ＵＳ３０
４Ｌで覆われたクラツド材となる。このような材料はバ
スケットとして表面の耐孔食性が重要視される場合には
、表面の５ＵＳ３０４Ｌの部分を残せば良いし、そうで
な第
表
・・・第４図（Ａ）〜（Ｃ）参照
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば延性・靭性に優れた使用
済み核燃料キャスクのバスケット重含Ｂオーステナイト
系ステンレス鋼ニアネットシェイプ材が製造でき、この
ため以下のような効果が期待できる。1. In the near net shape material according to the present invention, the metal capsule part and the powder part are integrated by HIP or hot extrusion. For example, in this example, the surface is 5US30
It becomes a clad material covered with 4L. If the pitting corrosion resistance of the surface of such a material is important for use as a basket, it is sufficient to leave the 5US304L portion on the surface. Reference [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a basket-heavy B austenitic stainless steel near-net shape material for spent nuclear fuel casks with excellent ductility and toughness can be manufactured, and therefore the following effects can be achieved. can be expected.
■従来、バスケット材料として鋼板を製造する際、その
熱間圧延時に耳割れのために切り捨て部が多かったが、
本発明により、そのような鋼板製造工程を省くことが可
能になった。■In the past, when manufacturing steel plates as basket materials, many parts were cut off due to edge cracking during hot rolling.
The present invention has made it possible to omit such a steel plate manufacturing process.
■従来、鋼板を曲げ加工することにより、バスケットに
成形加工する際、割れがしばしば発生していたが、本発
明によればこのような曲げ加工は全く不要となる。■ Conventionally, cracks often occurred when forming a basket into a basket by bending a steel plate, but according to the present invention, such bending is completely unnecessary.
■従来の製造方法よりも延性・靭性に優れたバスケット
が製造でき、使用時の安全性が高められる。すなわち安
全性が最重要視される原子力関係において、バスケット
材の信頼性を大きく高めることができる。■It is possible to manufacture baskets with superior ductility and toughness compared to conventional manufacturing methods, increasing safety during use. In other words, the reliability of the basket material can be greatly improved in the nuclear power field where safety is of paramount importance.
なお、本発明は、バスケットのニアネットシェイプ材を
対象としているが、含Ｂオーステナイト系ステンレス鋼
アトマイズ粉を素材にして、ＨＩＰ或いは熱間押出を実
施すれば、延性・靭性に優れた他のニアネットシェイプ
材の製造も容易である。Although the present invention is directed to near-net shape materials for baskets, if B-containing austenitic stainless steel atomized powder is used as a raw material and HIP or hot extrusion is carried out, other near-net shape materials with excellent ductility and toughness can be produced. It is also easy to manufacture net-shaped materials.
第１図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれＨＩＰによる本発明法
の実施状況を示す説明図である。第２図はアトマイズ粉
のＨＩＰ処理において、加熱温度と加圧力が成形固化材
の伸びに及ぼす影響を示すグラフである。第３図はアト
マイズ粉の熱間押出において、加熱温度と押出比が押出
材の伸びに及ぼす影響を示したグラフである。第４図（
Ａ）〜（Ｃ）は、実施例で製造されたニアネットシエイ
プ材の断面を示す説明図である。第５図（、）〜（ｃ）
はそれぞれ従来のバスケット材製造方法を示す説明図で
ある。
図において、（１ａ）〜（１ｃ）は容器、 （２ａ）〜
（２ｃ）は蓋、（３）は脱気口、（４）はアトマイズ粉
である。
第
０００
５００
加圧力
０００
（ｋｃｉ ／ｃｍ” ）
（Ｃ）
ＥＪ！
（％）FIGS. 1(a) to 1(C) are explanatory diagrams each showing the state of implementation of the method of the present invention by HIP. FIG. 2 is a graph showing the influence of heating temperature and pressure on the elongation of the molded and solidified material in the HIP treatment of atomized powder. FIG. 3 is a graph showing the influence of heating temperature and extrusion ratio on the elongation of the extruded material in hot extrusion of atomized powder. Figure 4 (
A) to (C) are explanatory diagrams showing cross sections of near net shape materials manufactured in Examples. Figure 5 (,) to (c)
These are explanatory diagrams each showing a conventional method for manufacturing basket material. In the figure, (1a) to (1c) are containers, (2a) to
(2c) is a lid, (3) is a deaeration port, and (4) is atomized powder. No. 000 500 Pressure force 000 (kci/cm”) (C) EJ! (%)
Claims (4)
％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以
下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ：８．０〜１５
．０％、Ｎ：０．２％以下を含有し、残部が鉄および不
可避的不純物よりなるガスアトマイズ粉末を、温度範囲
１１００〜１１７０℃、圧力１３００ｋｇｆ／ｃｍ＾２
以上の条件で熱間等方圧加圧にて角パイプ状またはチャ
ンネル状若しくはアングル状に成形固化することを特徴
とする使用済み核燃料キャスク内バスケット用の含Ｂオ
ーステナイト系ステ ンレスニアネットシェイプ材の製造方法。(1) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0.08
% or less, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0% or less, Cr: 16.0 to 20.0%, Ni: 8.0 to 15
．． 0%, N: 0.2% or less, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities.
Manufacture of B-containing austenitic stainless steel near net shape material for baskets inside spent nuclear fuel casks, which is formed and solidified into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by hot isostatic pressing under the above conditions. Method.
％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以
下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ：８．０〜１５
．０％、Ｍｏ：３．０以下、Ｎ：０．２％以下を含有し
、残部が鉄および不可避的不純物よりなるガスアトマイ
ズ粉末を、温度範囲１１００〜１１７０℃、圧力１３０
０ｋｇｆ／ｃｍ＾２以上の条件で熱間等方圧加圧にて角
パイプ状またはチャンネル状若しくはアングル状に成形
固化することを特徴とする使用済み核燃料キャスク内バ
スケット用の含Ｂオース テナイト系ステンレスニアネットシェイプ材の製造方法
。(2) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0.08
% or less, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0% or less, Cr: 16.0 to 20.0%, Ni: 8.0 to 15
．． 0%, Mo: 3.0% or less, N: 0.2% or less, and the balance is iron and inevitable impurities.
B-containing austenitic stainless steel for use in spent nuclear fuel cask baskets, characterized by being molded and solidified into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by hot isostatic pressing under conditions of 0 kgf/cm^2 or more. Method for manufacturing net-shaped materials.
％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以
下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ：８．０〜１５
．０％、Ｎ：０．２％以下を含有し、残部が鉄および不
可避的不純物よりなるガスアトマイズ粉末を、温度範囲
１１００〜１１７０℃、押出比５以上の条件で熱間押出
にて角パイプ状またはチャンネル状若しくはアングル状
に成形固化することを特徴とする使用済み核燃料キャス
ク内バスケット用の含Ｂオーステナイト系ステンレスニ
アネ ットシェイプ材の製造方法。(3) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0.08
% or less, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0% or less, Cr: 16.0 to 20.0%, Ni: 8.0 to 15
．． 0%, N: 0.2% or less, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities. Gas atomized powder is hot extruded at a temperature range of 1100 to 1170°C and an extrusion ratio of 5 or more to form a rectangular pipe shape or A method for producing a B-containing austenitic stainless steel near-net shape material for a basket in a spent nuclear fuel cask, which is formed and solidified into a channel shape or an angle shape.
％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以
下、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｎｉ：８．０〜１５
．０％、Ｍｏ：３．０以下、Ｎ：０．２％以下を含有し
、残部が鉄および不可避的不純物よりなるガスアトマイ
ズ粉末を、温度範囲１１００〜１１７０℃、押出比５以
上の条件で熱間押出にて角パイプ状またはチャンネル状
若しくはアングル状に成形固化することを特徴とする使
用済み核燃料キャスク内バスケット用の含Ｂオーステナ
イト系ステ ンレスニアネットシェイプ材の製造方法。(4) In weight%, B: 0.3-3.0%, C: 0.08
% or less, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0% or less, Cr: 16.0 to 20.0%, Ni: 8.0 to 15
．． 0%, Mo: 3.0 or less, N: 0.2% or less, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities. A method for producing a B-containing austenitic stainless steel near net shape material for use in a basket in a spent nuclear fuel cask, which method comprises forming and solidifying it into a square pipe shape, channel shape, or angle shape by extrusion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1342205A JPH03202438A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Manufacture of b-containing austenitic stainless near net shape material for basket in cask for spent nuclear fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1342205A JPH03202438A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Manufacture of b-containing austenitic stainless near net shape material for basket in cask for spent nuclear fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202438A true JPH03202438A (en) | 1991-09-04 |
Family
ID=18351934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1342205A Pending JPH03202438A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Manufacture of b-containing austenitic stainless near net shape material for basket in cask for spent nuclear fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03202438A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016509629A (en) * | 2013-01-09 | 2016-03-31 | ザ・ナノスティール・カンパニー・インコーポレーテッド | A new class of steel for tubular products |
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1989
- 1989-12-29 JP JP1342205A patent/JPH03202438A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016509629A (en) * | 2013-01-09 | 2016-03-31 | ザ・ナノスティール・カンパニー・インコーポレーテッド | A new class of steel for tubular products |
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