JPH06128697A - Ferritic stainless steel - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To produce a stainless steel having superior corrosion resistance in a high temp. pure water environment in the nuclear power plant by preparing a ferritic stainless steel having a specific composition where the contents of Ta and Cu are specified. CONSTITUTION:A ferritic stainless steel having a composition consisting of, by weight ratio, <=0.030% C, <=1.0% Si, <=1.0% Mn, 9.0-16.0% Cr, <=0.5& Mo, <=0.6% Ni, <=0.030% N, 6X(C+N) to 0.75% Ta, <=0.05% Co, 0.01-0.5% Cu, and the balance Fe with accompanying impurities is prepared. By this method, the ferritic stainless steel for a nuclear power plant, improved in corrosion resistance to a greater extent than heretofore, can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラント等
の熱交換器伝熱管用の耐食性にすぐれたフェライト系ス
テンレス鋼に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferritic stainless steel having excellent corrosion resistance for heat exchanger heat transfer tubes in nuclear power plants and the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術】原子力発電プラントの給水加熱器及び湿
分分離加熱器などの熱交換器伝熱管材料は、従来耐食性
にすぐれたオ―ステナイト系ステンレス鋼が使用されて
きた。2. Description of the Related Art Austenitic stainless steel having excellent corrosion resistance has been conventionally used as a material for heat exchanger tubes such as feed water heaters and moisture separation heaters in nuclear power plants.

【０００３】しかし、オ―ステナイト系ステンレス鋼
は、Ｃｌ^- イオンを含む環境では粒内型の応力腐食割れ
を生じる危険性が高く、復水器の海水リ―ク時にＣｌ^-
イオンによる応力腐食割れ発生の可能性がある。また、
合金成分中の主としてＮｉと共存している微量のＣｏが
溶出し、原子炉内に持ち込まれ、半減期の長いＣｏ⁶⁰が
生成し放射線量を増大させる等の問題があり耐応力腐食
割れ性にすぐれ、耐食性を有し、Ｃｏ含有量の少ない伝
熱管材料が要求されてきた。[0003] However, Oh - austenitic stainless steel, Cl ^- In an environment containing ions high risk of developing stress corrosion cracking of grain types, condenser seawater Li - Cl when click ^-
Ions may cause stress corrosion cracking. Also,
A small amount of Co, which coexists mainly with Ni in the alloy components, elutes and is brought into the reactor, producing Co ⁶⁰ with a long half-life and increasing the radiation dose. A heat transfer tube material having excellent corrosion resistance and low Co content has been demanded.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この要求に対し、最近
ではフェライト系ステンレス鋼が伝熱管材料として有望
であるとされるようになり、実用化へ向けての検討が進
んできた。フェライト系ステンレス鋼はオ―ステナイト
系ステンレス鋼と比較して、熱伝導率が高く、耐応力腐
食割れ性にすぐれ、Ｃｏ含有量も極めて少ないので、原
子力用伝熱管材料として有用な材料であるが、耐食性は
オ―ステナイト系ステンレス鋼よりも劣り、主成分のＦ
ｅを主体としたクラッドが増大するという問題を有して
いる。ＦｅはＣｏ⁶⁰より半減期は短いが、Ｆｅ⁵⁹を生成
し放射線量の増大をもたらす要因となるので、極力低く
押さえなければならず、その解決策が模索されているの
が現状であった。In response to this demand, ferritic stainless steel has recently been regarded as a promising material for heat transfer tubes, and studies for practical use have been advanced. Compared with austenitic stainless steel, ferritic stainless steel has high thermal conductivity, excellent stress corrosion cracking resistance, and extremely low Co content, so it is a useful material as a heat transfer tube material for nuclear power. , The corrosion resistance is inferior to austenitic stainless steel,
There is a problem that the cladding mainly composed of e increases. Although Fe has a shorter half-life than Co ^60, it is a factor that produces Fe ⁵⁹ and causes an increase in radiation dose, so it must be kept as low as possible, and the current situation is to find a solution.

【０００５】本発明は以上のような従来材質の欠点を改
良するためになされたもので、原子力発電プラントの高
温純水環境中ですぐれた耐食性を有するフェライト系ス
テンレス鋼を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in order to improve the above drawbacks of conventional materials, and an object thereof is to provide a ferritic stainless steel having excellent corrosion resistance in a high temperature pure water environment of a nuclear power plant. To do.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、重量基準でＣ
0.030％以下，Ｓｉ 1.0％以下，Ｍｎ 1.0％以下，Ｃｒ
9.0〜16.0％，Ｍｏ 0.5％以下，Ｎｉ 0.6％以下，Ｎ
0.030％以下，Ｔａ６×（Ｃ＋Ｎ）〜 0.75 ％，Ｃｏ 0.
05 ％以下，Ｃｕ 0.01 〜 0.5％を含み、残部がＦｅ及
び付随的不純物から成るフェラテト系ステンレス鋼を与
えるものである。The present invention is based on C by weight.
0.030% or less, Si 1.0% or less, Mn 1.0% or less, Cr
9.0-16.0%, Mo 0.5% or less, Ni 0.6% or less, N
0.030% or less, Ta6 × (C + N) to 0.75%, Co 0.
It provides a ferrate stainless steel containing less than 05%, Cu 0.01-0.5%, and the balance Fe and incidental impurities.

【０００７】[0007]

【作用】図１は、本発明になる13Ｃｒのフェライト系ス
テンレス鋼（実施例１〜３）と従来の13Ｃｒのフェライ
ト系ステンレス鋼（比較例）の腐食減量比の経時変化を
示すグラフである。このグラフによれば、従来材と比較
して本発明に係る材料の耐食性は大幅に向上しており、
従来材の耐食性に劣るという欠点が改善されたものであ
る。FIG. 1 is a graph showing the change over time in the corrosion weight reduction ratio of the 13Cr ferritic stainless steel according to the present invention (Examples 1 to 3) and the conventional 13Cr ferritic stainless steel (Comparative Example). According to this graph, the corrosion resistance of the material according to the present invention is significantly improved as compared with the conventional material,
This is an improvement in the disadvantage that the conventional material is inferior in corrosion resistance.

【０００８】[0008]

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。本発明
者等は、炭素鋼に合金成分を微量添加することにより耐
食性は大幅に向上することに着目し、微量の合金成分を
添加したフェライト系ステンレス鋼の耐食性を検討した
結果、Ｃｕの添加が耐食性を向上させることを見出し本
発明に至ったものである。EXAMPLE An example of the present invention will be described below. The present inventors have noticed that the corrosion resistance is significantly improved by adding a small amount of alloying components to carbon steel, and as a result of examining the corrosion resistance of ferritic stainless steel containing a small amount of alloying components, the addition of Cu The present invention has been found to improve the corrosion resistance and has led to the present invention.

【０００９】本発明では、重量比でＣ 0.030％以下，Ｓ
ｉ 1.0％以下，Ｍｎ 1.0％以下，Ｃｒ 9.0〜16.0％，Ｍ
ｏ 0.5％以下，Ｎｉ 0.6％以下，Ｎ 0.030％以下，Ｔａ
６×（Ｃ＋Ｎ）〜 0.75 ％，Ｃｏ 0.05 ％以下，Ｃｕ
0.01 〜 0.5％を含み、残部がＦｅ及び付随的不純物か
ら成るように構成する。In the present invention, C is 0.030% or less by weight and S
i 1.0% or less, Mn 1.0% or less, Cr 9.0 to 16.0%, M
o 0.5% or less, Ni 0.6% or less, N 0.030% or less, Ta
6 × (C + N) to 0.75%, Co 0.05% or less, Cu
0.01 to 0.5%, the balance being Fe and incidental impurities.

【００１０】次に、この発明のフェライト系ステンレス
鋼においてその化学組成を上記のように限定した理由を
説明する。以下の記載において組成を表す「％」は、特
に断らない限り重量基準とする。Next, the reason why the chemical composition of the ferritic stainless steel of the present invention is limited as described above will be explained. In the following description, “%” representing a composition is based on weight unless otherwise specified.

【００１１】Ｃはフェライト系ステンレス鋼の高温純水
環境での応力腐食割れ感受性を著しく高める元素であ
り、その量は低いほど好ましい。Ｃを 0.030％以下にす
ることにより応力腐食割れの発生を防止できるので、上
限を 0.030％とする。ただし、後述する安定化元素のＴ
ａの添加により目的を達成できる。C is an element that remarkably enhances the stress corrosion cracking susceptibility of ferritic stainless steel in a high temperature pure water environment, and the lower the amount, the more preferable. The occurrence of stress corrosion cracking can be prevented by setting C to 0.030% or less, so the upper limit is made 0.030%. However, the stabilizing element T described below
The purpose can be achieved by adding a.

【００１２】ＮはＣと同様フェライト系ステンレス鋼の
応力腐食割れ感受性を著しく高める元素であり、その量
は低いほど好ましい。Ｎを 0.030％以下にすることによ
り応力腐食割れの発生を防止できるので、上限を 0.030
％とする。Like C, N is an element that remarkably enhances the stress corrosion cracking susceptibility of ferritic stainless steel, and the lower the amount, the more preferable. Since the occurrence of stress corrosion cracking can be prevented by setting N to 0.030% or less, the upper limit is 0.030.
%.

【００１３】ＴａはＣおよびＮを固定するため溶接時の
鋭敏化を防止し、粒界型応力腐食割れを抑制する効果が
あるが、６×（Ｃ＋Ｎ）％未満では十分な効果が得られ
ないため、下限を６×（Ｃ＋Ｎ）％とする。一方、 0.7
5 ％を超える添加はじん性の低下をきたすので上限は
0.75 ％とする。Since Ta fixes C and N, it has the effect of preventing sensitization during welding and suppressing grain boundary type stress corrosion cracking, but if less than 6 × (C + N)%, a sufficient effect cannot be obtained. Therefore, the lower limit is set to 6 × (C + N)%. On the other hand, 0.7
Addition of more than 5% causes deterioration of toughness, so the upper limit is
0.75%

【００１４】Ｃｒは、フェライト系ステンレス鋼の耐食
性向上に不可欠な成分である。高温純水環境では、全面
腐食に対し 9.0％未満では十分な耐食性がないので、下
限を9.0％とする。Ｃｒ量が多くなればなるほど耐食性
は向上すが、フェライト系ステンレス鋼に特有な 475℃
脆性が生ずるおそれがあるため上限は16.0％に制限して
いる。Ｍｏは、Ｃｒと同様含有量が増大すると 475℃脆
性が生ずるおそれがあるため、上限を 0.5％に制限して
いる。Cr is an essential component for improving the corrosion resistance of ferritic stainless steel. In a high-temperature pure water environment, if the total corrosion is less than 9.0%, the corrosion resistance is not sufficient, so the lower limit is 9.0%. Corrosion resistance improves as the amount of Cr increases, but at 475 ° C, which is peculiar to ferritic stainless steel.
The upper limit is limited to 16.0% because brittleness may occur. As with Cr, if the content of Mo increases, brittleness at 475 ° C may occur, so the upper limit is set to 0.5%.

【００１５】Ｃｕは、初期腐食を少なくし、Ｃｕ含有の
ち密な密着性の良い保護皮膜を形成させるために 0.01
〜 0.5％添加する。ＣｕはＣｒの存在下においてその効
果を発揮するが、 0.01 ％未満の添加ではその効果は十
分ではないので、下限は 0.01 ％とする。しかし 0.5％
を超えて添加しても、もはやそれ以上の効果は望めない
ので、上限を 0.5％とする。Cu is used in order to reduce initial corrosion and form a dense protective film containing Cu and having a good adhesion.
Add ~ 0.5%. Cu exerts its effect in the presence of Cr, but the effect is not sufficient with the addition of less than 0.01%, so the lower limit is made 0.01%. But 0.5%
If it is added in excess of 10%, no further effect can be expected anymore, so the upper limit is made 0.5%.

【００１６】Ｎｉは、オ―ステナイト相形成元素であり
含有量が増大するにつれて、Ｆｅ−Ｃｒ系合金状態図の
γル―プ幅が広がり、溶接熱影響部にマルテンサイトが
変態生成しやすくなり、溶接割れを引き起こすため、そ
の量は低いほど好ましい。Ｎｉを 0.6％以下にすること
により溶接熱影響部におけるマルテンサイトの変態生成
を防止することができるので、上限を 0.6％とする。Ni is an austenite phase forming element, and as the content increases, the γ loop width of the Fe-Cr alloy phase diagram widens, and martensite is likely to be transformed in the weld heat affected zone. The lower the amount, the better because it causes weld cracking. Since the transformation generation of martensite in the weld heat affected zone can be prevented by setting Ni to 0.6% or less, the upper limit is set to 0.6%.

【００１７】Ｃｏは、Ｎｉと同様オ―ステナイト相形成
元素であり、かつ放射線源のＣｏ⁶⁰を生成する元素なの
で、その量は低いほど好ましいが、 0.05 ％までは影響
がないので、上限を 0.05 ％とする。上記成分ならびに
主成分としてＦｅを加える際に付随的に含まれる不純物
はなるべく少ない方が好ましい。Like Ni, Co is an austenite phase forming element and is an element that produces Co ⁶⁰ of the radiation source. Therefore, the lower the amount, the better. However, since it has no effect up to 0.05%, the upper limit is 0.05. %. It is preferable that impurities contained incidentally when Fe is added as the above-mentioned component and the main component are as small as possible.

【００１８】本発明のフェライト系ステンレス鋼は、ま
ず各素材金属を真空あるいは大気圧下で混合溶解し、脱
酸後において実質的に上記組成のフェライト系ステンレ
ス鋼溶湯を得、次いでこれを造塊し、圧延を施すことに
より伝熱管用の素材となる。このようにして作られた素
材は最終用途に応じて抽伸、熱処理、フィン加工等を施
すことにより、給水加熱器、湿分分離加熱器伝熱管など
に形成される。The ferritic stainless steel of the present invention is prepared by first melting and mixing each raw material metal under vacuum or atmospheric pressure to obtain a molten ferritic stainless steel of the above composition after deoxidation, and then making an ingot. Then, it becomes a material for heat transfer tubes by rolling. The material thus produced is subjected to drawing, heat treatment, fin processing, etc. according to the end use to form a feed water heater, a moisture separation heater, a heat transfer tube, and the like.

【００１９】第１表に示す組成（表中の数字は重量％を
意味する）を有する４種類の13Ｃｒ系のフェライト系ス
テンレス鋼をそれぞれ溶解し、造塊し、圧延加工を行い
熱処理を施して、素材試験片を得た。ここで実施例は本
発明になる材料であり、比較例は13Ｃｒ系のフェライト
系ステンレス鋼として一般的なＳＵＳ４１０Ｔｉであ
る。Four kinds of 13Cr type ferritic stainless steels having the compositions shown in Table 1 (the numbers in the table mean% by weight) are melted, ingoted, rolled and heat treated. A material test piece was obtained. Here, the examples are the materials according to the present invention, and the comparative examples are SUS410Ti, which is generally used as 13Cr type ferritic stainless steel.

【００２０】[0020]

【表１】 [Table 1]

【００２１】かくして得られた素材試験片について、実
機湿分分離加熱器において最も腐食の激しい箇所に相当
する条件として温度 200℃、湿り度11％、流速30m/sec
の蒸気条件にて腐食試験を実施した。得られた結果を図
１に示す。図中、１は比較例の特性曲線、２は実施例１
の特性曲線、３は実施例２の特性曲線、４は実施例３の
特性曲線をそれぞれ示す。図１に示す結果をみれば、本
発明による素材は何れも耐食性が従来材（比較例）より
優れている。特に実施例３においては、腐食減量は従来
材の１／２以下であり、本発明による素材では従来材に
比較して耐食性が大幅に改善されていることがわかる。With respect to the material test piece thus obtained, the conditions corresponding to the most corrosive part in the actual moisture separator / heater were a temperature of 200 ° C., a wetness of 11% and a flow rate of 30 m / sec.
Corrosion test was carried out under the steam conditions. The obtained results are shown in FIG. In the figure, 1 is the characteristic curve of the comparative example, and 2 is the example 1
3 is a characteristic curve of the second embodiment, and 4 is a characteristic curve of the third embodiment. From the results shown in FIG. 1, all the materials according to the present invention are superior in corrosion resistance to the conventional material (comparative example). Particularly, in Example 3, the corrosion weight loss is 1/2 or less of that of the conventional material, and it can be seen that the material according to the present invention has significantly improved corrosion resistance as compared with the conventional material.

【００２２】上記実施例においては、材料は金属地肌の
ままで評価したものであるが、プレフィルミング処理を
施せば更に耐食性が向上するのはもちろんのことであ
り、製造方法は特に制限されるものではない。In the above examples, the material was evaluated with the metal surface as it was, but it goes without saying that the corrosion resistance is further improved by the pre-filming treatment, and the manufacturing method is particularly limited. Not a thing.

【００２３】[0023]

【発明の効果】本発明によれば比較的安価な元素のわず
かな添加により、従来の素材に比べて耐食性が大幅に改
善されたフェライト系ステンレス鋼が与えられる。この
ため、例えば給水加熱器、湿分分離加熱器などの伝熱管
に用いれば、従来材で有しているすぐれた耐応力腐食割
れ性、低Ｃｏに併せて給水中のＦｅクラッドが減少し、
原子力発電プラントの安全性、信頼性が向上するなど、
産業上有利な効果がもたらされる。According to the present invention, a ferritic stainless steel having a significantly improved corrosion resistance as compared with conventional materials can be provided by adding a relatively inexpensive element in a small amount. Therefore, for example, when used in a heat transfer tube such as a feed water heater or a moisture separation heater, the Fe clad in the feed water is reduced in addition to the excellent stress corrosion cracking resistance and low Co that conventional materials have,
For example, the safety and reliability of nuclear power plants are improved.
Industrially beneficial effects are brought about.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例による特性図FIG. 1 is a characteristic diagram according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…比較例の特性曲線 ２…実施例１の特性曲線 ３…実施例２の特性曲線 ４…実施例３の特性曲線 1 ... Characteristic curve of comparative example 2 ... Characteristic curve of Example 1 3 ... Characteristic curve of Example 2 4 ... Characteristic curve of Example 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 重量比でＣ 0.030％以下，Ｓｉ 1.0％以
下，Ｍｎ 1.0％以下，Ｃｒ 9.0〜16.0％，Ｍｏ 0.5％以
下，Ｎｉ 0.6％以下，Ｎ 0.030％以下，Ｔａ６×（Ｃ＋
Ｎ）〜 0.75 ％，Ｃｏ 0.05 ％以下，Ｃｕ 0.01 〜 0.5
％を含み、残部がＦｅ及び付随的不純物から成るフェラ
イト系ステンレス鋼。1. A weight ratio of C 0.030% or less, Si 1.0% or less, Mn 1.0% or less, Cr 9.0 to 16.0%, Mo 0.5% or less, Ni 0.6% or less, N 0.030% or less, Ta6 × (C +
N) to 0.75%, Co 0.05% or less, Cu 0.01 to 0.5
%, With the balance Fe and incidental impurities, ferritic stainless steel.