JPS6033342A

JPS6033342A - 耐硝酸性２相ステンレス鋼

Info

Publication number: JPS6033342A
Application number: JP58142518A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kajimura; 治彦梶村; Hiroo Nagano; 長野　博夫; Minoru Miura; 実三浦
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1985-02-20
Also published as: US4640817A; DE3469763D1; JPH0471988B2; EP0135320A1; CA1236713A; EP0135320B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、耐硝酸性に優れた２相ステンレス鋼、特に核
燃料再処理装置の構造材料としてずくれた耐食性、すな
わち耐硝酸性を示ず２相ステンレス鋼に関する。

従来、軽水炉の使用済み核燃料の再処理の際にみられる
ような高温の硝酸環境下で使用される材料として、２５
％Ｃｒ−２０％Ｎｉ系の材料（例：　ＵＲＡＮＵＳ　６
５　・・・商品名）が用いられている。しかし、中濃度
から高濃度にかけての硝酸溶液において、さらにはＣｒ
６＋イオンが存在する硝酸溶液中においては、慣用の２
５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ系の材料では耐硝酸性が十分とは
いえない。また、このような高酸化性の環境においては
、Ｓｉを高めた１７％Ｃｒ−１４％Ｎｉ−４％Ｓｉ系、
８％Ｃｒ−２０％Ｎｉ−６％Ｓｉ系の材料も提案されて
いるが、中濃度ないし高濃度の硝酸溶液のみの環境にお
いても耐食性は十分でない。まして、特に上記のＣｒＧ
　＋イオンは酸化剤として材料に作用して粒界腐食を著
しく加速することが知られており、かかるＣ　ｒ　Ｇ　
＋イオンが存在する硝酸溶液中においてずぐれた耐食性
を示し得る材料は未だ開発されていない。

軽水炉を利用した原子力発電がかなり普及した現在、多
量の使用済み核燃料を硝酸溶液により再処理する必要が
生じており、したがっ−、硝酸環境下にあっても長期間
の連続使用に耐えるずくれた耐食性を備えた材料の開発
が望まれている。

かかる要望を満たす材料としては以下のような特性を備
えていることが必要である。

すなわち、軽水炉使用済み核燃料を再処理する際に見ら
れるような高温硝酸溶液中で使用される材料では、硝酸
に対する耐食性、つまり耐硝酸性が満足されなければな
らないのはもちろんのこと、Ｃｒ６１イオンや核燃料か
ら混入した酸化剤（Ｒｕ等）による腐食電位の上昇に伴
う腐食速度の増加、粒界腐食の加速現象に対してもより
優れた抵抗性を具備していなければならない。しかも、
装置あるいは部組の組立てに溶接施行が行われることを
考慮した場合、溶接部の鋭敏化による耐食性劣化を極力
押えることも必要である。

かくして、本発明の目的とするところは、ずくれた溶接
性とともに、Ｃｒ６＋イオンの存在下あるいは不存在下
でもすぐれた耐食性を示す、特に、使用済み核燃料の再
処理設備用構造材として有用な２相ステンレス鋼を提供
することである。

ここに、本発明者らは、前述の従来月である２５％Ｃｒ
−２０％Ｎｉ系合金に刻しＣｒおよびＮｉの各含有量を
規制することによりフェライト量が３０〜７０体積％の
２相組織とするとともにＳｉを添加するごとによって、
粒界腐食への優れた抵抗性を示すとともに、（／　ｒ　
６＋イオンの存在下でも、さらには中濃度ないし高濃度
の硝酸のみの環境下てもすくれた耐食性を示すことを見
い出して本発明を完成したのである。

よって、本発明は重量％て、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：２〜６％、Ｍｎ　：　０．
１〜２％、Ｃｒ　；　２０〜３５％、Ｎｉ；３〜２７％
、　Ｐ：０．０２％以下、Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ二少な
くとも１種を合計で、Ｃ（％）の８倍以上、ｉ、ｏ％以
下、＋１：ｏ、０３％以下、残部実質的にＦｅよりなり、フェライト量が３０〜７０体積％である面Ｊ
硝酸性２相ステンレス鋼である。なお、ｃ：ｏ、ｏ２％
以下のときには安定化元素（Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ）を
添加しなくてもよく、Ｎ　：　０．３０％以下とする。

本発明において合金組成を上述のように制限した理由は
次の通りである。

Ｃ：Ｃは鋭敏化を促進するので耐粒界腐食性を向上させ
るためにばＣ含有量はできるだり低減することが望まし
い。本発明にあっては、Ｃ二０．０４％を越えると、後
述するようにＣの安定化元素（Ｎｂ、　Ｔｉ、Ｔａ）を
添加しても耐粒界腐食性が悪くなるので、Ｃ含有量は０
．０４％以下とする。なお、Ｃ含有量が０．０２％以下
のときにはこれらの安定化元素は必ｒしも添加しなくて
もよい。

Ｓｔ　：　ＳｔばＣｒ６＋イオンを含む硝酸溶液の環境
下で所要の耐食性を得るためには２％以上、好ましくは
２．５％以上必要である。しかし、硝酸だしＪの溶液で
は耐食性はＳｉ含有量とともに劣化するので、上限は６
％とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは脱酸剤として０．１〜２％含有させる
。

Ｃｒ：高Ｓｔ系材料において硝酸中での耐食性を満足さ
せるにはＳｉ含有量とともにＣｒ含有量をも増加させる
必要があり、本発明にあっては少なくとも２０％必要で
ある。しかし、多量に加えると加工性の劣化およびコス
トアップが生じるため、Ｃｒ含有量の上限を３５％とす
る。

Ｎｉ：本発明に係る組成のフェライ１へ量３０〜７０体
積％の２相ステンレス鋼を得るために必要な量として、
Ｎｉ含有量は３〜２７％とする。なお、ここで、Ｎｉ　
（ｂａｌ　）　−３ｏｘ　ＣＤ　（％）→−Ｎ（％）　
）　＋０．５ＸＭｎ（％）−トＮｉ（％）＋１１．６−
１．３６Ｘ　（１，５ｘＳｉ　（％）十Ｃｒ（％）〕と
定義すると、フェライトｉ３Ｑ〜７０体積％とするため
の所要旧（ｂａｌ　）は−２３≦Ｎｉ　（ｂａｌ　）≦
−１２を満足するＮｉ含有量となる。

Ｎ：通品含有するＮＭとして０．０３％とするが、安定
化元素（Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ）を添加しない場合は、
オーステナイト形成元素として０．３０％以下含有させ
る。

なお、製造上の観点からもＮ含を量の上限は０．３０％
とする。

Ｎｂ、　Ｔｉ、Ｔａ１ｃを安定化させ−（、耐粒界腐食
性を向上さセるため、Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａのうち少な
くとも１種を、金側て、Ｃ含有量の８倍以上、好ましく
は１０倍以上含有させる。ただし、溶接性を考慮し、１
．０％以下とする。Ｃを安定化するという目的からして
、Ｃが０．０２％以下のときにはこれらの安定化元素（
Ｎｂ、Ｔｉ、、Ｔａ）は必ずしも添加する必要はない。

Ｐ：同じく耐粒界腐食性を改善するためにＰは低い方が
望ましく、したがって、本発明にあっては、Ｐ含有量は
０．０２％以下とする。

次に、実施例によって本発明をさらに説明するが、それ
らはいずれも本発明を単に例示するためのものであって
、本発明がそれらによって同等制限されることがないこ
とは理解されるべきである。なお、本明細書においては
、特にことわりのない限り、「％」は「重量％」である
。

爽胤附第１表に鋼組成を示す各供試材について、１１００℃×
３０分加熱×水冷、次いで６５０℃×３０時間加熱×空
冷の熱処理を行った。かくして得られた供試材を用い、
Ｃｒ６＋イオンの不存在下および存在下での硝酸溶液中
の耐食性試験を行った。この耐食性試験は８Ｎ−１１Ｎ
Ｏ３（７）硝酸溶液および８Ｎ−１１ＮＯ３−１−０，
２ｇ　／　（ｌ　Ｃｒ６＋イオンのＣｔ６＋イオン含有
硝酸溶液をそれぞ°れ用い、その沸騰溶液に上記各供試
材を４８時間浸漬して行った。

このときの耐食性試験の結果を腐食速度についてグラフ
にまとめて第１図ないし第４図に示す。図中、各番号は
第１表の鋼番号を示す。

第１図は、２５％Ｃｒ−２％Ｓｔ供試材の粒界腐食に及
ぼすフェライト量の影響を示したものでフェライト量が
３０〜７０体積％で粒界１１％食深さは最小になる。こ
こで前述のように、旧（ｂａｌ）　＝３０ｘ　（Ｃ（％）十Ｎ（％）　）　
＋０．５ＸＭｎ（％）　＋Ｎｉ　（％）　＋１１．６−
１．３６Ｘ　（１，５ＸＳｉ　（％）　＋Ｃｒ　（％）
〕と定義すると、フェライト量３０〜７０体積％とする
ための所要Ｎｉ　（ｂａｌ　）は−２３≦Ｎ１（ｂａｌ
　）≦−１２を満足するＮｉ含有量となる。

第２図は、２８％Ｃｒ系２相ステンレス鋼の８Ｎ−ＨＮ
Ｏ３＋Ｃｒ６＋イオンの硝酸溶液環境下での腐食速度の
Ｓｉ含有量依存性を示したものであり、このような環境
下で品定する耐硝酸性を得るには、Ｃｒ６＋イオン濃度
０．２ｇ／Ａあるいは２．０ｇ／′βのいずれの場合に
あっても、２％以上、好ましくは２，５％以上のＳｉ添
加が必要である。図中、○印ばＣｒ６＋イオン濃度０．
２ｇ／ｅの場合を、そしてΔ印はＣｒ６＋イオン濃度２
．０ｇ／βの場合をそれぞれ示す。

第３図は、２８％Ｃｒ系２相ステンレス鋼の８Ｎ−１１
ＮＯ３溶液中ての腐食速度に及ぼすＳｉ含有量の影響を
示すグラフであって、Ｃｒ６＋イオンを含まない環境下
ではＳｉ含有量の増加とともに腐食速度が増加するのが
分かる。したがって、本発明においては、Ｓ１添加量の
上限を６％とする。

第４図は、２％Ｓｉ添加供試材の同じ＜　８Ｎ−１１Ｎ
Ｏ３溶液中での腐食速度に及ぼすＣｒ含有量の影響を示
したグラフである。２％Ｓｔという少量のＳｉ添加材に
あっても、２０％Ｃｒ以上添加することによって腐食速
度は著しく減少させ得ること分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例における副食性試
験の結果をそれぞれまとめて示すグラフである。出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　広　瀬　章　− 第１図フェライト憂　（（ＪＲ員に〕氷２図Ｓｉ金（ｌ

【（に〕

名３図５Ｌ＃丑！（％）尾イ図Ｃトイ≧有量（うぐジ手続ネｊｌｉ正書（自発）昭和５９年１１月　５日肪詐庁長官　志　賀　学　殿１、事件の表示昭和５８年特許願第１４２５１’８号２、発明の名称耐硝酸性２相ステンレス鋼３、補正をする壱事件との関係　特許出願人住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地名称　（２１１）住友金属工業株式会社４、代理人住所　〒１０１東京都千代田区内神田２丁目９着１１４
号　赤本ビル　電話（０３）　２５４−７７６７明細書
の特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の各欄、並びに
図面（［）　特許請求の範囲を別紙のように削正する。（２）第２図〜第４図を添（；ｊの訂ＩＥ図面のように
訂正する。テ３）　明細書箱２頁１４〜１５行目にｒｓｉを旨めた
・・・・・系の材料も」とあるのを、’Ｓｉを数％に尚
めたステンレス鋼が」に言Ｊ正する。（４１同第７頁１０〜１１行目に１、次いて６５０℃ｘ
３０時間加熱×空冷」とあるのを削除する。（５）同第７頁２１行目に「２％Ｓ１供試祠」とあるの
を、「２．５％Ｓ１供試材及び２５％Ｃｒ−４％Ｓ１供
試４Ａ’　Ｊに訂正する。。（６）　同第９頁２行目に［２％Ｓ１添加洪試月］とあ
るのを、ｒ２．５％Ｓｉ添加供試祠及び１１％Ｓｉ添加
供試４Ａ’　Ｊにａｊ正する。（７）　明細書第１０頁の第１表を別紙の】ｍりに削正
する。（８）明細書を次の正誤表の通りに訂正する。亘　丘　−肛正皿一　−紅正後一２１６　硝Ｍ溶液　純硝酸溶液２１６〜１７おいても耐食　おいて耐食性が幾分性は十
分でない　劣る４１１　Ｓｉ：２〜６％、　Ｓｌ：２％を超え、６％、
以下、５１１　２％以上、　２％を超える添加、６　９　０．
０３％　０．０３％以下７　１４　０．２ｇ、＃　（削除）９４　２％Ｓｉ　２．５％Ｓｉ以−Ｌ〔特許請求の範囲Ｊ「（１）重量％で、Ｃ：０．０２％以下、　Ｓｉ　：　２凡奇↓椋しユ６％
裂王、Ｍｎ　：　０．１〜２％、　Ｃｒ：２０〜３５％
、Ｎｉ　：　３〜２７％、Ｐ　：　０．０２％以下、Ｎ
：０．３０％以下、残部実質的にｐＢよりなり、フェライト量が３０〜７０体積％である耐硝
酸性２相ステンレス鋼。（２）重量％で、ｃ：０．０４％以下、　Ｓｉ、１１％を超え、６％現下
、Ｍｎ　：　０．１〜２％、　Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎ
ｉ　：　３〜２７％、Ｐ：０．０２％以下、Ｎｂ　、Ｔ
ｉ、　Ｔａ　：　少なくとも１種を合計で、Ｃ（％）の
８倍以」３１．０％以上、Ｎ：０．０３％以下、残部実質的にＦｅよりなり、フェライト量が３０〜７０体積％である耐硝
酸性２相ステンレス鋼。Ｊ第２図Ｓｉ衾腎ｔ　（％）第３図Ｓｉ＋廟量（勾

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、ｔ、：ｏ、ｏ２％以下、Ｓｉ：２〜６％、Ｍｎ　：　０
．１〜２％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜２７％、
　ｐ：ｏ、ｏ２％以下、Ｎ：０．３０％以下、残部実質的にＦｅよりなり、フェライト量が３０〜７０体積％である耐硝
酸性２相ステンレス鋼。
（２）重量％で、ｃ：ｏ、ｏ４％以下、Ｓｉ：２〜６％、Ｍｎ二０．１〜
２％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜２７％、　ｐ：
ｏ、ｏ２％以下、Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ　：少なくとも
１種を合計で、Ｃ（％）の８倍以上、１．０％以下、Ｎ：０．０３％以下、残部実質的にＦｅよりなり、フェライト量が３０〜７０体積％である耐硝
酸性２相ステンレス鋼。