JPS6033345A

JPS6033345A - 耐硝酸性オ−ステナイトステンレス鋼

Info

Publication number: JPS6033345A
Application number: JP58142517A
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: EP0135321B2; US4671929A; CA1236712A; EP0135321A1; DE3467186D1; EP0135321B1

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、耐硝酸性に優れたオーステナイトステンレス
鋼、特に核燃料再処理装置の構造材料としてずぐれた耐
食性、すなわち耐硝酸性を示ずオーステナイトステンレ
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：　１ｌＲＡＮｔｌｓ
　６５　・・・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
Ｃｒ６＋イオンが存在する硝酸溶液中においては、慣用
の２５％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Ｃ
ｒ６＋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　６
　＋イオンが存在する硝酸溶液中においてずくれた耐食
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、したがって、硝酸環境下にあっても長期間
の連続使用に耐えるすぐ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、Ｃｒ　Ｇ１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
、装置あるいは部材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、すぐれた溶接
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オーステナイトステンレ
ス鋼を提供することである。

ここに、本発明者らは、前述の従来材である２５％Ｃｒ
−２０％Ｎｉ系合金に対しＣｒ、ＮｉおよびＳｉの各含
有量を規制することにより、Ｃｒ６＋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で
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％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：２〜６％、Ｍｎ　：　０．
１〜８％、Ｃｒ　：　２０〜３５％、Ｎｉ　：　１７〜
５０％、　Ｍｇ　：　０．０２％以下、Ｎｂ、　Ｔｉお
よびＴａの１種以上、合計で８×（０％）以上、１．０
％以下、Ｓ　：０．００３％以下、　酸素：　０．００３％以下
、Ｎ：０．０３％以下、ｐ：ｏ、ｏ２％以下、を含有し
、残部実質的にＦｅよりなり、かつ下記条件を満すこと
を特徴とする、耐硝酸性オーステナイトステンレス鋼で
ある。

−１０≦　Ｎｉ　（Ｉｌａｌ　）≦−０，１Ｃｒ　（％
）≧（７／４）Ｓｉ（％）　＋　１６．５Ｍｇ　（％）
　−０，７５ｘ　Ｓ　（％）−１，５Ｘ酸素（％）≧０
ただしＮｉ　（Ｂａｌ　）　＝３ｏｘ　Ｃ（％）　＋Ｑ、５　
ＸＭｎ　（％）＋Ｎｉ　（％）　＋８．２−１．Ｉ　Ｘ
　［１，５ｘＳｉ　（％）＋Ｃｒ（％）〕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。

ＣＴＣは鋭敏化を促進するので耐粒界腐食性を向上させ
るためにはＣ含有量はできるだけ低減することが望まし
い。本発明にあっては、Ｃ：　０．０３％を越えると粒
界腐食性が悪くなるので、Ｃ含有量は０．０３％以下と
する。

Ｓｉ　：　Ｓｔは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、好ましくば
２．５％以上必要である。しかし、高ＳｉにするとＣｒ
含有量、Ｎｉ含有量をも上げなければならず、コストア
ップとなるばかりでなく、溶接性が劣化するため、６％
以下とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは脱酸剤およびオーステナイト安定化元
素として０．１〜８％含有させる。なお、ａ酸剤として
は２％までの添加で十分であるが、オーステナイＩ・安
定化元素としては８％まで添加して耐食性の一層の改善
をはかることができる。しかし、８％を越えると、加工
性が劣化するので、本発明においては上限を８％とする
。

Ｃｒ：高Ｓｉ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。一方、多量に加えるとオーステナイト組織を確保
するためＮｉ含有量を高めることによる加工性の劣化お
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。

なお、ＣｒとＳｉとの量的関係については、Ｃｒ（％）
≧（７／４）Ｓｉ（％）　＋１６．５を満足する必要が
あるが、これはＣｒ（％）＜（７／４）Ｓｉ　（％）＋
１６．５であると、十分な耐食性が得られないためであ
る。

Ｎｉ：溶接性によりＣｒ−、Ｓｒとバランスして０．５
〜１５体積％のフェライト相を含むオーステナイト組織
にするために必要な量として、Ｎｉ含有量は１７〜５０
％とする。ここで、Ｎｉ　（Ｂａｔ　）　−３ｏｘ　Ｃ
（％）＋〇。

５×Ｍｎ（％）　＋Ｎｉ　（％）　＋８．２−１．Ｉ　
Ｘ　（１，５ｘＳｉ（％）　＋Ｃｒ　（％）〕と定義す
るとフェライト量０．５〜１５体積％とするための所要
旧（Ｂａｔ　）は−ＩＯ００≦Ｎｉ　（Ｂａｌ　）≦−
０，１となる。

Ｎｂ、　Ｔｊ、　Ｔａ　：　Ｃを安定化さゼて、耐粒界
腐食性を向上させるため、Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａの少な
くとも１種を、合計で、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。

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。

ＳＯ３は耐粒界腐食性のためには低い方が望ましく、Ｓ
の含有量は０．００３％以下とする。

１’１ｇ　：　ＭｇはＳを固定することにより耐粒界腐
食性を改善する。ただし、０．０２％を越えると、熱間
加工性を劣化させ、溶接で割れを生じるため０．０２％
以下とする。

ただし、好ましくは、下限を有効Ｍｇ量であるＭｇ−０
，７５ｘｓ−１，５Ｘ酸素≧０とする。

酸素：介在物低減のため低い方が望ましく、本発明では
０．００３９Ａ以下とする。

Ｎ：通常含有されるＮ量として０．０３％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
。

尖胤凱第１表に鋼組成を示す各供試４Ａについて、溶接時の熱
影響部での鋭敏化を想定し、１１００°Ｃ×３０分加熱
×水冷、次いで６５０℃×３０時間加熱×空冷の熱処理
を行って鋭敏化を行った。かくして得られた供試料を用
い、ＣｒＢ＋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−１
１ＮＯ３の硝酸溶液および８Ｎ−１１ＮＯ３＋０．３　
ｇ　／　７ＩＣｒ　６＋イオンのＣｒ　Ｆｉ＋イオン含
有硝酸ン蓉液をそれぞれ用い、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および粒界腐食
深さ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表の合金番号を示す。

第１図は、腐食速度に及ぼすＳｔ添加量およびＣｒ添加
量の影響を示したものであり、０．２５％Ｓｉの供試材
（＆１番号９、図中ｒｏｊで示す）の場合、Ｃｒ”＋イ
オン濃度の増加とともに腐食速度が著しく増加している
。しかし、その他の供試材（いずれも４％Ｓｉを含有）
にあっては、Ｃｒ６＋イオン濃度によっても腐食速度は
影響されない。つまり、Ｃｒ６＋イオンの存在する環境
下ではＳｉ添加が耐食性向上に有効であることが分かる
。

また、４％Ｓｉの供試材であっても、１７％Ｃｒ　（鋼
番号１３、図中、「△」で示す）の場合、硝酸のみの環
境においては耐食性が劣化するが、本発明にしたがって
Ｃｒ含有量を上げた２５％Ｃｒ　（鋼番号１、図中、「
・」で示す）、３２％Ｃｒ　（鋼番号７、図中、「ム」
で示す）にあっては耐食性は劣化しない。したがって、
Ｓｉ添加鋼では硝酸のみの環境下における耐食性はＣｒ
含有量の増加にともなって改善されるのがわかる。

なお、鋼番号１と鋼番号２を比較した場合のＮｉ添加量
の増加ばオーステナイト組成を確保するためのものであ
る。

第２図は８Ｎ−ＨＮＯ３＋Ｃｒ’＋Ｃｒ６＋イオンでの
Ｓｉ含有量の腐食速度に及ぼす影響を示したものてあり
、Ｃｒ”＋イオン濃度にかかわらず、２％Ｓｉ以上、好
ましくは２．５％Ｓｉ以上で耐硝酸性向上に有効である
ことが分かる。図中、各符号は第１表の鋼番号を表わす
。

第３図は、Ｓｉ添加供試材の８Ｎ−ＨＮＯ３中での腐食
速度に及ぼすＣｒ含有量の影響を示したものである。図
中、○はＳｉ量が２％の場合、△ばＳｉ量が４％の場合
、口はＳｌ量が６％の場合を示す。各符号は第１表の鋼
番号を表わす。この図から、２％Ｓｉ添加供試材（鋼番
号２．３．６．１２）では２０％Ｃｒ以上、４％Ｓｉ添
加供試材（鋼番号ｌ、４．７．１３．１４）では２３％
Ｃｒ以上、６％Ｓｉ添加供試材（鋼番号５．８．１１．
１５）では２７％Ｃｒ以上が耐食性向上に有効であるこ
とが分かる。

第４図は、３Ｎ−ＨＮＯ３＋　Ｃｒ　６″の環境中での
粒界腐食深さに及ぼす安定化元素の影響を示したもので
ある。図中、○はＮｂ、△はＴｉ、口ばＴａを添加した
場合を示すものであって、各符号は第１表の鋼番号を表
わす。これよりＮｂ、　ＴｉおよびＴａの少なくとも１
種の添加は耐食性向上に有効であることが分かる。

【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耐食性試
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　− 襄／図こ′Ｆ　泣ン！Ｌ’％　（ｍｙ／ｌ　）嶌２　図５乙　４≧五量　（２）策３図Ｃト　イ≧１１醤　（５４）奉４　凹Ｎｂ、７Ｌ　廿ｒｚ＋ｓ　７ａ　４イ４ｔ（％）手続？
Ｃｒｔｉ正書（自発）昭和５９年１１月　５日１、事件の表示昭和５８年特許願第１４２５１７号２、発明の名称ｉｌ　硝酸性オーステナイトステンレス鋼３、ンｄｉ正
をする者事件との関係　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５、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の掴、及び図面（１）第１図
〜第４図を添イ１１の訂正図面のように訂正する。（２）明細書第２頁１４〜１５行目にｒＳｉを高めた・
・・・・系の材料も」とあるのを、’Ｓｉを数％に高め
たステンレス鋼がｊに訂正する。（３）明細書第１１頁の第１表を別紙の通りに１正する
。（９）　明ｉｔｎ書を次の正誤表の通りに訂正する。頁　五　訂正前　−訂’ＪＥ徒− ２１６硝酸ン容液　純硝酸溶液２　１６−１７おいても耐食　おいて面・１食性が幾分
性は十分でない　劣る８　１０　０．３ｇ＃　（削除）８２２　によっても　による９　ｌ　は影響されない　への影響は小さい１０　９　
３Ｎ−１１ＮＯ３８Ｎ−１１ＮＯ。以上第１図Ｃヒ　イオン濃ｊ！ＬＣ気ｉ／Ｊジ第２図Ｓｉ８有！〔九う第３図Ｃｖ　＋ｌ量（７−）第４図Ｎｂ、Ｔｉ　を八けＴ化含肩ｌ（勾

Claims

【特許請求の範囲】重量％で、ｃ：０．０３％以下、ｓｉ：２〜６％、Ｍｎ：０．１　
〜８％、　Ｃｒ　：　２０〜３５％、Ｎｉ：１７〜５０
％、　Ｍｇ　：　０．０２％以下、Ｎｂ、　Ｔｉおよび
Ｔａの１種以上、合計で８×（０％）以上、１．０％以
下、ｓ　：０．００３％以下、　酸素：　０．００３　％以
下、Ｎ　：’ｏ、ｏａ％以下、ｐ：ｏ、ｏ２％以下、を
含有し、残部実質的にＦｅよりなり、かつ下記条件を満
すことを特徴とする、耐硝酸性オーステナイトステンレ
ス鋼。 −１０≦　Ｎｉ　（Ｂａｌ　）≦−０．■Ｃｒ　（％）
≧（７／４）Ｓｔ（％）＋　１６．５Ｍｇ　（％）　０
．７５ｘ　Ｓ　（％）　１．５ｘ酸素（％）≧。ただしＮｉ　（Ｂａｌ　＞　−３０Ｘ　Ｃ（％）　＋０．５　
ＸＭｎ　（％）＋Ｎｉ　（％）　＋８．２　１．１　Ｘ
　（１，５ＸＳｉ　（％）＋Ｃｒ　（％）〕