KR102256407B1

KR102256407B1 - 원자력용 Ni기 합금관

Info

Publication number: KR102256407B1
Application number: KR1020207000173A
Authority: KR
Inventors: 기요코 다케다; 히로카즈 오카다; 오사무 미야하라
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: EP3636785A4; ES2898763T3; KR20200016333A; CA3066336A1; CN110719964B; CA3066336C; EP3636785A1; JP6822563B2; JPWO2018225831A1; WO2018225831A1; US11215356B2; US20200158329A1; EP3636785B1; CN110719964A

Abstract

화학 조성이, 질량%로, C:0.015~0.030%, Si:0.10~0.50%, Mn:0.10~0.50%, P:0.040% 이하, S:0.015% 이하, Cu:0.01~0.20%, Ni:50.0~65.0%, Cr:19.0~35.0%, Mo:0~0.40%, Co:0.040% 이하, Al:0.30% 이하, N:0.010~0.080%, Ti:0.020~0.180%, Zr:0.010% 이하, Nb:0.060% 이하,　잔부: Fe 및 불순물이며, 또한, 평균 결정 입경 d와의 관계에 있어서, [(N-Ti×14／48)×d³≥4000]을 만족하고, 결정 입경의 표준 편차가 20μｍ 이하이고, 결정립 내의 경도가 180HV 이상인, 원자력용 Ni기 합금관.

Description

원자력용 Ni기 합금관

본 발명은, 원자력용 Ni기 합금관에 관한 것이다.

Ni기 합금은, 기계적 성질이 뛰어나므로 여러 가지의 부재로서 사용되고 있다. 특히 원자로의 부재는 고온수에 노출되므로, 내식성이 뛰어난 Ni기 합금이 사용되고 있다. 예를 들면, 가압수형 원자로(PWR)의 증기 발생기의 부재에는 60% Ni-30% Cr-10% Fe 합금 등이 사용된다.

근년, 원자력용 부재의 소형화 및 경량화에 대한 요구에 응하기 위해, Ni기 합금을 한층 더 고강도화하는 것이 요구되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 내식성과 더불어 강도가 뛰어난 고Cr-Ni기 합금재가 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 원자력용 고강도 Ni기 합금관에 있어서, 관 전체 길이가 균일한 고온 강도를 갖는 Ni기 합금관과 그 제조 방법이 개시되어 있다.

일본국 특허공개 평 7-252564호 공보 국제 공개 제2009/142228호

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술로는 충분한 강도가 얻어지고 있다고 할 수 없고, 개선의 여지가 남아 있다. 또, 특허 문헌 2에 기재된 기술에서는, 고강도화를 위해서 2차 용해법을 이용하기로 하고 있어, 경제성의 면에서 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 경제성이 뛰어나고, 연성이 양호하며, 또한 높은 강도를 갖는 원자력용 Ni기 합금관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 행해진 것이며, 하기의 원자력용 Ni기 합금관을 요지로 한다.

(1) 화학 조성이, 질량%로,

C:0.015~0.030%,

Si:0.10~0.50%,

Mn:0.10~0.50%,

P:0.040% 이하,

S:0.015% 이하,

Cu:0.01~0.20%,

Ni:50.0~65.0%,

Cr:19.0~35.0%,

Mo:0~0.40%,

Co:0.040% 이하,

Al:0.30% 이하,

N:0.010~0.080%,

Ti:0.020~0.180%,

Zr:0.010% 이하,

Nb:0.060% 이하,

잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,

평균 결정 입경과의 관계에 있어서, 하기 (i)식을 만족하고,

결정 입경의 표준 편차가 20μm 이하이고,

결정립 내의 경도가 180HV 이상인,

원자력용 Ni기 합금관.

(N-Ti×14/48)×d³≥4000 …(i)

단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.

N:합금 중의 N 함유량(질량%)

Ti:합금 중의 Ti 함유량(질량%)

d:평균 결정 입경(μm)

(2) 외경이 8~25mm이며, 두께가 0.6~2mm인, 상기 (1)에 기재된 원자력용 Ni기 합금관.

본 발명에 의하면, 뛰어난 기계적 특성을 구비한 원자력용 Ni기 합금관을 얻을 수 있다.

본 발명자들은, 경제성이 뛰어나고, 연성이 양호하며, 또한 높은 강도를 갖는 원자력용 Ni기 합금관을 얻는 방법에 대해 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻기에 이르렀다.

탄질화물 등의 석출물에 의한 석출 강화에 더하여, N에 의한 고용 강화를 활용함으로써, 합금관의 가일층의 고강도화를 달성하는 것이 가능해진다. 따라서, 소정의 고용 N량을 확보하는 것이 필요하다.

또, 결정 입경의 불균일이 크면 강도 저하의 원인이 되기 때문에, 결정립의 크기는 극력 균일하게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 경제성을 개선하기 위해서는, 코스트의 증가를 초래하는 2차 용해를 행하지 않고 합금관을 제조하는 것이 바람직하다. 그러나, 2차 용해를 행하지 않는 경우, 석출 강화에 활용되는 석출물이 결정립의 편석을 초래하여, 오히려 강도를 저하시키는 원인이 된다.

석출 강화에 기여하는 원소로서, Ti, Zr 및 Nb를 생각할 수 있지만, Ti에 비해 Zr 및 Nb는 결정립의 불균일을 초래하기 쉬운 경향이 있다. 그렇기 때문에, 석출 강화 원소로서는, Ti만을 첨가하고, Zr 및 Nb는 적극적으로 첨가하지 않는 것으로 한다.

그에 더해, 제조 공정으로 냉간 가공을 행함으로써, 2차 용해를 행하지 않아도 결정 입경이 균일한 조직을 만들어내는 것이 가능해진다.

본 발명은, 상기 지견에 의거하여 행해진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해 자세하게 설명한다.

1.화학 조성

각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.

C:0.015~0.030%

C는, 강도 확보를 위해서 필요한 원소이다. 그러나, C 함유량이 0.030%를 넘으면, 입계에 석출하는 탄화물이 증가하여, 내립계 부식성이 열화한다. 그렇기 때문에, C 함유량은 0.015~0.030%로 한다. C 함유량은 0.017% 이상인 것이 바람직하고, 0.025% 이하인 것이 바람직하다.

Si:0.10~0.50%

Si는, 탈산을 위해서 이용되는 원소이다. Si 함유량 0.10% 미만에서는, 탈산이 부족하다. 그러나, Si 함유량이 0.50%를 넘으면, 개재물의 생성이 촉진된다. 따라서, Si 함유량은 0.10~0.50%로 한다. Si 함유량은 0.15% 이상인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 바람직하다.

Mn:0.10~0.50%

Mn은, 탈산을 위해서 이용되는 원소이다. 또, Mn은, MnS를 형성함으로써, 용접성 및 열간 가공성을 열화시키는 S를 고정화하는 효과를 갖는다. Mn 함유량 0.10% 미만에서는, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. 그러나, Mn 함유량이 0.50%를 넘으면, 합금의 청정도가 저하한다. 게다가, MnS가 합금 중에 과잉으로 존재하면, 내식성을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량은 0.10~0.50%로 한다. Mn 함유량은 0.12% 이상인 것이 바람직하고, 0.40% 이하인 것이 바람직하다.

P:0.040% 이하

P는 불순물로서 합금 중에 포함되고, 용접열 영향부의 입계에 편석하여, 용접 균열 감수성을 조장한다. 따라서, P 함유량은 0.040% 이하로 한다. P 함유량은 0.030% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다.

S:0.015% 이하

S는 불순물로서 합금 중에 포함되고, 고온에서의 열간 가공성을 악화시킬 뿐만 아니라, 용접열 영향으로 입계에 편석하는 것으로 가공성 및 용접성을 열화시킨다. 따라서, S 함유량은 0.015% 이하로 한다. S 함유량은 0.010% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Cu:0.01~0.20%

Cu는, 합금 중에 미량으로 함유시킴으로써 내식성을 향상시키는 작용을 갖는다. 그러나, Cu가 원자로 구조재에 과잉으로 함유되면, 부식에 의해 노수(爐水) 중에 용출되어 부식 생성물로서 연료 피복관에 부착되고, 연료 피복관의 부식을 가속하여 파손에 이르게 할 가능성이 있다. 따라서, Cu 함유량은 0.01~0.20%로 한다. Cu 함유량은 0.15% 이하인 것이 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Ni:50.0~65.0%

Ni는, 합금의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 고온의 원자력 노수 환경에서 응력 부식 균열 방지는 필수이다. 한편, 상한은, Cr, Mn, P, S 등의 다른 원소와의 상호작용을 고려해 결정된다. 따라서, Ni 함유량은 50.0~65.0%로 한다. Ni 함유량은 55.0% 이상인 것이 바람직하고, 58.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ni 함유량은 63.0% 이하인 것이 바람직하고, 61.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Cr:19.0~35.0%

Cr은, 합금의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 고온의 원자력 노수 환경에서 응력 부식 균열 방지는 필수이다. 한편, 상한은, 주요 원소인 Ni 함유량을 고려하여 결정된다. 따라서, Cr 함유량은 19.0~35.0%로 한다. Cr 함유량은 23.0% 이상인 것이 바람직하고, 27.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Cr 함유량은 33.0% 이하인 것이 바람직하고, 31.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Mo:0~0.40%

Mo는, 합금의 내식성을 개선하는 작용을 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 한편, 원자력용 Ni기 합금에서는, 후술하는 TT처리에 의해 입계에 M₂₃C₆을 적극적으로 석출시키는 경우가 있는데, Mo는 M₂₃C₆의 석출을 억제하는 효과가 있다. 그렇기 때문에, Mo 함유량은 0.40% 이하로 한다. Mo 함유량은 0.15% 이하인 것이 바람직하고, 0.07% 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기의 효과를 얻고 싶은 경우에는, Mo 함유량은 0.02% 이상인 것이 바람직하다.

Co:0.040% 이하

Co는 불순물이다. 원자로 구조재에 함유되는 경우, 부식에 의해 노수 중에 용출되어 노심에서 방사화되면, 반감기가 긴 방사성 동위 원소로 변환된다. 그 결과, 방출되는 방사선량이 적정치로 저하될 때까지 정기 검사에 착수할 수 없기 때문에, 정기 검사의 기간이 늘어나고, 경제적인 손실을 입는다. 그렇기 때문에, Co 함유량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하고, 0.040% 이하로 한다. Co 함유량은 0.030% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다. Co 함유량은 낮은 것이 바람직하나, 실조업 상, 불순물로서 혼입되는 것은 불가피하고, 고순도의 원료를 이용하는 것은 고비용이 된다. 그렇기 때문에, Co 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하다.

Al: 0.30% 이하

Al는, 탈산을 위해 이용되고, 합금 중에 불순물로서 잔존한다. Al 함유량이 0.30%를 넘으면, 개재물의 생성이 촉진된다. 따라서, Al 함유량은 0.30% 이하로 한다. Al 함유량은 0.25% 이하인 것이 바람직하고, 0.20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 극단적인 Al 함유량의 저감은, 코스트의 증대를 초래하기 때문에, 0.005% 이상인 것이 바람직하다.

N:0.010~0.080%

N은, Ti, Zr 및 C와 결합하고, 탄질화물을 형성하여 합금의 강도를 높인다. 또한, 탄질화물의 형성에 기여하지 않고 모상에 고용된 N은 강도를 높이는 효과를 갖는다. 합금의 강도를 높이기 위해서는, N 함유량을 0.010% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, N 함유량이 0.080%를 넘으면, 고용 N량이 과잉이 되어, 고온에서의 변형 저항이 커지는 것과 더불어, 열간 가공성이 열화된다. 따라서, N 함유량은 0.010~0.080%로 한다. N 함유량은 0.025% 이상인 것이 바람직하고, 0.030% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, N 함유량은 0.06% 이하인 것이 바람직하다.

Ti:0.020~0.180%

Ti는, 열간 가공성을 개선하기 위해서 함유되는 원소이며, N과 결합하여 질화물을 형성한다. 합금 중에 미세 분산한 Ti 질화물은, 합금의 강도를 높이는 효과를 갖는다. 한편, 과잉인 질화물의 석출은 편석의 한 요인이 되어, 2차 용해가 필요해지고 코스트의 증대를 초래한다. 따라서, Ti 함유량은 0.020~0.180%로 한다. Ti 함유량은 0.025% 이상인 것이 바람직하고, 0.040% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ti 함유량은 0.150% 이하인 것이 바람직하고, 0.130% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Zr:0.010% 이하

Nb:0.060% 이하

Zr 및 Nb는, Ti와 마찬가지로, 질화물을 형성하는 것으로, 합금의 고강도화에 기여할 수 있다. 그러나, 이들 원소가 합금 중에 포함되면, 결정 입경의 불균일이 많아져, 합금의 강도를 오히려 저하시키기 때문에, 본 발명에 있어서는, Zr 및 Nb는 적극적으로 첨가하지 않는다. 그렇기 때문에, Zr 함유량은 0.010% 이하, Nb 함유량은 0.060% 이하로 한다. Zr 함유량은 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, Nb 함유량은 0.040% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다.

(N-Ti×14/48)×d³≥4000 …(i)

단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.

N:합금 중의 N 함유량(질량%)

Ti:합금 중의 Ti 함유량(질량%)

d:평균 결정 입경(μm)

또한 고용된 N의 립 내 농도를 반영한 값이 식 (i)이다. 평균 결정 입경을 d로 하면 단위 체적 당의 결정립의 개수는 1/d³개에 비례한다. 강 중의 N이 모두 Ti와 결합해 TiN으로서 석출된다고 가정하고, 고용 N량은 N-Ti×14/48로 산출되어, 단위 체적 당의 고용 N량은(N-Ti×14/48)×1×D가 된다. 여기서, D는 재료의 밀도이다. 그렇기 때문에, 각 립에 포함되는 고용 N량은 (N-Ti×14/48)×1×D÷(1/d³)로 표현되고, D는 상수이기 때문에, 각 립에 포함되는 고용 N량은(N-Ti×14/48)÷(1/d³)과 상관을 갖는다.

본 발명에 관련된 재료에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 「불순물」이란, 합금을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 여러 가지 요인에 의해서 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 끼치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

2.결정립

결정 입경의 표준 편차:20μm 이하

상술한 바와 같이, 합금을 고강도화하기 위해서는, 결정립의 크기를 균일화하여 결정 입경의 불균일을 낮게 억제할 필요가 있다. 그렇기 때문에, 결정 입경의 표준 편차를 20μm 이하로 한다. 결정 입경의 표준 편차는 15μm 이하인 것이 바람직하고, 10μm 이하인 것이 보다 바람직하다.

평균 결정 입경:30~85μm

평균 결정 입경에 대해서는 특별히 제한은 하지 않으나, 합금의 고강도화를 위해서는, 결정립을 세립으로 하는 것이 바람직하다. 그렇기 때문에, 평균 결정 입경은 85μm 이하인 것이 바람직하다. 한편, 결정립이 과도하게 세립이 되면, 강도는 높아지나 연성이 저하되기 때문에, 평균 결정 입경은 30μm 이상인 것이 바람직하다.

결정립 내의 경도:180HV 이상

본 발명에 있어서는, N의 고용 강화를 활용함으로써 합금의 강도를 향상시킨다. 결정립 내의 경도가 180HV 미만에서는, N에 의한 고용 강화가 불충분하여, 필요한 강도를 얻을 수 없다. 그렇기 때문에, 결정립 내의 경도는 180HV 이상으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 결정 입경의 평균치 및 표준 편차 및 결정립 내의 경도는, 이하의 방법에 의해 구하는 것으로 한다. 우선, 합금관의 길이 방향으로 수직인 단면이 관찰면이 되도록 시험편을 잘라내어, 에폭시 수지에 매설한다. 그리고, 에머리지를 이용하여, 관찰면을 입도 1000번까지 습식 연마한 후, 버프 연마하고, 또한 혼산으로 에칭을 행한다. 그리고, 광학 현미경에 의해 100배의 배율로 5시야 관찰하여, 합계 100개 이상의 결정립에 대해 입경을 측정한다. 또한, 결정 입경은 각 립의 최대 길이와 최소 길이의 평균치로 한다. 이 결과로부터, 결정 입경의 평균치 및 표준 편차를 구한다.

또, 상기와 같은 순서로 얻은 시험편을 이용하여, 립 내의 마이크로 비커스 경도를 측정한다. 이 때, 시험력은 25gf로 한다.

3.치수

본 발명에 관련되는 합금관은, 원자력용 부재로서 사용된다. 그러한 용도로 이용되는 것을 고려하여, 합금관의 외경은 8~25mm인 것이 바람직하다. 또, 상술한 바와 같이, 부재의 소형화 및 경량화를 달성하기 위해서는, 합금관의 두께는 0.6~2mm인 것이 바람직하다.

4.제조 방법

본 발명의 원자력용 Ni기 합금관은, 예를 들면, 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 우선, 상기의 화학 조성을 갖는 합금을 용제한 후, 열간 단조에 의해 빌릿으로 만든다. 경제성의 관점으로부터 정련은 한 번으로 하고, 2차 용해는 행하지 않는다. 계속해서, 상기 빌릿에 대해서 열간 가공 및 냉간 가공을 행하여 관형상으로 성형한다.

계속해서, 상기의 합금관에 대해서 중간 열처리를 행하여 연화시킨 후, 냉간 가공을 행하여, 소정의 치수로 마무리한다. 여기서 최종적인 냉간 가공을 행함으로써, 결정 입경의 불균일을 저감하여 균일한 조직을 만드는 것이 가능해진다.

또한, 상기의 합금관에 대해, 1030~1130℃의 온도역으로 15min 이하의 열처리(가열)를 행한 후, 수냉 또는 공냉을 행하고, 또한, 680~780℃의 온도로 5~15h의 열처리를 행한 후에 공냉한다. 이하에, 상기의 열처리 조건에 대해 상술한다.

우선, 고강도를 유지하면서, 높은 내식성을 유지시키기 위해, 합금에 대해서, 용체화 처리를 행한다. 용체화 처리에 있어서의 가열 온도는, 1030~1130℃의 온도 범위로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 1030℃ 미만이면, C가 충분히 고용되지 않기 때문에 상기 효과를 얻기 어려워진다. 한편, 가열 온도가 1130℃를 넘어도, 상기 효과는 포화하고, 또한 결정립의 조대화에 의해서 재료 강도가 저하되기 때문에, 원자력용 부재로서 적합하지 않게 된다. 또, 용체화 처리에 있어서의 가열 시간은 15min 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 가열 시간을 넘어도, 상기 효과는 포화한다.

또한, 용체화 처리에 있어서의 수냉 또는 공냉 수단을 이용한 냉각 처리는, 공지의 장치 등을 이용하여 행할 수 있으나, 이 때의 냉각 속도는, 통상의 공냉 조건보다 높은 냉각 속도, 즉, 가속 냉각의 조건으로 하는 것이, 강도 및 내식성 유지의 관점으로부터 바람직하다.

다음으로, 용체화 처리 후의 합금에 대해서, 시효 처리를 행한다. 이 시효 처리에 있어서의 가열 온도는, 680~780℃의 온도 범위로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 680℃ 미만이면, 내식성의 향상에 필요한 M₂₃C₆ 탄화물의 석출에 장시간을 필요로 하게 되어, 시효 열처리의 효과를 얻는 것이 어려워진다. 한편, 가열 온도가 780℃를 넘어도, 그 효과는 포화한다.

또, 시효 처리에 있어서의 가열 시간은 5~15h로 하는 것이 바람직하다. 이 가열 시간이 5h 미만에서는, 내식성의 향상에 필요한 M₂₃C₆ 탄화물의 석출이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 가열 시간이 15h를 넘어도, 상기 효과는 포화하고, 또한 Cr 함유량이 높은 상기 조성의 합금에서는 σ상 등의 취화상이 석출되어 기계적 특성이 저하한다.

이하, 실시예에 의해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

표 1에 나타낸 화학 조성의 합금을 진공 용해법으로 용제한 후, 열간 단조에 의해 빌릿을 제작했다. 상기 빌릿을 기계 가공에 의해 중공형상으로 만들고, 또한 열간 가공 및 냉간 가공을 행하여, 세경화했다. 그 후, 중간 열처리를 행하여 연화시킨 후, 냉간 가공을 행하여, 외경 20mm, 두께 1mm의 관을 제작했다. 이 관에 대해, 1080℃로 10min 유지하는 열처리를 행한 후, 수냉하는 용체화 처리를 실시하고, 또한, 700℃로 15h 유지하는 열처리를 행한 후, 방랭하는 시효 처리를 행하여, 시험재를 얻었다. 또한, 시험 No.12에 대해서는, 냉간 가공은 일절 행하지 않고, 열간 가공만으로 했다.

[표 1]

각 시험재에 대해서, 우선, 결정 입경의 평균치 및 표준 편차의 측정을 행했다. 구체적으로는, 각 시험재로부터, 관의 길이 방향으로 수직인 단면이 관찰면이 되도록 시험편을 잘랐다. 그리고, 시험편을 에폭시 수지에 매립한 후, 에머리지를 이용하여, 관찰면을 입도 1000번까지 습식 연마한 후, 버프 연마하고, 또한 혼산으로 에칭을 행했다. 그리고, 광학 현미경에 의해 100배의 배율로 5시야 관찰하고, 합계 100개 이상의 결정립에 대해 입경을 측정하여, 결정 입경의 평균치 및 표준 편차를 산출했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

그 후, 결정 입경의 표준 편차가 20μm 이하가 된 시험재에 대해서만, 결정립 내의 경도의 측정을 행함과 더불어, 인장특성에 대해 평가를 실시했다. 결정립 내의 경도는, 상기의 시험편을 이용하여, 25gf의 시험력으로의 마이크로 비커스 경도로 측정했다.

또, 인장특성은, JIS Z 2241(2011)에 준거한, 상온에서의 인장 시험에 의해 평가했다. 구체적으로는, 각 시험재로부터, JIS Z 2241(2011)에 기재된 14C호 인장 시험편을 채취했다. 이 때, 관의 길이 방향과 인장 시험편의 길이 방향이 일치하도록 시험편을 채취했다.

그 결과들을 표 2에 아울러 나타낸다. 또한, 본 발명에 있어서는, 0.2% 내력(YS)이 310MPa 이상, 인장강도(TS)가 700MPa 이상 또한 파단 신율(EL)이 50% 이상인 경우에, 기계적 특성이 뛰어나다고 판단하기로 했다.

표 1 및 2를 참조하여, 시험 No.7 및 8에서는, 각각 Zr 및 Nb를 과잉으로 포함하기 때문에, 결정 입경의 불균일이 극히 커졌다. 또, 시험 No.11에서는, Ti 함유량이 과잉이었기 때문에, Ti 탄질화물의 석출량이 과잉이 되어, 결정 입경의 불균일이 커졌다. 그리고, 시험 No.12에서는, 냉간 가공을 행하지 않았던 것에 기인하여, 결정 입경의 편차가 극히 커졌다.

시험 No.5에서는, Ti 함유량이 규정치를 넘고, N 함유량이 규정치 미만이었기 때문에, Ti 탄질화물의 석출 강화 및 N의 고용 강화가 불충분해져, 필요한 강도를 얻을 수 없었다. 시험 No.6에서는, Ti 함유량이 규정치 미만이었기 때문에, Ti 탄질화물의 석출 강화가 불충분해져, 필요한 강도를 얻을 수 없었다. 시험 No.9에서는, N 함유량이 규정치 미만이었기 때문에, N의 고용 강화가 불충분해져, 필요한 강도를 얻을 수 없었다. 시험 No.10에서는, N 함유량이 과잉이었기 때문에, 고용 강화가 과잉이 되어, 연성이 악화되는 결과가 되었다.

그들에 대해서, 본 발명의 규정을 모두 만족하는 시험 No.1~4에서는, 높은 강도와 뛰어난 연성을 갖는 결과가 되었다.

본 발명에 의하면, 뛰어난 기계적 특성을 갖춘 원자력용 Ni기 합금관을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 원자력용 Ni기 합금관은, 고온 수중에서 사용되는 증기 발생기용 전열관 등의 재료로서 적합하다.

Claims

화학 조성이, 질량%로,
C:0.015~0.030%,
Si:0.10~0.50%,
Mn:0.10~0.50%,
P:0.040% 이하,
S:0.015% 이하,
Cu:0.01~0.20%,
Ni:50.0~65.0%,
Cr:19.0~35.0%,
Mo:0~0.40%,
Co:0.040% 이하,
Al:0.30% 이하,
N:0.010~0.080%,
Ti:0.020~0.180%,
Zr:0.010% 이하,
Nb:0.060% 이하,
잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,
평균 결정 입경과의 관계에 있어서, 하기 (i)식을 만족하고,
결정 입경의 표준 편차가 20μm 이하이고,
결정립 내의 경도가 180HV 이상인,
원자력용 Ni기 합금관.
(N-Ti×14/48)×d³≥4000 …(i)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
N:합금 중의 N 함유량(질량%)
Ti:합금 중의 Ti 함유량(질량%)
d:평균 결정 입경(μm)
청구항 1에 있어서,
외경이 8~25mm이며, 두께가 0.6~2mm인, 원자력용 Ni기 합금관.