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酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法

国内特許コード P09A015118
整理番号 P1998-021-JP01
掲載日 2010年2月19日
出願番号 特願平11-095694
公開番号 特開2000-282101
登録番号 特許第3467740号
出願日 平成11年4月2日(1999.4.2)
公開日 平成12年10月10日(2000.10.10)
登録日 平成15年9月5日(2003.9.5)
発明者
  • 高橋 平七郎
  • 大貫 惣明
  • 奥田 隆成
  • 吉武 庸光
  • 赤坂 尚昭
  • 鵜飼 重治
  • 西田 俊夫
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
  • 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
発明の名称 酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法
発明の概要 【課題】 耐スエリング性と高温内圧クリープ強度に優れた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】 機械的合金化処理工程と、固化処理工程と、再結晶熱処理工程とをこの順に備えた、酸化イットリウムをFe-Crを主体とする金属母相内に分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法において、機械的合金化処理を、アルゴンより軽い不活性ガスを雰囲気ガスとして行う。また、再結晶熱処理工程を備えた、酸化イットリウムをFe-Crを主体とする金属母相内に分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法において、再結晶化処理後に、5~50%の冷間加工を行う。
従来技術、競合技術の概要



従来から高速増殖炉の炉心構成部材としては、SUS316、あるいはSUS316の耐照射特性を改善したオーステナイト系鋼の改良鋼(以下「PNC316」という)や、その高Ni化を図った鋼(例えば、PNC1520のような15Cr-20Ni鋼)が用いられている。例えば、高速増殖炉の原型炉『もんじゅ』にはPNC316、実験炉『常陽』にはPNC1520が用いられている。

しかし、オーステナイト系鋼は、高温強度は優れているが、耐スエリング性や照射クリープ特性など高速中性子に対する耐久性に限界があり、実用炉に必要な燃料の長寿命化を達成するには改良の必要があることが明らかになっている。このオーステナイト系鋼の耐中性子照射特性の改善のためには、添加元素の検討や冷間加工度の向上が必要とされている。添加元素については、耐照射特性に良いとされるNiやPの添加が検討されているが、強度や溶接性の低下が問題となっている。冷間加工度については、現在仕上げ段階で20%冷間加工を施しているが、これ以上上げることはクリープ強度低下を招くとされている。

一方、フェライト鋼は耐スエリング性に優れているが、高温強度が劣っており、高速増殖炉の炉心材料には適していない。そこで、フェライト鋼の高温強度を改善するために、フェライト鋼中に微細な酸化物粒子を分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼が、優れた耐中性子性と高温強度を有する炉心材料として期待され、研究開発がなされている。現状では、MA957(14Cr-0.3Mo-1Ti-0.25Y2 3 )やPNC-ODS(13Cr-3W-0.5Ti-0.35Y2 3 )が開発されている。

この酸化物分散強化型フェライト鋼は、例えば、高速増殖炉における被覆管の場合、次のようにして製造される。まず、合金粉末と酸化物粉末を、アトライターと呼ばれる水冷式のタンクを有するボールミルに入れ、強制的に混合する。これを機械的合金化処理(メカニカル・アロイング)と呼んでいる。通常、この機械的合金化処理工程は、酸化を防ぐ目的で不活性ガス(一般的にはアルゴンガス)雰囲気中で実施される。この際、アルゴン(Ar)が30~50ppm混入することがわかっている。次いで、この合金化された粉末をカプセルに充填して、脱気・密封処理を行い、その後、熱間押出しにより棒材を製造する。この得られた棒材を機械加工により素管に加工し、圧延、抽延、熱処理を経て被覆管に加工する。

産業上の利用分野



本発明は、原子炉、特に高速増殖炉の炉心環境で長時間使用される炉心構成要素(例えば燃料被覆管やラッパ管からなる燃料集合体、制御棒、反射体等)や機器構造物(例えば、機器容器部材、冷却系配管部材)などの優れた耐中性子照射特性を必要とする部材用の酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
機械的合金化処理工程と、固化処理工程と、再結晶熱処理工程とをこの順に備えた、酸化イットリウムをFe-Crを主体とする金属母相内に分散させた酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法において、
上記機械的合金化処理を、アルゴンより軽い不活性ガスのみを雰囲気ガスとして行うことを特徴とする酸化物分散強化型フェライト鋼の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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