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OXIDE DISPERSION STRENGTHENED TEMPERED MARTENSITIC STEEL HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE, TOUGHNESS AND HIGH-TEMPERATURE MECHANICAL PROPERTIES AND METHOD OF PRODUCING THE SAME

Patent code P150011834
File No. 13898
Posted date Apr 7, 2015
Application number P2013-124747
Publication number P2015-000992A
Patent number P6270197
Date of filing Jun 13, 2013
Date of publication of application Jan 5, 2015
Date of registration Jan 12, 2018
Inventor
  • (In Japanese)丹野 敬嗣
  • (In Japanese)大塚 智史
  • (In Japanese)矢野 康英
  • (In Japanese)皆藤 威二
  • (In Japanese)田中 健哉
  • (In Japanese)中井 辰良
  • (In Japanese)天野 裕介
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title OXIDE DISPERSION STRENGTHENED TEMPERED MARTENSITIC STEEL HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE, TOUGHNESS AND HIGH-TEMPERATURE MECHANICAL PROPERTIES AND METHOD OF PRODUCING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide dispersion strengthened tempered martensitic steel having excellent corrosion resistance, toughness and high-temperature properties.
SOLUTION: The content of residual α ferrite in a complex phase structure of tempered martensite and the residual α ferrite is regulated to be 30 vol.% or less.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

優れた高温特性(高温強度および高温相安定性)に加えて、耐食性や靭性・延性が要求される部材として、例えば高速増殖炉の燃料被覆管などの炉心材料、ボイラ伝熱管やタービンブレードなどの火力発電用部材、核融合炉ブラケット部材などがあり、本発明はそれらへの適用が可能である。

焼き戻しマルテンサイト鋼は、オーステナイト鋼に比べて、低熱膨張率、高熱伝導率および耐スエリング特性(中性子照射下での寸法安定性)などの優れた特性を有している。

特に、酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼(以下、マルテンサイト系ODS鋼と略記する)は加工性が良く、炭窒化物による析出強化や固溶強化を主な強化機構とする従来の焼き戻しマルテンサイト鋼に比べて高温強度が格段に高いため、高温・中性子照射環境で使用される原子炉材料や核融合炉材料、高温環境で使用される火力発電用材料として研究・開発が進められてきた。

なお、マルテンサイト系ODS鋼と類似の材料として、高温に加熱してもフェライト(α)⇒オーステナイト(γ)相変態が生じないフェライト相を母相とする酸化物分散強化型フェライト鋼(以下、フェライト系ODS鋼と略記する)がある。

この材料も、マルテンサイト系ODS鋼と同様に、熱膨張率、熱伝導率および耐スエリング特性に優れているが、焼き戻しマルテンサイト系ODS鋼に比べると加工性と靭性が劣る。

高速増殖炉や核融合炉の経済性や安全性の向上のため、焼き戻しマルテンサイト母相特有の優れた諸特性(耐スエリング特性、加工性、低熱膨張率、高熱伝導率)に加えて、優れた高温特性(高温強度、高温相安定性(高い変態温度))、耐食性、さらには靭性・延性を有する材料の開発が望まれている。

また、火力発電プラントの高効率化の観点からも耐スエリング特性を除く前記諸特性全ての点で優れた材料の開発が望まれている。

これまでにもマルテンサイト系ODS鋼およびその製造方法に関する技術が提案されてきたが、いずれの技術も、高温強度単独もしくは高温強度に加えて靭性を改善するものであり、高温強度、高温相安定性、靭性、耐食性の全ての特性が優れたマルテンサイト系ODS鋼およびその製造方法は、これまで提案されていない。

なお、先行技術文献としては、例えば下記のような文献を挙げることができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼およびその製造方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
合金粉末原料を所定の割合に配合して、真空溶解によりプレアロイ粉末を生成する工程と、そのプレアロイ粉末に所定量のY2O3粉末を配合して、高速攪拌により前記プレアロイ粉末とY2O3粉末が合金化したメカニカルアロイング粉末を生成する工程と、そのメカニカルアロイング粉末を固化する工程と、その固化した材料に焼きならし・焼き戻し処理を施す工程とを含む完全プレアロイ法による、焼き戻しマルテンサイト相と残留αフェライト相の複相組織を有する酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法において、
前記メカニカルアロイング粉末は、Crの含有率が8重量%~13重量%、Cの含有率が0.05重量%~0.25重量%、Wの含有率が0.1重量%~3重量%、Tiの含有率が0.1重量%~1重量%、Niの含有率が0.05重量%~1重量%、Y2O3の含有率が0.1重量%~0.5重量%、残部がFeと不可避不純物であり、
前記複相組織中の前記残留αフェライト相の含有率が16体積%~30体積%である酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼を製造することを特徴とする酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法において、
前記酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼中のCr当量[Cr-eq]とNi量とが、 [Cr-eq]≦5[Ni]+11の関係あることを特徴とする酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法。
ただし、前記Cr当量[Cr-eq]は下式(1)で算出され、
Cr当量[Cr-eq] =[Cr]+0.75[W] +1.5[Ti-eq]・・・(1)
その式(1)中の[Ti-eq]は下式(2)で算出される。
[Ti-eq] = [Ti]-[Ex.O]/A(O)/2×A(Ti)・・・(2)
これら式中、[Cr] :Cr濃度(重量%)、
[W] :W濃度(重量%)、
[Ti] :Ti濃度(重量%)、
[Ex.O] :過剰酸素濃度(重量%)、
A(O):Oの原子量 (=16)、
A(Ti):Tiの原子量 (=48)
である。

【請求項3】
 
請求項2に記載の酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法において、
前記酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼中のCr当量[Cr-eq]とNi量とが、5[Ni]+9.4≦[Cr-eq]≦5[Ni]+11の関係あることを特徴とする酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法。

【請求項4】
 
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法において、
前記メカニカルアロイング粉末は、Crの含有率が10.5重量%~13重量%であることを特徴とする酸化物分散強化型焼き戻しマルテンサイト鋼の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013124747thum.jpg
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