JPS6411082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

利用産業分野 この発明は、核燃料集合体輸送用容器、核燃料
保管用ラツク及び使用済み核燃料保管用ラツク等
に用いられるB0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％
〜21wt％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイ
トステンレス鋼の製造方法に係り、特に、熱間圧
延性の改善を目的としたＢ含有オーステナイトス
テンレス鋼の製造方法に関する。 背景技術 一般に、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼
は、含有するＢの中性子吸収断面積が大きいこと
より、中性子の制御材及び遮蔽材として用いられ
ている。 特に、高Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼
は、核燃料集合体輸送用容器、核燃料保管用ラツ
ク及び使用済み核燃料保管用ラツク等に用いられ
ているが、今日、該容器やラツクの小形化と低コ
スト化のために、素材である該ステンレス鋼の薄
肉化が要望されている。 しかし、Ｂ含有のオーステナイトステンレス鋼
は、Ｂ含有量が多くなると、Ｂがステンレス鋼に
固溶せず、硼化物が析出し、これが脆い性質を有
するため、熱間加工時に割れやすく、また一旦割
れが発生すると、次々に硼化物により割れが伝播
していき、割れが少なく加工できる熱間加工温度
領域が狭く、難加工材となり、熱間圧延時に圧延
材の表面、特に冷却され易く引張力の掛る長手方
向の縁部に、割れやひび疵などが発生し易くな
り、後工程での加工などが不可能となり、製品化
できず歩留が悪い問題があつた。 このため、Ｂ含有のオーステナイトステンレス
鋼の熱間圧延性改善について、種々検討されてお
り、鋼材，Fe―Ni合金あるいはTi材の熱間圧延
において、前記素材の外周全面を薄鉄板で被包し
て熱間圧延したり（特開昭56―38418号）、有孔異
種金属板で被包して熱間圧延する技術（特開昭54
―6842号）が知られているが、これは酸化防止及
び焼付き防止のためであり、本発明鋼のごとき硼
化物とオーステナイト相との２相よりなる合金の
難加工性を改善するのではなく、また、有孔異種
金属板を用いる場合は、素材と被包材間の空気抜
き孔のために逆に酸化が進行し、熱間圧延時に被
包金属板が素材より剥離する恐れがあつた。 発明の目的 この発明は、Ｂ含有のオーステナイトステンレ
ス鋼の熱間加工性の改善を目的とし、熱間加工時
に加工材の長手方向縁部に割れやひび疵が発生す
るのを防止し、後続工程の加工を容易にし、製品
歩留の大幅な向上が得られるＢ含有オーステナイ
トステンレス鋼の製造方法を目的としている。 発明の構成 この発明は、B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt
％〜21wt％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナ
イトステンレス鋼の溶鋼を、鋳型内に嵌入した鉄
筒内に注入し、外周面に鉄筒を溶着した鋳塊に造
塊し、 前記鋼塊を950℃〜1250℃で分塊圧延あるいは
鍛造し、整形後、 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下率
10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を行な
うことを特徴とするＢ含有オーステナイトステン
レス鋼の製造方法である。 さらに、詳述すれば、この発明は、 ａ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜21wt
％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイトステ
ンレス鋼の溶鋼を、 ｂ 例えば、鋳型内の内壁に密着させて嵌入し
た、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる鉄筒
内に鋳込み、 ｃ 得られた鋼塊のすくなくとも４主面、すなわ
ち、長手方向の両端面を除く外周面の４主面に
炭素鋼やステンレス鋼からなる鉄筒を溶着した
鋼塊に造塊し、 ｄ 上記鋼塊を950℃〜1250℃にて分塊圧延ある
いは鍛造し、整形した後、 ｅ 950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの圧下
率10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延を
行なつたのち、 ｆ そのままか、あるいは溶体化処理を施し、必
要に応じて冷間圧延もしくはレベラーにより平
坦度を矯正し、 ｇ その後熱間圧延材の外周面最外層の鉄層を除
去し、必要に応じて冷間圧延もしくはレベラー
により平坦度を矯正し、 熱間圧延時に圧延材の長手方向縁部に割れやひ
び疵のない品質良好な高Ｂ含有オーステナイトス
テンレス鋼を得る製造方法である。 この発明において、上記ｂの鉄筒は、パイプ状
や板材による溶接組立体などが利用でき、鉄筒内
に溶湯の鋳込みが可能であればよく、鋳込時、下
面に有底の容器でもよい。また、溶着を十分確保
するため、鋳込時鋳型内雰囲気は非酸化性雰囲気
が好ましく、真空中鋳込やAr雰囲気鋳込がより
効果的である。なお、長手両端面について、鉄筒
と鋼塊とを溶接することは、熱間加工中の端面よ
りの鉄筒の剥離を防止するのに有効である。 また、鉄筒の材質は、熱間変形抵抗を一致させ
るためステンレス鋼を用いるのもよいが、コスト
面からは軟鋼が好ましく、鉄筒の厚みは、熱間圧
延終了まで残存する程度の厚みが必要で、好まし
くは５mm〜10mm厚みである。 発明の効果 この発明の製造方法により、熱間加工性が大幅
に改善され、熱間加工時に加工材の長手方向縁部
に割れやひび疵のない品質良好な高Ｂ含有オース
テナイト系ステンレス鋼が得られるが、その理由
は、熱間圧延時のロール接触あるいは冷却水及び
周囲温度の影響により、加工材、特に縁部の温度
が低下するとともに加工時の種々の引張力がかか
り、上述の所謂耳われ等を生じるが、この発明鋼
は、硼化物とオーステナイト相との２相からな
り、温度低下や引張力がかかり、割れやひび疵な
どが一旦発生すると、硼化物により次々と割れや
ひび疵が伝播進行し、製品化できなくなるので、
特に初期に割れやひび疵を発生させないことか重
要であり、この発明方法では鋼塊表面に密着させ
た鉄筒によつて上記の温度低下が防止され、ま
た、長手方向の縁部に掛りやすい加工時の引張力
が、前記の良好な高温変形能を有する鉄筒により
緩和されるためである。 この発明の製造方法の効果は、熱間圧延のみな
らず、分塊圧延あるいは鍛造時にも同様に有効で
あり、鍛造はハンマー鍛造，プレス鍛造のいずれ
でも有効である。また、造塊時に鉄筒と溶着する
ため、密着しやすく、十分な保護作用の効果が得
られる。 発明の限定理由 この発明においてオーステナイトステンレス鋼
の成分限定理由は、以下のとおりである。 Ｂは、中性子の吸収効果を有するために含有す
るが、0.5wt％未満では、中性子吸収効果が少な
く、制御材，遮蔽材としての板厚が大きくなり、
前述の容器やラツクが大型化しコスト高となるた
め好ましくなく、また、3.0wt％を超ある含有で
は材料の延び及び衝撃値が著しく劣化して構造材
として不適となるため、0.5wt％〜3.0wt％の範囲
とする。 Crは、本系においてNiと共に耐食性を得るた
めに含有するが、15wt％未満では、充分な耐食
性が得られず、Crの含有量の増加と共に耐食性
は良好となるが、21wt％を超える含有ではその
効果が飽和し、コスト面で好ましくないため、
15wt％〜21wt％の範囲とする。 Niは、本系においてCrと共に耐食性を得るた
めに含有するが、7.0wt％未満では、還元性雰囲
気にて充分な耐食性が得られず、また、16wt％
を超える含有ではその効果が飽和し、コスト面で
好ましくないため、7.0〜16wt％の範囲とする。 この発明において、好ましいＢ含有オーステナ
イトステンレス鋼は、 B0.5wt％〜3.0wt％、 C0.12twt％以下、Si1.0wt％以下、Mn2.0wt％
以下、 P0.05wt％以下、S0.03wt％以下、 Cr15wt％〜21wt％、Ni7.0wt％〜16wt％ 残部実質的にFeからなるオーステナイトステ
ンレス鋼である。 Ｃは、0.12wt％を超えると粒界に炭化物を生成
し易くなり、粒界腐蝕を起し易くなり好ましくな
いため、0.12wt％以下とする。 Siは、耐酸化性及び溶接性の改善に有効である
が、1.0wt％を超える含有はその効果が飽和して
コスト的に好ましくないため、1.0wt％以下とす
る。 Mnは、高温での耐酸化性が得られるが、
2.0wt％を超えると反つて低下するため、2.0wt％
％以下とする。 Ｐ，Ｓは、応力腐蝕割れを招来するので、
P0.05wt％以下、S0.03wt％以下とする必要があ
る。 本系ステンレス鋼において、残部は、Feと不
可避的不純物である。 また、この発明方法において、分塊圧延，鍛造
並びに熱間圧延の温度を950℃〜1250℃としたの
は、950℃未満では、成形鋼塊の変形抵抗が大き
く、変形能が低下し、われ疵などを発生するため
好ましくなく、また、1250℃を超えると、結晶粒
の粗大化が起り、われ発生を惹起するためであ
る。 また、１パス当りの圧下率を10％〜70％とした
のは、10％未満では硼化物の充分な微細分散化を
計ることができず、また、70％を超えると加工度
が大きくなりすぎ、われまたはひび疵が発生し易
くなるためである。 実施例 実施例 １ B2.1wt％、C0.03wt％、 Si0.52wt％、Mn1.42wt％、 Cr17.9wt％、Ni12.1wt％ P0.011wt％、S0.005wt％、 残部実質的にFe からなるオーステナイトステンレス鋼の溶鋼を、
内寸上辺176mm×横356mm，下辺縦136mm×横356
mm、高さ770mm、鋳型厚み80mmの鋳型内に、内寸
上辺160mm×横340mm，下辺縦120mm×横340mm、高
さ770mm、板厚み８mm寸法，C0.10％の軟鋼からな
る鉄筒を嵌入し、この鉄筒内にArガス雰囲気で
鋳込し、外周面に厚さ８mmの鉄筒を溶着した290
Kgの鋼塊に造塊した。 この鋼塊を1230℃に加熱し、１パス当りの圧下
率10〜70％範囲内のプレス鍛造を施し、厚さ65mm
×幅335mm×長さ1945mm寸法の熱間圧延素材に整
形した。 その後、1230℃に加熱し、１パス当りの圧下率
54％，33％，25％，33％，30％の熱間圧延を行な
い、５パスで板厚７mm×幅350mm×長さ17300mm寸
法の板材となした。 熱間圧延後に長手方向に４分割し、1050℃，１
時間の熱処理を行ない、水冷し、板材の外表面の
軟鉄層部分を切削除去し、レベラーにより平坦度
を矯正し、最終仕上寸法として、板厚６mm×幅
330mm×長さ4300mm寸法の板材となした。 また、比較例として、上記組成のオーステナイ
トステンレス鋼をそのまま鍛造及び熱間圧延し、
同様の最終仕上寸法となした。 得られた２種のオーステナイトステンレス熱間
圧延材の加工における各々の加熱回数と耳割れ状
況及び製品歩留（最終製品／鋼塊×100％）を調
べ、第１表にその結果を示す。

【表】 実施例 ２ B1.9wt％、C0.006wt％、 Si0.69wt％、Mn1.78wt％、 Cr19.4wt％、Ni11.3wt％、 P0.023wt％、S0.008wt％、 残部実質的にFe からなるオーステナイトステンレス鋼の溶鋼を、
内寸上辺172mm×横284mm，下辺縦129mm×横279
mm、高さ577mm、鋳型厚み80mmの鋳型内に、内寸
上辺158mm×横270mm，下辺縦114mm×横265mm、高
さ570mm、板厚み７mm寸法，C0.18％の軟鋼からな
る鉄筒を嵌入し、この底付き鉄筒内に真空雰囲気
で鋳込し、外周面に厚さ７mmの鉄皮を溶着した
170Kgの鋼塊に造塊した。 この鋼塊を1220℃に加熱し、１パス当りの圧下
率10〜60％範囲内のハンマー鍛造を施し、厚さ50
mm×幅260mm×長さ1850mm寸法の圧延素材に整形
した。 その後、1210℃に加熱し、１パス当りの圧下率
50％，32％，29％，25％，28％，23％の熱間圧延
を行ない、６パスで板厚５mm×幅280mm×長さ
17410mm寸法の板材となした。 熱間圧延後に長手方向に４分割し、1050℃，
0.5時間の軟化処理を行ない、水冷し、板材の外
表面の軟鉄層部分を切削除去し、レベラーにより
平坦度を矯正し、最終仕上寸法として、板厚４mm
×幅260mm×長さ4300mm寸法の板材となした。 また、比較例として、上記組成のオーステナイ
トステンレス鋼をそのまま鍛造及び熱間圧延し、
同様の板厚４mm×幅260mm×長さ4300mmの最終仕
上寸法となした。 得られた２種のオーステナイトステンレス熱間
圧延材の加工における各々の加熱回数と耳割れ状
況及び製品歩留（最終製品／鋼塊×100％）を調
べ、第２表にその結果を示す。 第１表，第２表の結果より明らかな如く、この
発明の製造方法によつて、難加工性である高Ｂ含
有オーステナイトステンレス鋼の熱間圧延性が大
幅に改善され、製品歩留の著しい向上が認めら
れ、核燃料保管用ラツクや使用済み核燃料保管用
ラツク等の小形化と低コスト化に有利な薄肉化が
容易なことが分る。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ B0.5wt％〜3.0wt％含有のCr15wt％〜21wt
   ％、Ni7.0wt％〜16wt％系オーステナイトステン
   レス鋼の溶鋼を、鋳型内に嵌入した鉄筒内に注入
   し、外周面に鉄筒を溶着した鋳塊に造塊し、前記
   鋼塊を950℃〜1250℃で分塊圧延あるいは鍛造し、
   整形後、950℃〜1250℃に加熱し、１パス当りの
   圧下率10％〜70％で、少なくとも１回の熱間圧延
   を行なうことを特徴とするＢ含有オーステナイト
   ステンレス鋼の製造方法。