JPH0369978B2 - - Google Patents
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- JPH0369978B2 JPH0369978B2 JP60123106A JP12310685A JPH0369978B2 JP H0369978 B2 JPH0369978 B2 JP H0369978B2 JP 60123106 A JP60123106 A JP 60123106A JP 12310685 A JP12310685 A JP 12310685A JP H0369978 B2 JPH0369978 B2 JP H0369978B2
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
<産業上の利用分野>
この発明は、軽水炉、高速増殖炉、核融合炉等
の中性子照射環境下で使用されるホウ素−11(
11B)含有量の高い鉄鋼材料等を製造する際の溶
解・精練に添加するための 11B濃縮フエロボロ
ンに関するものである。
<従来の技術>
鉄鋼材料にはクリープ破断強度の向上、焼入れ
性の向上等の目的でホウ素が添加されている。こ
のホウ素は天然ホウ素であり原子量10のホウ素−
10( 10B)が約19.6%、原子量11のホウ素−11(
11B)が約80.4%含有されている。天然ホウ素を
含有する材料が中性子照射を受けると、材料中の
ホウ素のうち 10Bが中性子と(n、α)反応を
起してヘリウム(He)を生成する。このHeは材
料の高温延性の低下、クリープ破断強度の低下
等、材料の機械的性質の劣化の主な原因となつて
いる。そのため、天然ホウ素に比べて 11Bの割
合が多いホウ素成分を含有し、 10BによるHeの
生成を回避せしめる原子炉構成材料の開発が必要
とされている。
しかしながら従来、これらの原子炉構成材料の
工業的製造のために必要な原料ホウ素成分となる
適切な濃縮 11B化合物が製造されていなかつた。
天然ホウ素よりも 11Bを濃縮させる方法とし
ては、ホウ素原料であるホウ酸ナトリウム、ホウ
酸カルシウム、または粗製ホウ素等からホウ酸を
沈澱させて再結晶により精製したのち、 10Bと
11Bの重量差を利用する方法か、あるいはホウ酸
からホウ素のハロゲン化物を作りその化学的特性
差を利用する方法がある。それらの方法で 11B
を濃縮させたハロゲン化物を金属直接還元法、溶
融塩電解法あるいは水素還元法で金属ホウ素にし
ている。
鉄鋼材料に 11Bを添加する方法としては、ホ
ウ酸または金属ホウ素を鉄鋼材料の溶解・精練時
に直接添加する方法が採られているが、ホウ酸を
添加する方法では溶鋼との濡れ性が劣ること及び
比重が小さく浮上しやすいことなどのために
11Bの歩留りが低く、その適正量を添加すること
が極めて難しい。一方、金属ホウ素を溶鋼に添加
する方法においても比重が小さく浮上しやすいこ
と及び金属ホウ素の製造が複雑であるために製造
コストが高く、当該材料の経済性が損われるとい
う欠点がある。特開昭59−232250号広報には、ア
モルフアス合金用原料その他高純度が要求される
用途に好適に使用し得る高純度フエロボロンとし
て、重量比にてB:10%以上、C:0.5%以上、
Al:0.05%以下を含有するフエロボロンが提案さ
れている。しかしながらこのフエロボロンは、こ
の発明とは用途が異なり、しかもB中の 11Bの
割合を全く考慮しておらず、従つて中性子照射環
境下で使用する鉄鋼材料に添加しても 10Bによ
るHeの生成を回避せしめることは期待できない。
<発明が解決しようとする問題点>
そこでこの発明の目的は、中性子照射環境下に
おいても材料中の 10Bと中性子との(n、α)
反応によるHeの生成量の少ないあるいは全くな
い鉄鋼材料、さらには、 11Bを添加することに
より改善された非放射線下の空気中でのクリープ
強度、高温延性等を中性子照射下でも保持しうる
鉄鋼材料を製造するに際して、当該材料に最適量
の 11Bの添加を迅速、効果的かつ経済的に行な
うことができる精鋼原料を提供することにある。
<問題点を解決するための手段>
この発明によれば、ホウ素を5〜30%(重量
%、以下同じ)、精練上不可避的に残存する量の
炭素またはアルミニウム、および残部が鉄からな
り、全ホウ素量に対して 11Bが90%以上でかつ
融点が1650℃以下であるフエロボロンが提供され
る。かようなこの発明の 11B濃縮フエロボロン
を鉄鋼材料製造時の溶解・精練工程で溶鋼に添加
することによつて、 11B含有量の高い鉄鋼材料
を効率よくかつ経済的に得ることができる。かく
して得られた鉄鋼材料は全ホウ素含有量( 10B
+ 11B)に対する 11Bの割合が高いために、中
性子照射環境下においても材料中の 10Bと中性
子との反応によるHeの生成を低減でき、良好な
クリープ強度や高温延性を維持することができ
る。
また、この発明のフエロボロンを溶鋼中に添加
するに際しても、添加後短時間に溶解し、また溶
鋼の比重と実質的に等しいために添加したフエロ
ボロンが浮上することなく均一に溶鋼中に溶融混
合させることができる。
この発明のフエロボロン中のオフ素含有量が5
%より少ない場合には、溶鋼中に所望量の 11B
を含有させるために添加するフエロボロンが多量
に必要となり経済性が損われる。一方、フエロボ
ロン中のホウ素含有量が30%より多い場合には、
得られるフエロボロンの融点が1650℃より高くな
ると同時に比重が小さくなる傾向がある。従つ
て、フエロボロン中のホウ素含有量は30%以下、
好ましくは25%以下とする。フエロボロンの融点
が1650℃より高くなると、溶鋼へ添加したフエロ
ボロンが短時間に均一に溶解、混合しにくくな
り、またフエロボロンの比重が小さくなると溶鋼
へ添加したフエロボロンが浮上してしまい、鉄鋼
材料中への 11Bの添加歩留りが低下してしまう
ため好ましくない。
なお、上述したようにフエロボロン中のホウ素
含有量を30%より多くすると融点が1650℃より高
くなる傾向があるが、この場合にはニツケル等の
第三元素をさらに添加することによつて、最終的
なフエロボロンの融点を1650℃以下に調節するこ
とも可能である。
また、この発明のフエロボロンの全ホウ素量に
対する 11Bの割合〔 11B/( 10B+ 11B)〕が90
%より小さいと、このフエロボロンを添加して得
られた鉄鋼材料中の 10Bを低減させて中性子照
射環境下で生成するHe量を抑制する効果が小さ
く、 11B濃縮フエロボロンを作る経済的なメリ
ツトがなくなる。
この発明のフエロボロンを製造するに際して
は、 11B濃縮ホウ素化合物、例えばホウ酸と鉄
成分とを精練上必要な原材料とともに高周波加熱
炉のごとき電気炉で溶解、精練する方法や、
11B濃縮ホウ酸と鉄成分とをアルミニウム(Al)
粉とともに高温に加熱するテルミツト法等が採用
できる。
前者の電気炉法においてはホウ素化合物の還元
に炭素等を用いるため、得られたフエロボロン中
には炭素が若干量含まれることになるが、必要に
応じて精練時間を長くすることにより炭素含量を
低減させることができ、炭素含有量0.1%以下の
低炭素フエロボロン(JIS G2318)とすることが
できる。またテルミツト法においてはAlを用い
るために、得られたフエロボロン中には通常4〜
5%のAlが含まれるが、このAl含有量はフエロ
ボロン製造用原材料中に占めるAl粉の使用量に
依存し、この使用量は 11Bの還元効率を考慮し
て決定することができる。なお、上記JIS規格に
よる低炭素フエロボロンには12%以下のAl含有
量が許容されている。
<実施例>
以下に実施例を挙げてこの発明をさらに詳述す
る。
実施例 1
11B/( 10B+ 11B)の値が98%であるホウ
酸、純鉄の粉末および精練上必要な炭素を下表に
示す割合で混合して高周波加熱炉で溶解した。溶
製後のフエロボロン中のホウ素の同位体分析を行
なつた結果、全ホウ素中の 11Bの比率は98%の
ままであつた。
得られたフエロボロンの融点は1650℃以下、比
重は5以上であつた。これらの特性は、製鋼用原
料として溶鋼に添加した際に短時間に溶解し、均
一混合させるのに十分な値である。
<Industrial Application Field> This invention is applicable to boron-11 (
11 B) Concerns 11 B concentrated ferroboron to be added to melting and scouring when manufacturing high-content steel materials, etc. <Prior Art> Boron is added to steel materials for purposes such as improving creep rupture strength and hardenability. This boron is natural boron and has an atomic weight of 10.
Boron-11 ( 10 B) is about 19.6% and has an atomic weight of 11.
Contains approximately 80.4% of 11 B). When a material containing natural boron is irradiated with neutrons, 10 B of the boron in the material undergoes an (n, α) reaction with the neutrons to produce helium (He). This He is the main cause of deterioration of the mechanical properties of materials, such as a decrease in high-temperature ductility and creep rupture strength. Therefore, there is a need to develop nuclear reactor constituent materials that contain a boron component with a higher proportion of 11 B than natural boron and can avoid the generation of He by 10 B. However, until now, a suitable enriched 11 B compound has not been produced to serve as the raw material boron component necessary for the industrial production of these reactor constituent materials. A method for concentrating 11 B more than natural boron is to precipitate boric acid from boron raw materials such as sodium borate, calcium borate, or crude boron, purify it by recrystallization, and then convert it to 10 B.
11 There is a method that takes advantage of the difference in the weight of B, or a method that makes boron halide from boric acid and takes advantage of the difference in its chemical properties. 11 B in those ways
The concentrated halide is converted into metallic boron by direct metal reduction, molten salt electrolysis, or hydrogen reduction. The method of adding 11B to steel materials is to directly add boric acid or metallic boron during melting and smelting of steel materials, but the method of adding boric acid has poor wettability with molten steel. Because of its small specific gravity and its ability to float easily, etc.
11 The yield of B is low and it is extremely difficult to add the appropriate amount. On the other hand, the method of adding metallic boron to molten steel also has the disadvantage that the specific gravity is small and it tends to float, and the production of metallic boron is complicated, resulting in high production costs and impairing the economic efficiency of the material. JP-A No. 59-232250 describes high-purity ferroboron that can be suitably used as a raw material for amorphous alloys and other applications requiring high purity, including B: 10% or more, C: 0.5% or more, in terms of weight ratio.
Ferroboron containing Al: 0.05% or less has been proposed. However, this ferroboron has a different application from that of the present invention, and does not take into account the proportion of 11 B in B at all. It cannot be expected to avoid generation. <Problems to be solved by the invention> Therefore, the purpose of this invention is to solve the problem of (n, α) between 10 B in the material and neutrons even under a neutron irradiation environment.
Steel materials that generate little or no He during reactions, and steel that can maintain creep strength in non-radiation air, high-temperature ductility, etc. even under neutron irradiation, improved by adding 11 B. The object of the present invention is to provide a raw steel raw material that can quickly, effectively, and economically add an optimum amount of 11 B to the material when producing the material. <Means for Solving the Problems> According to the present invention, boron is contained in an amount of 5 to 30% (weight %, the same applies hereinafter), carbon or aluminum in an amount that inevitably remains during scouring, and the balance is iron, Ferroboron is provided which contains 90% or more of 11 B based on the total amount of boron and has a melting point of 1650° C. or less. By adding the 11 B-enriched ferroboron of the present invention to molten steel during the melting and refining process during the production of steel materials, steel materials with a high 11 B content can be obtained efficiently and economically. The steel material thus obtained has a total boron content ( 10 B
Due to the high ratio of 11 B to 11 B), it is possible to reduce the generation of He due to the reaction between neutrons and 10 B in the material even in a neutron irradiation environment, and maintain good creep strength and high-temperature ductility. can. Furthermore, when adding the ferroboron of the present invention to molten steel, it melts in a short time after addition, and since the specific gravity is substantially equal to the specific gravity of the molten steel, the added feroboron can be melted and mixed uniformly into the molten steel without floating up. be able to. The ophine content in the ferroboron of this invention is 5
%, the desired amount of 11 B in the molten steel
A large amount of ferroboron is required to contain the ferroboron, which impairs economic efficiency. On the other hand, if the boron content in ferroboron is more than 30%,
As the melting point of the resulting ferroboron increases above 1650°C, its specific gravity tends to decrease. Therefore, the boron content in ferroboron is 30% or less,
Preferably it is 25% or less. When the melting point of ferroboron is higher than 1650℃, it becomes difficult for the ferroboron added to molten steel to dissolve and mix uniformly in a short time, and when the specific gravity of ferroboron becomes low, the ferroboron added to the molten steel floats up and enters the steel material. 11 This is not preferable because the addition yield of B decreases. As mentioned above, when the boron content in ferroboron is increased to more than 30%, the melting point tends to become higher than 1650℃, but in this case, by further adding a third element such as nickel, the final It is also possible to adjust the melting point of ferroboron to below 1650°C. In addition, the ratio of 11 B to the total boron content of the ferroboron of this invention [ 11 B/( 10 B + 11 B)] is 90
%, the effect of reducing 10 B in the steel material obtained by adding this ferroboron and suppressing the amount of He generated in a neutron irradiation environment is small, and the economic merits of making 11 B enriched ferroboron are small. disappears. When producing the ferroboron of the present invention, there is a method of melting and scouring a 11 B concentrated boron compound, for example, boric acid and an iron component together with raw materials necessary for scouring in an electric furnace such as a high-frequency heating furnace;
11 B Concentrated boric acid and iron component are combined with aluminum (Al)
Thermite method, which heats the powder together with the powder at a high temperature, can be used. In the former electric furnace method, carbon etc. are used to reduce the boron compound, so the obtained ferroboron will contain a small amount of carbon, but the carbon content can be reduced by increasing the scouring time as necessary. It can be made into low carbon ferroboron (JIS G2318) with a carbon content of 0.1% or less. In addition, since Al is used in the thermite method, the obtained ferroboron usually contains 4 to 4
It contains 5% Al, but this Al content depends on the amount of Al powder used in the raw material for producing ferroboron, and this amount can be determined by taking into account the reduction efficiency of 11 B. Note that an Al content of 12% or less is allowed for low carbon ferroboron according to the above JIS standard. <Examples> The present invention will be described in further detail with reference to Examples below. Example 1 Boric acid with a value of 11 B/( 10 B+ 11 B) of 98%, pure iron powder, and carbon necessary for scouring were mixed in the proportions shown in the table below and melted in a high frequency heating furnace. Isotopic analysis of boron in ferroboron after melting revealed that the proportion of 11 B in all boron remained at 98%. The melting point of the obtained ferroboron was 1650° C. or lower, and the specific gravity was 5 or higher. These properties are sufficient for melting in a short time and uniformly mixing when added to molten steel as a raw material for steelmaking.
【表】
上記で得られた試料3のフエロボロンを、
SUS304鋼の精練末期の脱ガス後に、溶鋼100Kg
当り15g添加した。フエロボロンは溶鋼に添加さ
れたのち直ちに溶け始めた。フエロボロンが溶解
したのち出鋼を行ない、注湯中より分析試料を採
取した。ホウ素を分析した結果、全ホウ素含有量
は28ppmであり、 11Bの全ホウ素中に占める割
合は95%であつた。
実施例 2
11B/( 10B+ 11B)の値が98%である無水
ホウ酸に鉄粉及びアルミニウム粉をそれぞれ15:
57:28の割合で混合し、この混合物を1000℃に加
熱反応させてフエロボロンをテルミツト法で製造
した。このフエロボロンの 11B/( 10B+ 11B)
の値は98%であり、 11Bの原料である無水ホウ
酸中の値と差がなかつた。このフエロボロンには
Alが4.2%、ホウ素が20.3%含まれていた。
得られたフエロボロンを、SUS304鋼の精錬末
期の脱ガス後に、溶鋼100Kg当り10g添加した。
フエロボロンが溶解されたのち直ちに出鋼し、注
湯中より分析試料を採取した。ホウ素を分析した
結果全ホウ素含有量は25ppmであり、 11Bの全
ホウ素中に占める割合は94%であつた。
<発明の効果>
以上の説明からわかるように、この発明の
11B濃縮フエロボロンを製鋼原料として使用する
ことにより、鋼中の 10Bを増加させることなく
11Bを添加することができる。
従つて、従来においては、中性子と 10Bとの
反応に伴い生成するHeの有害性を懸念して中性
子照射環境下で用いられる鉄鋼材料等にはホウ素
の積極的な添加は行なわず、鉄鋼材料中のホウ素
量を経済的に成立する範囲で低減しようとする試
みがなされていたに過ぎなかつたが、この発明に
よる 11B濃縮フエロボロンを用いれば、He生成
による材料特性の低下を回避して経済的に適正量
の 11Bを添加することが可能となる。
かくして、この発明の 11B濃縮フエロボロン
を添加して得られた鉄鋼材料においては、添加さ
れた 11Bと他の成分元素との望ましい相互作用
が、 10Bの(n、α)反応による核変換が生じ
ないために中性子照射環境中でも保持されること
になる。そのため、中性子照射環境下で使用され
る鉄鋼材料への 11Bの添加が広く実施できるよ
うになり、それに伴い耐中性子照射性の優れた材
料の開発が促進されることになる。そして、かよ
うな材料を使用することにより、原子炉構造物の
安全性の向上及び長寿命化を図ることができるの
である。[Table] The ferroboron of sample 3 obtained above is
100Kg of molten steel after degassing at the final stage of refining SUS304 steel
15g was added per portion. After ferroboron was added to molten steel, it immediately began to melt. After the ferroboron was dissolved, tapping was performed, and samples for analysis were collected during pouring. As a result of boron analysis, the total boron content was 28 ppm, and the proportion of 11 B in the total boron was 95%. Example 2 15% each of iron powder and aluminum powder was added to boric anhydride with a value of 11B /( 10B + 11B ) of 98%:
They were mixed at a ratio of 57:28, and this mixture was reacted by heating at 1000°C to produce ferroboron by the thermite method. 11 B/( 10 B+ 11 B) of this ferroboron
The value was 98%, which was no different from the value in boric anhydride, the raw material for 11B . In this feroborone
It contained 4.2% Al and 20.3% boron. The obtained ferroboron was added in an amount of 10 g per 100 kg of molten steel after degassing the SUS304 steel at the final stage of refining.
Immediately after the ferroboron was dissolved, the steel was tapped, and samples for analysis were taken from the pouring process. As a result of boron analysis, the total boron content was 25 ppm, and the proportion of 11 B in the total boron was 94%. <Effects of the invention> As can be seen from the above explanation, the advantages of this invention are
By using 11 B enriched ferroboron as a raw material for steelmaking, 10 B in steel can be
11 B can be added. Therefore, in the past, boron was not actively added to steel materials used in neutron irradiation environments due to concerns about the harmfulness of He produced through the reaction between neutrons and 10 B. Attempts have only been made to reduce the amount of boron in the material within an economically viable range, but if the 11B -enriched ferroboron of this invention is used, it will be possible to avoid the deterioration of material properties due to He generation and achieve economical results. This makes it possible to add an appropriate amount of 11B . Thus, in the steel material obtained by adding the 11 B-enriched ferroboron of the present invention, the desirable interaction between the added 11 B and other component elements is due to nuclear transmutation by the (n, α) reaction of 10 B. Since this does not occur, it is retained even in a neutron irradiation environment. Therefore, it has become possible to widely add 11 B to steel materials used in neutron irradiation environments, and this will promote the development of materials with excellent neutron irradiation resistance. By using such materials, it is possible to improve the safety and extend the life of nuclear reactor structures.
Claims (1)
残存する量の炭素またはアルミニウム、および残
部が鉄からなり、全ホウ素含有量に対してホウ素
−11( 11B)が90重量%以上でかつ融点が1650℃
以下であることを特徴とする中性子照射環境下で
使用する鉄鋼材料に添加するためのフエロボロ
ン。1 Consisting of 5 to 30% by weight of boron (B), the amount of carbon or aluminum that inevitably remains during scouring, and the balance iron, with 90% by weight of boron-11 ( 11 B) based on the total boron content. or higher and the melting point is 1650℃
A ferroboron for addition to steel materials used in a neutron irradiation environment, characterized by the following:
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12310685A JPS61281847A (en) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | Ferroboron to be added to iron and steel materials |
| US06/868,789 US4744824A (en) | 1985-06-06 | 1986-05-29 | Method of producing metallic materials for the components of nuclear reactors |
| DE19863618887 DE3618887A1 (en) | 1985-06-06 | 1986-06-05 | METHOD FOR PRODUCING METALLIC MATERIALS FOR COMPONENTS OF CORE REACTORS |
| FR868608225A FR2583065B1 (en) | 1985-06-06 | 1986-06-06 | PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF METAL MATERIALS WHICH CAN BE USED AS NUCLEAR REACTOR COMPONENTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12310685A JPS61281847A (en) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | Ferroboron to be added to iron and steel materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61281847A JPS61281847A (en) | 1986-12-12 |
| JPH0369978B2 true JPH0369978B2 (en) | 1991-11-06 |
Family
ID=14852329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12310685A Granted JPS61281847A (en) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | Ferroboron to be added to iron and steel materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61281847A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59232250A (en) * | 1983-06-14 | 1984-12-27 | Nippon Denko Kk | High purity ferroboron and its production |
-
1985
- 1985-06-06 JP JP12310685A patent/JPS61281847A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61281847A (en) | 1986-12-12 |
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