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高速炉構造用316鋼溶接部のクリープ特性とミクロ組織変化

Creep properties and microstructure change of FBR grade type 316 stainless steel weld zone

長谷部 慎一; 鬼澤 高志; 加藤 章一

Hasebe, Shinichi; Onizawa, Takashi; Kato, Shoichi

高速炉構造用316鋼に適した溶接材料の選定に資するため、溶接部の長時間高温特性を評価することを目的として、最適成分と考えられる溶接材料を用いて溶接金属および溶接継手試験片を製作し、550度Cにおいて1万時間を越える長時間クリープ試験を行った。また、材質劣化が著しく破壊し易い溶接金属のミクロ組織変化を観察して長時間高温強度評価を行った。得られた成果は以下の通りである。 (1)316系および16-8-2系溶接材料の最適仕様材として製作した溶接金属と溶接継手は、クリープ特性が従来材に比べて優れていた。特に、16-8-2系では改善効果が大きく、長時間域での組織安定性に優れていた。 (2)長時間加熱によって溶接金属に内在する$$delta$$フェライト相が分解するとLaves相、$$sigma$$相、オーステナイト相などが析出し、残留した$$delta$$フェライト相は低合金化しながら$$alpha$$フェライト相(Crニアリイコール12%、Niニアリイコール2%)に変態して平衡状態になることを明らかにした。 (3)316系溶接金属は、$$delta$$フェライト相のCr濃度が高いために、$$sigma$$相の析出量が増大して長時間クリープ強度が低下する傾向にある。一方、16-8-2系溶接金属はCr濃度が低く、$$sigma$$相などの金属間化合物の析出量が少ないので、長時間側においても母材と同等のクリープ強度が確保できることを確認した。 (4)残留$$delta$$フェライト相の組成を分析することによって、簡易的にミクロ組織変化を把握することが可能であり、長時間高温強度評価を行う際に有効な手段であることがわかった。

We conducted a long-term creep test of weld metal and welded joint made from what we consider optimal filler metals for more than 10000 hours at 550$$^{circ}$$C, in order to evaluate their long-term properties at high temperatures, and select the appropriate filler metals for FBR grade type 316 stainless steel. We also conducted an evaluation of the long-term high temperature strength of the weld metals by observing changes in the microstructures that was subjected to material deterioration. The results obtained are as fo1lows. (1)Weld metal and welded joint made from 316 type and a specific optimal material for 16-8-2 type showed better creep properties than current materials. Especially for 16-8-2 type, the quality improved so much that predominance microstructure stability in the region of long-term. (2)We clearly showed that when $$delta$$-ferrite phase decomposed by long time heating. the Laves phase, $$sigma$$ phase and austenite phase were precipitated and the remaining $$delta$$ -ferrite phase was changed to an $$alpha$$-ferrite phase (Cr≒12%, Ni≒2%) as it became a low-alloy and reached equilibrium. (3)The long-term creep strength of the 316 type weld metal tends to decrease as $$sigma$$ phase separation increases due to a high Cr concentration in $$delta$$-ferrite phase. On the other hand, we confirmed that 16-8-2 type weld metal could maintain long-term creep strength almost as high as the base metal, because there was little separation of inter-metallic compounds due to its low concentration of Cr. (4)We found that change in the microstructure can be easily captured by analyzing the composition of the remaining $$delta$$-ferrite phase. This is an effective method to evaluate long-term high temperature strength.

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