高クロム鋼の析出挙動に及ぼす高温長時間保持およびクリープの影響(第3報)衝撃特性とLaves相析出挙動の関係に関する定量的な分析に基づく検討

Influences of long term aging and creep deformation on precipitation behavior in high-Cr steels (3) A study on the relationship between impact property and Laves phase precipitation based on quantitative analyses

高橋 亨; 若井 隆純 ; 青砥 紀身 

Takahashi, Toru; Wakai, Takashi; Aoto, Kazumi

高クロム鋼の高速炉構造への適用に当たっては、材料特性の改善、とりわけ靭性の改善が求められる。サイクル機構では、既存の高クロム鋼のタングステンとモリブデンの成分を調整することにより、高速炉適用12Cr鋼の暫定仕様を提示した。タングステンとモリブデンはともに長時間の時効によって、材料の延性と靭性を劣化させるLaves相を形成する。本研究では、3種類の12Cr鋼を対象に析出したLaves相を定量的に分析し、時効に伴う靭性の劣化とLaves相析出挙動の関係について検討した。結果、以下の結論を得た;(1)W高添加材では時効により微細なLaves相が析出し、析出面積はW中添加材やW無添加材のそれ比べて大きかった。したがって、Wの添加はLaves相の析出に大きく寄与している。(2)W高添加材およびW中添加材では、6003,000時間以上の時効で新たなLaves相の析出は見られず、粗大化のみ進行すると考えられる。一方、W無添加材では、新たな析出とともに粗大化が進むと考えられる。(3)衝撃特性は、多数の微細Laves相の析出によるLaves相面積率の増加とともに低下する傾向がある。(4)高温長時間における靭性の確保を重視する高速炉用高クロム鋼仕様絞込みの方向性としては、W添加量を減少させることが正しいと思われる。

Considering the application of the high-chromium (Cr) steel for FBR pipes and components, it can be pointed out that there are some room for improvement especially in toughness. JNC proposed a provisional specification of high Cr steel for FBR pipes, focusing on tungsten (W) and molybdenum (Mo) contents. Both W and Mo form Laves phase during long term thermal aging. Laves phase is known as an inter-metallic compound which degrades ductility and toughness of the steel. In this study, quantitative analyses of the precipitated Laves phase are performed to clarify the relationship between and Laves phase precipitation behavior and toughness degradation with thermal aging. As a result, following conclusions are obtained: (1) A number of fine W-Laves phase are observed in aged W-rich high-Cr steel. (2) In the steels with W, precipitated Laves phase coheres and no new precipitation occurs after aging longer than 3,000h at 873K. In contrast, in the steel without W, Laves phase precipitates and coheres simultaneously. (3) It can be said that the impact property degrades with the increase of area fraction of Laves phase due to the increase of interface between matrices and Laves phases. (4) In order to explore the optimal specification of the high-Cr steel suitable for FBR pipes and components, W contents should be eliminated.