JP5005494B2 - Bellows, universal bellows using the bellows, piping system for fast breeder reactor, and fast breeder reactor facility - Google Patents
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Description
本発明は、500℃以上の高温の流体が流れる機器及び配管に適用されるベローズと、これを用いたユニバーサル式ベローズ、高速増殖炉用配管システム及び高速増殖炉施設とに係り、特に、高Crフェライト系鋼からなる機器及び配管に好適なフェライト系耐熱鋼からなるベローズに関するものである。 The present invention relates to a bellows applied to equipment and piping through which a high-temperature fluid of 500 ° C. or higher flows, a universal bellows using the bellows, a fast breeder reactor piping system, and a fast breeder reactor facility, and in particular, high Cr. The present invention relates to a bellows made of ferritic heat resistant steel suitable for equipment and piping made of ferritic steel.
近年、高温の流体が流れる高速増殖炉施設などの機器及び配管には、従来からのオーステナイト系ステンレス鋼に加えて、高温強度に優れた高Crフェライト系鋼も用いられている。また、この種の高温の流体が流れる機器及び配管には、熱膨脹を吸収するためのベローズの設置が必須となっている。 In recent years, in addition to conventional austenitic stainless steel, high Cr ferritic steel excellent in high temperature strength is used for equipment and piping such as a fast breeder reactor facility through which a high-temperature fluid flows. Moreover, installation of bellows for absorbing thermal expansion is indispensable for equipment and piping through which this type of high-temperature fluid flows.
一方、現状では、高温の流体が流れる機器及び配管に設置されるベローズとして、ステンレス鋼製のものが広く用いられており、ベローズ素管用のフェライト系ステンレス鋼板が多数提案されている(特許文献1,2,3参照。)。これらの各特許文献に記載のベローズ素管材料は、いずれもフェライト系ステンレス鋼であり、フェライト系鋼又は焼き戻しマルテンサイト系鋼を使用したものは、まったく見当たらない。このように、高温で使用するフェライト系鋼を用いたベローズは実績が無い。
溶接構造を有する機器及び配管の信頼性及び健全性を確保する観点からは、ベローズとして、配管と同系統の材質からなるものを用いることが好ましい。即ち、フェライト系材料からなる配管にステンレス鋼製のベローズを用いると、フェライト鋼とオーステナイト鋼との異種材料溶接部を持つことになるが、この異種材料溶接部は、高温で使用すると急激な強度の低下が起こるので、信頼性及び健全性の点で長時間の使用に問題があるからである。したがって、高温で使用するフェライト系耐熱鋼製機器及び配管には、フェライト系耐熱鋼製のベローズを適用することが特に望まれる。 From the viewpoint of ensuring the reliability and soundness of equipment and piping having a welded structure, it is preferable to use a bellows made of the same material as the piping. In other words, when stainless steel bellows is used for a pipe made of ferritic material, it has a dissimilar material weld between ferritic steel and austenitic steel, but this dissimilar material weld has a rapid strength when used at high temperatures. This is because there is a problem in long-term use in terms of reliability and soundness. Therefore, it is particularly desirable to apply a ferrite heat resistant steel bellows to ferritic heat resistant steel equipment and piping used at high temperatures.
本発明は、かかる従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フェライト系耐熱鋼製の機器及び配管と好適な溶接構造を構成可能なフェライト系耐熱鋼製のベローズを提供すること、並びに、これを用いたユニバーサル式ベローズ、高速増殖炉用配管システム及び高速増殖炉施設を提供することにある。 The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and an object thereof is to provide a ferritic heat resistant steel bellows capable of forming a suitable welded structure with a ferritic heat resistant steel device and piping. And to provide a universal bellows, a fast breeder reactor piping system and a fast breeder reactor facility using the same.
本発明者らは、フェライト系耐熱鋼の特性と塑性加工性について調べると共に、塑性加工方法について研究した。その結果、以下に示す成型加工方法を見出し、本発明に至ったものである。 The present inventors investigated the properties and plastic workability of ferritic heat resistant steels and studied the plastic working method. As a result, the following forming method has been found and the present invention has been achieved.
本発明は、ベローズが、フェライト系耐熱鋼からなり、ベローズ蛇腹部が、使用するフェライト系耐熱鋼の焼き戻し温度よりも低い温度での焼きなまし熱処理と一様伸びの範囲内での成型とを複数回繰り返すことにより形成されていることを特徴とする。 In the present invention, the bellows is made of a ferritic heat-resistant steel, and the bellows bellows portion includes a plurality of annealing heat treatments at temperatures lower than the tempering temperature of the ferritic heat-resistant steel used and molding within a uniform elongation range. It is characterized by being formed by repeating the process once.
ベローズに用いるフェライト系耐熱鋼は、重量%で、C0.05〜0.20%、Si0.5%以下、Mn0.05〜1.5%、Ni3.0%以下、Cr8.5〜13.0%、Mo0.05〜3.0%、Wは0又は0.05〜1.8%、V0.05〜0.30%、Nb及びTaの1種又は2種の合計0.01〜0.20%及びN0.01〜0.1%を含む、主として600℃を超えない温度範囲で使用する耐熱鋼である。 The ferritic heat resistant steel used for the bellows is, by weight, C 0.05 to 0.20%, Si 0.5% or less, Mn 0.05 to 1.5%, Ni 3.0% or less, Cr 8.5 to 13.0. %, Mo 0.05 to 3.0%, W 0 or 0.05 to 1.8%, V 0.05 to 0.30%, a total of one or two of Nb and Ta, 0.01 to 0.00. It is a heat resistant steel that is used in a temperature range mainly not exceeding 600 ° C., including 20% and N 0.01 to 0.1%.
以下、各元素の限定理由について述べる。 The reasons for limiting each element will be described below.
Cは、焼入性を確保し、また焼き戻し過程でM23C6 型炭化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の元素であり、最低0.05%を必要とするが、0.20%を越えるとM23C6 型炭化物を過度に析出させ、マトリックスの強度を低めてかえって長時間側の高温強度を損なうので、0.05〜0.20%に限定する。望ましくは、0.09〜0.13%である。さらに望ましくは、0.10〜0.12%である。 C is an indispensable element for ensuring hardenability and precipitating M 23 C 6 type carbides in the tempering process to increase the high temperature strength, and at least 0.05% is required. If it exceeds 20%, M 23 C 6 type carbide is excessively precipitated and the strength of the matrix is lowered to deteriorate the high temperature strength on the long time side, so it is limited to 0.05 to 0.20%. Desirably, it is 0.09 to 0.13%. More desirably, it is 0.10 to 0.12%.
Siは、ラーベス相の生成を促し、また粒界偏析等により延性を低下させるので、有害元素として0.5%以下に制限する。望ましくは0.25%以下、より望ましくは0.15%以下である。 Siは脱酸剤として加えるが、真空脱酸する場合には無添加であり、そのときの含有量は0.01% 程度である。0.01〜0.1%が好ましい。 Si promotes the formation of Laves phase and reduces ductility due to grain boundary segregation and the like, so it is limited to 0.5% or less as a harmful element. Desirably, it is 0.25% or less, more desirably 0.15% or less. Si is added as a deoxidizing agent, but it is not added when vacuum deoxidizing, and the content at that time is about 0.01%. 0.01 to 0.1% is preferable.
Mnは、δフェライトの生成を抑制し、M23C6型炭化物の析出を促進すると共に、熱間加工性を高める元素として最低0.05%は必要であるが、1.5% を越えると耐酸化性を劣化させるので、0.05〜1.5%に限定する。望ましくは0.2〜1.0%、さらに望ましくは0.3〜0.7%である。 Mn suppresses the formation of δ ferrite, promotes the precipitation of M 23 C 6 type carbide, and at least 0.05% is required as an element for improving hot workability, but if it exceeds 1.5% Since oxidation resistance is deteriorated, it is limited to 0.05 to 1.5%. Desirably, it is 0.2 to 1.0%, and more desirably 0.3 to 0.7%.
Niは、δフェライトの生成を抑制し、靭性を付与する元素であり、3%以下とする。使用温度が550℃までは高いNiの2〜3%、それを超える温度では0.5〜1.0%が好ましい。しかし、最低0.05% 以上が好ましい。 Ni is an element that suppresses the formation of δ ferrite and imparts toughness, and is 3% or less. Ni is preferably 2 to 3% of high Ni up to 550 ° C, and 0.5 to 1.0% at higher temperatures. However, it is preferably at least 0.05%.
Crは、高温Naに対して耐酸化性を付与し、M23C6 型炭化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の元素であり、最低8.5%必要であるが、13%を越えるとδフェライトを生成し、高温強度および靭性を低下させるので8.5〜13.0%に限定する。望ましくは、9.0〜11.8%である。 Cr is an indispensable element for imparting oxidation resistance to high-temperature Na and precipitating M 23 C 6- type carbides to increase high-temperature strength. At least 8.5% is required, but 13% If it exceeds, δ ferrite is formed and the high temperature strength and toughness are lowered, so the content is limited to 8.5 to 13.0%. Desirably, it is 9.0 to 11.8%.
Moは、M23C6 型炭化物の微細析出を促進し、凝集を妨げる作用があり、このため特にNa中での反応を抑制し、高温強度を長時間保持するのに有効で、最低0.05%必要であるが、3.0% 以上になるとδフェライトを生成し易くするので0.05〜3.0%に限定する。 Mo has the effect of promoting the fine precipitation of M 23 C 6 type carbide and hindering the aggregation, and is therefore effective in suppressing the reaction in Na and maintaining the high temperature strength for a long time. 05% is necessary, but if it becomes 3.0% or more, δ ferrite is easily generated, so it is limited to 0.05 to 3.0%.
Wは、Mo以上にM23C6 型炭化物の凝集粗大化を抑制する作用が強く、またマトリックスを固溶強化すると共に、高温強度の向上に有効であり、1.5 %程度必要であるが、これより多いとδフェライトやラーベス相を生成しやすくなる。使用温度が500℃まではW無しが好ましく、それ以上ではW0.05〜1.5%、好ましくは0.1〜0.7%である。 W has a stronger effect of suppressing the aggregation and coarsening of M 23 C 6 type carbides than Mo, strengthens the matrix in solid solution, and is effective for improving high temperature strength, and needs to be about 1.5%. If it is more than this, δ ferrite and Laves phase are likely to be generated. The use temperature is preferably up to 500 ° C., and W is preferably 0.05 to 1.5%, more preferably 0.1 to 0.7%.
Vは、Vの炭窒化物を析出して前述と同様にNa中での高温強度を高めるのに有効であり、最低0.05% を必要とするが、0.3% を越えると炭素を過度に固定し、M23C6 型炭化物の析出量を減じて逆に高温強度を低下させるので0.05〜0.3%に限定する。望ましくは、0.15〜0.25%である。 V is effective for precipitating the carbonitride of V and increasing the high-temperature strength in Na as described above, and at least 0.05% is required. excessively fixed, limited to 0.05 to 0.3% as it reduces the high temperature strength in the opposite by subtracting the amount of precipitated M 23 C 6 type carbide. Desirably, it is 0.15 to 0.25%.
Nbは、NbCを生成して結晶粒の微細化に役立ち、また一部は焼入れの際固溶して焼もどし過程でNbCを析出し、Na中での高温強度を高める作用があり、最低0.01% 必要であるが、0.20% を越えるとVと同様炭素を過度に固定してM23C6 型炭化物の析出量を減少し、高温強度の低下を招くので、0.01〜0.20%に限定する。望ましくは、0.05〜0.13%である。さらに望ましくは、0.05〜0.11%である。 Nb generates NbC to help refine crystal grains, and partly dissolves during quenching to precipitate NbC during the tempering process, thereby increasing the high-temperature strength in Na. 0.01% is necessary, but if it exceeds 0.20%, carbon is excessively fixed in the same manner as V, the amount of precipitation of M 23 C 6 type carbide is reduced, and the high temperature strength is lowered. Limited to 0.20%. Desirably, it is 0.05 to 0.13%. More desirably, it is 0.05 to 0.11%.
Nは、Vの窒化物を析出したり、また固溶した状態でMoやWと共同でIS効果(侵入型固溶元素と置換型固溶元素の相互作用)により高温強度を高める作用があり、最低0.01% は必要であるが、0.1% を越えると延性を低下させるので、0.01〜0.1%に限定する。望ましくは、0.02〜0.04%である。さらに望ましくは、0.02〜0.03%である。 N precipitates V nitride, and also has the effect of increasing the high temperature strength by IS effect (interaction of interstitial solid solution element and substitutional solid solution element) jointly with Mo and W in a solid solution state. However, at least 0.01% is necessary, but if it exceeds 0.1%, the ductility is lowered, so it is limited to 0.01 to 0.1%. Desirably, it is 0.02 to 0.04%. More desirably, it is 0.02 to 0.03%.
本発明におけるフェライト鋼は、上記成分を満足するとともに、焼き戻しマルテンサイト組織またはフェライト組織を有する材料である。この組織を確実にするには、フェライト組織を形成する成分をCr量に等価換算したCr当量で評価することが知られており、次式により求められるクロム当量は4〜11が好ましい。 The ferritic steel in the present invention is a material that satisfies the above components and has a tempered martensite structure or a ferrite structure. In order to ensure this structure, it is known that the component forming the ferrite structure is evaluated by Cr equivalent equivalently converted to Cr amount, and the chromium equivalent obtained by the following formula is preferably 4 to 11.
クロム当量=−40×C%−30×N%−2×Mn%−4×Ni%+Cr%+6×Si%
+4×Mo%+11×V%+5×Nb%−2×Co%
次に、本発明に係るベローズを製造する際の熱処理と成型加工とについて述べる。
Chromium equivalent = -40xC% -30xN% -2xMn% -4xNi% + Cr% + 6xSi%
+ 4xMo% + 11xV% + 5xNb% -2xCo%
Next, heat treatment and molding processing when manufacturing the bellows according to the present invention will be described.
ベローズは、前述の耐熱鋼を用いた円筒状シームレス管、又は、溶接管を素材として冷間又は熱間にて成型加工により製作する。成型加工により均一な肉厚を維持し、傷のないベローズを製作するためには、用いる素材の加工性すなわち塑性変形能が必要である。前述の耐熱鋼の室温における塑性変形能は、素材厚さと関係し、成型可能な特性を有しているが、オーステナイト系ステンレス鋼よりは、やや劣る。 The bellows is manufactured by forming a cylindrical seamless tube using the above-mentioned heat-resistant steel, or a welded tube, using cold or hot. In order to maintain a uniform thickness by molding and produce a bellows without scratches, the workability of the material used, that is, plastic deformability is required. The above-mentioned plastic deformability at room temperature of the heat-resistant steel is related to the material thickness and has a formable characteristic, but is slightly inferior to austenitic stainless steel.
前述の耐熱鋼の硬さ、強度、延性は熱処理により、制御することが可能である。そこで、成型と熱処理を繰り返し施すことにより、目的の形状のベローズを製作可能となる。 The hardness, strength, and ductility of the heat-resistant steel can be controlled by heat treatment. Therefore, the bellows having a desired shape can be manufactured by repeatedly performing molding and heat treatment.
熱処理は、まず一様伸びの範囲内で、素材の焼き戻し温度よりも低い温度で焼きなましを行い、所定の形状に到るまで、これを繰り返し実施する。焼きなまし温度は、望ましくは680℃〜730℃で、加熱時間は1時間/1インチ厚さを目処とするのが好ましい。 In the heat treatment, first, annealing is performed at a temperature lower than the tempering temperature of the material within a uniform elongation range, and this is repeated until a predetermined shape is reached. The annealing temperature is desirably 680 ° C. to 730 ° C., and the heating time is preferably 1 hour / 1 inch thick.
成型加工は、金型を素管の外側に設置し、内側から液圧にて押し付ける。このときの、押し付け量は、一様伸びの範囲とし、繰り返しによる一様の範囲は(εn:nは繰り返し回数)はε1>ε2>ε3とするのが望ましい。
管の厚さは、1.0mm〜15.0mmを特徴としている。また、管の厚さの単位をmm、管の外径の単位をmとして、シームレス管及び溶接管は、管の厚さと外径の比(厚さ/外径)が0.8〜1.5又は10〜30であることを特徴としている。0.8〜1.5は主として容器に適用するベローズであり、10〜20は主として配管に適用するベローズである。
In the molding process, the mold is placed outside the raw tube and pressed from the inside with hydraulic pressure. At this time, the pressing amount is preferably in the range of uniform elongation, and the uniform range by repetition (εn: n is the number of repetitions) is preferably ε1>ε2> ε3.
The thickness of the tube is characterized by 1.0 mm to 15.0 mm. In addition, assuming that the unit of the thickness of the pipe is mm and the unit of the outer diameter of the pipe is m, the ratio of the pipe thickness to the outer diameter (thickness / outer diameter) is 0.8 to 1. 5 or 10-30. 0.8 to 1.5 are bellows mainly applied to containers, and 10 to 20 are bellows mainly applied to piping.
本発明のベローズは、成型終了後に、熱処理により内面残留応力を除去することを特徴とし、さらに、熱処理後外表面又は内表面に表面硬化処理を施すことを特徴としている。 The bellows of the present invention is characterized in that the inner surface residual stress is removed by heat treatment after completion of molding, and further, a surface hardening treatment is performed on the outer surface or the inner surface after the heat treatment.
本発明のベローズは、熱変化による変形を吸収することを目的としたものである。この熱変化は、高温機器の起動・停止により繰り返し負荷される場合が多い。この繰り返し温度変化により、ベローズは熱疲労による損傷の発生が懸念される。この熱疲労損傷は、従来知見から材料内部ではなく、表面に発生する。この表面に発生する熱疲労損傷を防止する目的で、熱処理後外表面又は内表面に表面硬化処理を施すものである。表面硬化処理を施す前に熱処理を施すのは、熱処理により内面残留応力を除去し、熱変形を吸収するための内面の塑性変形能を確保するためである。 The bellows of the present invention is intended to absorb deformation due to thermal changes. This thermal change is often repeatedly applied by starting and stopping high temperature equipment. Due to this repeated temperature change, the bellows may be damaged due to thermal fatigue. This thermal fatigue damage occurs not on the inside of the material but on the surface based on conventional knowledge. In order to prevent thermal fatigue damage occurring on the surface, the outer surface or the inner surface is subjected to a surface hardening treatment after the heat treatment. The reason why the heat treatment is performed before the surface hardening treatment is to remove the inner surface residual stress by the heat treatment and ensure the plastic deformability of the inner surface for absorbing the thermal deformation.
本発明のベローズを高速増殖炉発電プラントに適用する場合、対象は1次主循環ポンプ、中間熱交換器を有する1次系、2次主循環ポンプ及び蒸気発生器を有する2次系である。 When the bellows of the present invention is applied to a fast breeder reactor power plant, the target is a primary system having a primary main circulation pump, a primary system having an intermediate heat exchanger, a secondary main circulation pump, and a secondary system having a steam generator.
1次系及び2次系にはそれぞれ各配管が配置されており、これらの配管には高温の溶融したNaが循環している。Naの温度はプラント機器により異なり、最高温度としては500℃、550℃、600℃の各温度に設定されている。本発明のベローズは1次系及び2次系における各機器及び配管の熱膨張を吸収する目的で設置されるものである。 Each pipe is arranged in each of the primary system and the secondary system, and high-temperature molten Na is circulated through these pipes. The temperature of Na varies depending on plant equipment, and the maximum temperature is set to 500 ° C., 550 ° C., and 600 ° C., respectively. The bellows of the present invention is installed for the purpose of absorbing the thermal expansion of each device and piping in the primary system and the secondary system.
この高速増殖炉に用いるベローズは、温度、圧力、熱変動量等により形状が異なるが、機器又は配管系の接続は溶接により実施される。この場合、特に、ベローズとベローズと同種の耐熱鋼にて製作された短管にて構成されることを特徴としたユニバーサル式ベローズを用いることにより、配管系の長さや、配置を制御しやすくなる。 The bellows used in this fast breeder reactor differs in shape depending on temperature, pressure, heat fluctuation amount, etc., but the connection of equipment or piping system is carried out by welding. In this case, it becomes easy to control the length and arrangement of the piping system by using a universal bellows, which is characterized by a short tube made of the same kind of heat-resistant steel as bellows and bellows. .
本発明によれば、高温で用いる機器及び配管から異材継手の使用を排除することができ、同材継手のみよる機器及び配管を用いることが可能になるので、高温機器及び配管に対して高い信頼性と長寿命が与えられ、機器の軽量化も図れる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the use of dissimilar joints from equipment and piping used at high temperatures, and it is possible to use equipment and piping using only joints of the same material, so high reliability for high temperature equipment and piping. Performance and long life, and weight reduction of equipment.
また、本発明によれば、高速増殖炉施設に適用した場合、高速増殖炉1次系配管の断熱材敷設方法の簡素化による漏洩監視の簡素化が図れ、施設の信頼性及び安全性を向上することができる。 Further, according to the present invention, when applied to a fast breeder reactor facility, leakage monitoring can be simplified by simplifying a method of laying a heat insulating material for the fast breeder reactor primary system piping, thereby improving the reliability and safety of the facility. can do.
(実施例1)
表1に示すNo.1〜No.5の組成の合金を真空誘導溶解により鋳造し、10kgのインゴットを得た。このインゴットを1150℃で30mm角の棒に鍛造後、1050℃×2時間の加熱、油中冷却の焼入れ、760℃×2時間の焼もどしをこの順に行なって試料を作製した。しかる後に、それぞれの試料について引張試験及びクリープ破断試験を実施した。
No. shown in Table 1. 1-No. An alloy having a composition of 5 was cast by vacuum induction melting to obtain a 10 kg ingot. The ingot was forged into a 30 mm square bar at 1150 ° C., and then heated at 1050 ° C. for 2 hours, quenched in oil, and tempered at 760 ° C. for 2 hours in this order to prepare a sample. Thereafter, a tensile test and a creep rupture test were performed on each sample.
表2はNo.1の試験結果を示す。室温における引張強さは1080MPa以上の高い値を示しており、高速増殖炉に適用した場合の使用温度である500〜550℃においても660から770MPa程度と高い値であった。更に、10万時間クリープ破断強度においても500℃では350MPa以上、550℃では200MPa以上の高いクリープ破断寿命が得られることがわかる。伸び率はいずれの温度でも10〜20%、絞り率は55〜85%の高い値を示している。
表3はNo.2の試験結果を示す。室温における引張強さは700MPa以上の値を示しており、高速増殖炉に適用した場合の使用温度である500〜550℃においても460から490MPaと高い値であった。更に、伸び率はいずれの温度でも20%以上、絞りはいずれの温度でも75%以上と高い値を示している。
表4はNo.3の試験結果を示す。室温における引張強さは900MPa以上の値を示しており、高速増殖炉に適用した場合の使用温度での500〜600℃においても580から660MPa程度と高い値であった。更に、伸び率はいずれの温度でも17%以上、絞りはいずれの温度でも56%以上の高い値を示している。なお、No.4は、引張強度及び10万時間クリープ強度に関しては、No.3よりも若干高い値を示しており、破断伸び及び破断絞りに関しては、No.3と同等であった。
表5はNo.5の試験結果を示す。室温における引張強さは820MPa以上の値を示しており、高速増殖炉に適用した場合の使用温度での500〜600℃においても550から600MPa程度と高い値であった。更に、伸び率はいずれの温度でも20%以上、絞りはいずれの温度でも70%以上の高い値を示している。
(実施例2)
表1に示すNo.2の組成の合金を用いて肉厚が10mmのシームレス管を作製し、このシームレス管をベローズ素管としてベローズの製作を行った。
(Example 2)
No. shown in Table 1. A seamless tube having a thickness of 10 mm was prepared using an alloy having the composition of 2, and a bellows was manufactured using the seamless tube as a bellows base tube.
ベローズの製作は、焼きなまし熱処理と成型加工とを交互に3回繰り返すことにより行い、最終的に肉厚(mm)/外径(m)=15、ピッチ=60mm、山高=100mmのベローズ蛇腹部を有するベローズ4を得た。
The bellows is manufactured by repeating annealing heat treatment and molding three times alternately, and finally the bellows bellows having a thickness (mm) / outer diameter (m) = 15, pitch = 60 mm, and mountain height = 100 mm. The
成型加工は、図1に示すように、山高が小さい金型2a、山高が中ぐらいの金型2b、山高が大きい金型2cをそれぞれ第1回目の成型加工用の金型、第2回目の成型加工用の金型、第3回目の成型加工用の金型として用い、各回の成型加工において、金型2a,2b,2cをシームレス管1又は中間品の外側に設置し、液圧装置3によりシームレス管1又は中間品の内側から液圧を加えて、シームレス管1又は中間品を金型2a,2b,2cに押し付けることにより行った。各回の押し付け量は、一様伸びの範囲内とした。また、焼きなまし熱処理は720℃で30分とした。
与えた変形(一様伸び)(εn:nは繰り返し回数)は、ε1、ε2、ε3それぞれ15%、10%、8%である。
As shown in FIG. 1, in the molding process, a mold 2a having a small mountain height, a mold 2b having a medium height, and a mold 2c having a large mountain height are respectively used as a mold for the first molding, The mold 2a, 2b, 2c is used outside the
The applied deformation (uniform elongation) (εn: n is the number of repetitions) is 15%, 10%, and 8% for ε1, ε2, and ε3, respectively.
(実施例3)
表1に示すNo.2の組成の合金を用いて試験片を作製し、表面処理と疲労強度についての試験を実施した。疲労試験片の表面にピーニングを施し、表面硬化層を与えた。この表面硬化層は、ピーニングを与えたことにより圧縮残留応力を有している。疲労試験結果を表6に示す。表面に圧縮応力が残留した硬化層を有する試験片の疲労強度は、硬化層を有しない熱処理のままの試験片よりも約1.5倍の疲労強度を有している。ベローズ成型後、成型時に生じた残留応力を除去する熱処理を与えた後、ピーニングにより圧縮の表面硬化層を与えることで疲労強度に優れたベローズを得ることが出来る。
No. shown in Table 1. A test piece was prepared using an alloy having a composition of 2, and tests for surface treatment and fatigue strength were performed. The surface of the fatigue test piece was peened to give a hardened surface layer. The surface hardened layer has compressive residual stress due to the peening. Table 6 shows the fatigue test results. The fatigue strength of a test piece having a hardened layer with a compressive stress remaining on the surface is about 1.5 times that of a test piece that has been heat-treated without a hardened layer. After the bellows molding, a heat treatment for removing the residual stress generated at the time of molding is given, and then a bellows having excellent fatigue strength can be obtained by giving a compression hardened layer by peening.
(実施例4)
図2は本発明に係る高速増殖炉発電プラントの系統図である。本プラントは、1次主循環ポンプ11、原子炉12、中間熱交換器13及び1次系配管14を有する1次系、2次主循環ポンプ15、蒸気発生器16及び2次系配管17を有する2次系、更に蒸気タービン18を中心とする水―蒸気系を有するものである。1次系及び2次系における各配管には高温の溶融したNaが循環している。Naの温度はプラントの機器により異なり、最高温度は運転温度によって500℃、550℃、及び600℃の各温度に設定されている。本発明は1次系及び2次系における各機器及び配管に前述したベローズ4が用いられるものである。
Example 4
FIG. 2 is a system diagram of a fast breeder reactor power plant according to the present invention. This plant includes a primary system, a secondary
1次系及び2次系配管の構造を図2中の拡大図に示す。配管は、内管19、外管20、エルボ21、前記のようにして作製されたベローズ蛇腹部を有するベローズ4及び短管23等から構成されている。複数のベローズと短管とを組み合わせたものをユニバーサル式ベローズ、ユニバーサル式ベローズと配管及びエルボとを組み合わせたものを高速増殖炉用配管システムと言う。
The structure of the primary system and the secondary system piping is shown in an enlarged view in FIG. The pipe is composed of an
機器には、管の厚さの単位をmm、管の外径の単位をmとして、管の厚さと外径の比(厚さ/外径)が0.8〜1.5のベローズを、また各配管には10〜30のベローズを用いる。高速増殖炉において、中間熱交換器(機器)及び1次系配管(配管)に用いるベローズの管の厚さ及び外径を表7に示す。
以上の本実施例によれば、Naと接する容器・配管の構造部に構造部材と同材質により製作されたベローズを用いることにより、熱膨張の差異による熱ひずみの発生が抑制されると共に、Naに関係する熱化学的な材料の構成元素の移動が起こりにくく、材料特性の変化の少ない長寿命のプラントが得られる。 According to the above embodiment, by using the bellows made of the same material as the structural member for the container / pipe structure in contact with Na, the occurrence of thermal strain due to the difference in thermal expansion is suppressed, and Na It is difficult for the constituent elements of the thermochemical material related to the movement to occur, and a long-life plant with little change in material properties can be obtained.
1 ベローズ素管
2a,2b,2c 金型
3 液圧装置
4 ベローズ
11 1次主循環ポンプ
12 原子炉
13 中間熱交換器
14 1次系配管
15 2次主循環ポンプ
16 蒸気発生器
17 2次系配管
18 蒸気タービン
19 内管
20 外管
21 エルボ
23 短管
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