JP2003202391A - 原子炉部材の表面処理方法及び該表面処理方法を用いた原子炉部材の製造方法 - Google Patents
原子炉部材の表面処理方法及び該表面処理方法を用いた原子炉部材の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低応力で応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する
原因と考えられている表面層であるＣｒ欠乏層及び加工
硬化層を効果的に除去する原子炉部材の表面処理方法を
提供する。 【解決手段】 原子炉部材に曲げ加工を施した（ステッ
プ１）後に熱処理を施す（ステップ２）ことにより、該
曲げ加工により加工硬化層が生成されると共に該熱処理
により付着した酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成された前
記原子炉部材の表面処理方法であって、前記加工硬化層
及び前記Ｃｒ欠乏層を前記原子炉部材から除去するため
に、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、表面切削、表面
還元・軟化、ウェットブラスト及びレーザー加工の内の
いずれか１つの方法を用いる（ステップ３）原子炉部材
の表面処理方法。
原因と考えられている表面層であるＣｒ欠乏層及び加工
硬化層を効果的に除去する原子炉部材の表面処理方法を
提供する。 【解決手段】 原子炉部材に曲げ加工を施した（ステッ
プ１）後に熱処理を施す（ステップ２）ことにより、該
曲げ加工により加工硬化層が生成されると共に該熱処理
により付着した酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成された前
記原子炉部材の表面処理方法であって、前記加工硬化層
及び前記Ｃｒ欠乏層を前記原子炉部材から除去するため
に、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、表面切削、表面
還元・軟化、ウェットブラスト及びレーザー加工の内の
いずれか１つの方法を用いる（ステップ３）原子炉部材
の表面処理方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加圧水型原子炉用
の燃料集合体に関し、特に、上部ノズルのリーフスプリ
ングの表面処理方法に関する。
の燃料集合体に関し、特に、上部ノズルのリーフスプリ
ングの表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、一般的に加圧水型原子炉におい
て使用されている燃料集合体の概要図であり、図５は、
リーフスプリングの概要図である。図４において、燃料
集合体１は、上下に離間されて配置された上部ノズル２
及び下部ノズル３と、これらの間に所定の間隔をおいて
配置され且つストラップにより形成された格子空間を有
する複数のグリッド４と、このグリッド４の格子空間内
で所定の配置に挿通され且つグリッド４の固定部より固
定されると共に、各々の上及び下端部を上部ノズル２及
び下部ノズル３に連結された制御棒案内管５と、グリッ
ド４の支持部により弾性的に支持された多数の燃料棒６
とから構成されている。そして、燃料集合体１は、炉心
（図示せず）内では、炉内構造物の上部炉心板７と下部
炉心板８とによって保持される。
て使用されている燃料集合体の概要図であり、図５は、
リーフスプリングの概要図である。図４において、燃料
集合体１は、上下に離間されて配置された上部ノズル２
及び下部ノズル３と、これらの間に所定の間隔をおいて
配置され且つストラップにより形成された格子空間を有
する複数のグリッド４と、このグリッド４の格子空間内
で所定の配置に挿通され且つグリッド４の固定部より固
定されると共に、各々の上及び下端部を上部ノズル２及
び下部ノズル３に連結された制御棒案内管５と、グリッ
ド４の支持部により弾性的に支持された多数の燃料棒６
とから構成されている。そして、燃料集合体１は、炉心
（図示せず）内では、炉内構造物の上部炉心板７と下部
炉心板８とによって保持される。
【０００３】上部ノズル２には、この上部ノズル２と上
部炉心板７との間に配設されるリーフスプリング９が配
設されている。このリーフスプリング９は、燃料集合体
１の照射による伸びや、燃料集合体１と炉内構造物との
熱膨張差を吸収し、下方から流入する冷却水による燃料
集合体１の浮き上がりを防止する機能を有している。
部炉心板７との間に配設されるリーフスプリング９が配
設されている。このリーフスプリング９は、燃料集合体
１の照射による伸びや、燃料集合体１と炉内構造物との
熱膨張差を吸収し、下方から流入する冷却水による燃料
集合体１の浮き上がりを防止する機能を有している。
【０００４】一般に、燃料集合体１は、燃料棒６の配列
の数により１７×１７型、１５×１５型、１４×１４型
などに分類される。図２には、一例として、１７×１７
型のリーフスプリング９の構造が示してある。リーフス
プリング９は、上部スプリング１０及び下部スプリング
１１から構成され、下部スプリング１１は、２枚の板材
から構成されている。
の数により１７×１７型、１５×１５型、１４×１４型
などに分類される。図２には、一例として、１７×１７
型のリーフスプリング９の構造が示してある。リーフス
プリング９は、上部スプリング１０及び下部スプリング
１１から構成され、下部スプリング１１は、２枚の板材
から構成されている。
【０００５】図５（ｂ）は、図５（ａ）の一点鎖線で囲
まれたＡ部の拡大詳細図であるが、この図から分かるよ
うに、上部スプリング１０は、曲部１２と鉛直部１３と
を有し、鉛直部１３には段部１４が設けられている。下
部スプリング１１には、貫通孔１５が設けられ、上部ス
プリング１０の鉛直部１３を貫通孔１５に挿入すると、
段部１４で上部スプリング１０と下部スプリング１１と
が接触し、一体構造になるようになっている。
まれたＡ部の拡大詳細図であるが、この図から分かるよ
うに、上部スプリング１０は、曲部１２と鉛直部１３と
を有し、鉛直部１３には段部１４が設けられている。下
部スプリング１１には、貫通孔１５が設けられ、上部ス
プリング１０の鉛直部１３を貫通孔１５に挿入すると、
段部１４で上部スプリング１０と下部スプリング１１と
が接触し、一体構造になるようになっている。
【０００６】また、リーフスプリング９は、上部ノズル
２に固定するために、その付根部１６が水平な構造、す
なわち、上部ノズル２の上部面と平行な構造になってお
り、取付ボルト１７により上部ノズル２へ固定されてい
る。一方、リーフスプリング９は、押さえ力を発生させ
るために、その上端（曲部１２近傍）が上部炉心板７に
接触するような形状になっている。そのため、リーフス
プリング９は、その付根部１６近傍で、上方に向かって
比較的大きな角度で曲げられている。なお、リーフスプ
リング９の材料としては、必要なばね力を得るために、
耐力の高い析出硬化型ニッケル基合金（インコネル７１
８）を用いている。
２に固定するために、その付根部１６が水平な構造、す
なわち、上部ノズル２の上部面と平行な構造になってお
り、取付ボルト１７により上部ノズル２へ固定されてい
る。一方、リーフスプリング９は、押さえ力を発生させ
るために、その上端（曲部１２近傍）が上部炉心板７に
接触するような形状になっている。そのため、リーフス
プリング９は、その付根部１６近傍で、上方に向かって
比較的大きな角度で曲げられている。なお、リーフスプ
リング９の材料としては、必要なばね力を得るために、
耐力の高い析出硬化型ニッケル基合金（インコネル７１
８）を用いている。
【０００７】一般に、燃料集合体１は、原子炉内で一次
冷却材に浸漬されて使用するが、リーフスプリング９に
は、原子炉内で使用する際に応力が発生し、高温の一次
冷却材によりリーフスプリング９に応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）を発生する可能性がある。また、一次冷却材と接触
するリーフスプリング材の表面状態が、応力腐食割れ
（ＳＣＣ）に影響することが考えられている。
冷却材に浸漬されて使用するが、リーフスプリング９に
は、原子炉内で使用する際に応力が発生し、高温の一次
冷却材によりリーフスプリング９に応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）を発生する可能性がある。また、一次冷却材と接触
するリーフスプリング材の表面状態が、応力腐食割れ
（ＳＣＣ）に影響することが考えられている。
【０００８】このような現状におけるリーフスプリング
の従来の製造工程を、図６を用いて簡単に説明する。上
述したように、リーフスプリング９は、その付根部１６
を上部ノズル２に固定するため、水平な構造とする必要
があるが、必要な押さえ力を発生させるために、その上
端は、上部炉心板７に接触するような形状になってい
る。そのため、リーフスプリング９の付根部１６を上方
に曲げるように曲げ加工をする（ステップ１）。この曲
げ加工は、比較的大きな角度で曲げられるため、加工性
の観点から熱処理（ステップ２）前に行う必要がある。
の従来の製造工程を、図６を用いて簡単に説明する。上
述したように、リーフスプリング９は、その付根部１６
を上部ノズル２に固定するため、水平な構造とする必要
があるが、必要な押さえ力を発生させるために、その上
端は、上部炉心板７に接触するような形状になってい
る。そのため、リーフスプリング９の付根部１６を上方
に曲げるように曲げ加工をする（ステップ１）。この曲
げ加工は、比較的大きな角度で曲げられるため、加工性
の観点から熱処理（ステップ２）前に行う必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱処理
前に曲げ加工を実施するため、曲げ加工部には、熱処理
による酸化膜が付着してしまい、この酸化膜によりＣｒ
欠乏層が形成されてしまうという問題点があった。この
酸化膜を除去するためには、通常、表面を研削すること
によって行うが、曲げ加工（ステップ１）の後であるた
め、通常の研削工法では研磨することが非常に難しく、
現状では、曲げ加工部は研磨しないままの状態としてい
る。そのため、曲げ部には、曲げ加工によって加工硬化
層が残留することに加え、この酸化膜によりＣｒ欠乏層
が形成されるため、リーフスプリング９の耐応力腐食割
れ特性（耐ＳＣＣ特性）を低下させる可能性があった。
前に曲げ加工を実施するため、曲げ加工部には、熱処理
による酸化膜が付着してしまい、この酸化膜によりＣｒ
欠乏層が形成されてしまうという問題点があった。この
酸化膜を除去するためには、通常、表面を研削すること
によって行うが、曲げ加工（ステップ１）の後であるた
め、通常の研削工法では研磨することが非常に難しく、
現状では、曲げ加工部は研磨しないままの状態としてい
る。そのため、曲げ部には、曲げ加工によって加工硬化
層が残留することに加え、この酸化膜によりＣｒ欠乏層
が形成されるため、リーフスプリング９の耐応力腐食割
れ特性（耐ＳＣＣ特性）を低下させる可能性があった。
【００１０】また、リーフスプリング９の表面処理とし
ては、従来より、熱処理（ステップ２）を行った後の最
終機械加工後（ステップ３）において、製品の美観確保
のために、ガラスビーズブラスト（ＧＢＢ）処理により
酸化膜を除去する方法が取られていた。しかしながら、
このガラスビーズブラスト（ＧＢＢ）によって金属部の
Ｃｒ欠乏層まで削り取ることは難しく、あまり強くガラ
スビーズブラスト（ＧＢＢ）を施すことにより、新たな
加工硬化層が生じてしまう恐れがあり、好ましくなかっ
た。
ては、従来より、熱処理（ステップ２）を行った後の最
終機械加工後（ステップ３）において、製品の美観確保
のために、ガラスビーズブラスト（ＧＢＢ）処理により
酸化膜を除去する方法が取られていた。しかしながら、
このガラスビーズブラスト（ＧＢＢ）によって金属部の
Ｃｒ欠乏層まで削り取ることは難しく、あまり強くガラ
スビーズブラスト（ＧＢＢ）を施すことにより、新たな
加工硬化層が生じてしまう恐れがあり、好ましくなかっ
た。
【００１１】上述した課題は、潜在要因であるが、低応
力で応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する原因と考えられ
ている。すなわち、Ｃｒ欠乏層は、表面の耐食性を悪化
させ、一方、表面加工硬化層は、初期き裂を生じ易くす
るものである。
力で応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する原因と考えられ
ている。すなわち、Ｃｒ欠乏層は、表面の耐食性を悪化
させ、一方、表面加工硬化層は、初期き裂を生じ易くす
るものである。
【００１２】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、表面層であるＣ
ｒ欠乏層及び加工硬化層を効果的に除去する原子炉部材
の表面処理方法を提供することを主な目的とするもので
ある。
問題を解決するためになされたもので、表面層であるＣ
ｒ欠乏層及び加工硬化層を効果的に除去する原子炉部材
の表面処理方法を提供することを主な目的とするもので
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、原子炉部材に曲げ加工
をした後に熱処理を施すことにより、該曲げ加工により
加工硬化層が生成されると共に該熱処理により付着した
酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成される前記原子炉部材の
表面処理方法であって、前記加工硬化層及び前記Ｃｒ欠
乏層を前記原子炉部材から除去するために、酸洗、研
削、電解研磨、放電加工、表面切削、表面還元・軟化、
ウェットブラスト及びレーザー加工の内のいずれか１つ
の方法を用いることを特徴とする。
め、請求項１に記載の本発明は、原子炉部材に曲げ加工
をした後に熱処理を施すことにより、該曲げ加工により
加工硬化層が生成されると共に該熱処理により付着した
酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成される前記原子炉部材の
表面処理方法であって、前記加工硬化層及び前記Ｃｒ欠
乏層を前記原子炉部材から除去するために、酸洗、研
削、電解研磨、放電加工、表面切削、表面還元・軟化、
ウェットブラスト及びレーザー加工の内のいずれか１つ
の方法を用いることを特徴とする。
【００１４】また、請求項２に記載の本発明は、原子炉
部材に曲げ加工を施した後に熱処理を施すことにより、
該曲げ加工により加工硬化層が生成されると共に該熱処
理により付着した酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成された
前記原子炉部材の表面処理方法であって、前記原子炉部
材の加工硬化層及びＣｒ欠乏層と一次冷却材との接触を
防止するために、表面めっきを施すことを特徴とする。
部材に曲げ加工を施した後に熱処理を施すことにより、
該曲げ加工により加工硬化層が生成されると共に該熱処
理により付着した酸化膜によるＣｒ欠乏層が形成された
前記原子炉部材の表面処理方法であって、前記原子炉部
材の加工硬化層及びＣｒ欠乏層と一次冷却材との接触を
防止するために、表面めっきを施すことを特徴とする。
【００１５】上述のような構成の表面加工方法による表
面処理を行なうことにより、原子炉部材表面のＣｒ欠乏
層及び表面加工硬化層の除去、あるいはＣｒ欠乏層と加
工硬化層の一次冷却材との接触を防止することが可能と
なる。
面処理を行なうことにより、原子炉部材表面のＣｒ欠乏
層及び表面加工硬化層の除去、あるいはＣｒ欠乏層と加
工硬化層の一次冷却材との接触を防止することが可能と
なる。
【００１６】表面処理は、研磨代が１μｍ〜１００μｍ
の範囲に、表面粗さが０．１ａ〜０．４ａの範囲になる
ように施すことが好ましく、また、研磨代が７５μｍ
に、表面粗さが０．２ａになるように施すことがさらに
好ましい。なお、本発明が適用される原子炉部材として
は、加圧水型原子炉用燃料集合体の上部ノズルに配設さ
れたリーフスプリングが好適である。
の範囲に、表面粗さが０．１ａ〜０．４ａの範囲になる
ように施すことが好ましく、また、研磨代が７５μｍ
に、表面粗さが０．２ａになるように施すことがさらに
好ましい。なお、本発明が適用される原子炉部材として
は、加圧水型原子炉用燃料集合体の上部ノズルに配設さ
れたリーフスプリングが好適である。
【００１７】本発明の別の局面によれば、原子炉部材の
製造方法は、（ｉ）前記原子炉部材を所定の角度に曲げ
る曲げ加工工程と、（ｉｉ）曲げ加工された前記原子炉
部材を熱処理する熱処理工程と、（ｉｉｉ）前記曲げ加
工により生成された加工硬化層、及び前記熱処理により
付着した酸化膜によって形成されるＣｒ欠乏層を前記原
子炉部材から除去するための、あるいは、前記原子炉部
材の該加工硬化層及び該Ｃｒ欠乏層と一次冷却材との接
触を防止するための表面処理工程と、（ｉｖ）前記原子
炉部材を仕上る最終仕上げ工法と、からなることを特徴
とする。
製造方法は、（ｉ）前記原子炉部材を所定の角度に曲げ
る曲げ加工工程と、（ｉｉ）曲げ加工された前記原子炉
部材を熱処理する熱処理工程と、（ｉｉｉ）前記曲げ加
工により生成された加工硬化層、及び前記熱処理により
付着した酸化膜によって形成されるＣｒ欠乏層を前記原
子炉部材から除去するための、あるいは、前記原子炉部
材の該加工硬化層及び該Ｃｒ欠乏層と一次冷却材との接
触を防止するための表面処理工程と、（ｉｖ）前記原子
炉部材を仕上る最終仕上げ工法と、からなることを特徴
とする。
【００１８】上述のような構成の表面加工方法による表
面処理を行なうことにより、部材表面のＣｒ欠乏層及び
表面加工硬化層の除去、あるいはＣｒ欠乏層と加工硬化
層の一次冷却材との接触を防止することが可能となり、
応力腐食割れが生じ難い原子炉部材を形成することがで
きる。
面処理を行なうことにより、部材表面のＣｒ欠乏層及び
表面加工硬化層の除去、あるいはＣｒ欠乏層と加工硬化
層の一次冷却材との接触を防止することが可能となり、
応力腐食割れが生じ難い原子炉部材を形成することがで
きる。
【００１９】なお、前記熱処理により付着した酸化膜に
よって形成されるＣｒ欠乏層を原子炉部材から除去する
表面処理工程は、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、表
面切削、表面還元・軟化、ウェットブラスト及びレーザ
ー加工の内のいずれか１つであることが望ましく、ま
た、前記原子炉部材の加工硬化層及びＣｒ欠乏層と一次
冷却材との接触を防止するための表面処理工程は、表面
めっきであることが望ましい。
よって形成されるＣｒ欠乏層を原子炉部材から除去する
表面処理工程は、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、表
面切削、表面還元・軟化、ウェットブラスト及びレーザ
ー加工の内のいずれか１つであることが望ましく、ま
た、前記原子炉部材の加工硬化層及びＣｒ欠乏層と一次
冷却材との接触を防止するための表面処理工程は、表面
めっきであることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。
【００２１】前述した通り、現状の工法では、曲げ加工
部にＣｒ欠乏層及び加工硬化層が残留するため、耐応力
腐食割れ特性（耐ＳＣＣ特性）を向上させるには、この
Ｃｒ欠乏層及び加工硬化層を効率よく除去する必要があ
る。ここで、本発明において十分な効果があり、且つ、
加工コスト上悪影響を及ぼさないようにＣｒ欠乏層及び
加工硬化層を除去するための研磨条件を下記のように考
案した。
部にＣｒ欠乏層及び加工硬化層が残留するため、耐応力
腐食割れ特性（耐ＳＣＣ特性）を向上させるには、この
Ｃｒ欠乏層及び加工硬化層を効率よく除去する必要があ
る。ここで、本発明において十分な効果があり、且つ、
加工コスト上悪影響を及ぼさないようにＣｒ欠乏層及び
加工硬化層を除去するための研磨条件を下記のように考
案した。
【００２２】［Ｃｒ欠乏層］まず、Ｃｒ欠乏層につい
て、リーフスプリングの時効処理後のＣｒ濃度、酸素濃
度の元素分析を行った。この結果を、図２に示す。表面
の０．２μｍの範囲において、酸化物によるクロム酸化
物が生成されている。そして、この酸化物によってＣｒ
濃度、酸素濃度とも高くなっている様子が観察された。
この酸化物から更に表面から離れた部分については、Ｃ
ｒ濃度が急激に低下し、表面から離れるにしたがって、
Ｃｒ濃度が徐々に回復しているが、母材に比べてＣｒ濃
度が低下している様子が分かる。このＣｒ濃度の低下範
囲は、表面から約１μｍの範囲となっている。
て、リーフスプリングの時効処理後のＣｒ濃度、酸素濃
度の元素分析を行った。この結果を、図２に示す。表面
の０．２μｍの範囲において、酸化物によるクロム酸化
物が生成されている。そして、この酸化物によってＣｒ
濃度、酸素濃度とも高くなっている様子が観察された。
この酸化物から更に表面から離れた部分については、Ｃ
ｒ濃度が急激に低下し、表面から離れるにしたがって、
Ｃｒ濃度が徐々に回復しているが、母材に比べてＣｒ濃
度が低下している様子が分かる。このＣｒ濃度の低下範
囲は、表面から約１μｍの範囲となっている。
【００２３】［曲げ加工硬化層］次に、曲げ加工硬化層
であるが、曲げ加工後のスプリング断面の板厚方向に対
して、マイクロビッカースによる硬さ試験を実施した。
この結果を、図３に示す。この結果から、リーフスプリ
ングを曲げることにより、５０μｍの範囲で硬度が増加
していることが分かった。
であるが、曲げ加工後のスプリング断面の板厚方向に対
して、マイクロビッカースによる硬さ試験を実施した。
この結果を、図３に示す。この結果から、リーフスプリ
ングを曲げることにより、５０μｍの範囲で硬度が増加
していることが分かった。
【００２４】上述した２種類の試験の結果、Ｃｒ欠乏層
よりも加工硬化層の方が広いことが見て取れ、この観点
から、研磨条件を定めればよいことが分かる。従って、
加工硬化層を確実に研磨するために、研磨代は、５０μ
ｍ以上とすればよい。しかしながら、曲げ加工の度合い
によって加工硬化層が５０μmよりも小さくなる可能性
があるため、上記Ｃｒ濃度低減域をカバーできるよう
に、最低１μｍ以上の研磨を施すこととする。
よりも加工硬化層の方が広いことが見て取れ、この観点
から、研磨条件を定めればよいことが分かる。従って、
加工硬化層を確実に研磨するために、研磨代は、５０μ
ｍ以上とすればよい。しかしながら、曲げ加工の度合い
によって加工硬化層が５０μmよりも小さくなる可能性
があるため、上記Ｃｒ濃度低減域をカバーできるよう
に、最低１μｍ以上の研磨を施すこととする。
【００２５】一方、研磨代が大きいと、熱処理後の材料
であり硬度が高いため、研磨時間が掛かりコストが増大
する。従って、コストの観点からは、研磨代は、小さい
ほうがよい。従って、研磨代は、１００μｍ以下に押さ
えることが望ましい。
であり硬度が高いため、研磨時間が掛かりコストが増大
する。従って、コストの観点からは、研磨代は、小さい
ほうがよい。従って、研磨代は、１００μｍ以下に押さ
えることが望ましい。
【００２６】以上の考察より、研磨代及び研磨後の表面
粗さの最適値及び範囲を下記の通りとする。 （最適値） （範 囲） 研磨代 ： ７５μｍ ， １μｍ〜１００μｍ 表面粗さ ： ０．２ａ ， ０．１ａ〜０．４ａ
粗さの最適値及び範囲を下記の通りとする。 （最適値） （範 囲） 研磨代 ： ７５μｍ ， １μｍ〜１００μｍ 表面粗さ ： ０．２ａ ， ０．１ａ〜０．４ａ
【００２７】本発明の創作者は、上述したような範囲で
の研磨を実施したリーフスプリングが従来のものに比べ
て耐応力腐食割れ特性（耐ＳＣＣ特性）が向上すること
を確認した。
の研磨を実施したリーフスプリングが従来のものに比べ
て耐応力腐食割れ特性（耐ＳＣＣ特性）が向上すること
を確認した。
【００２８】本発明においては、仕上工程の前に、上記
のような研磨を含む表面処理を行うことにより、リーフ
スプリングの応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生を防止して
いる。図１に、本発明を適用したリーフスプリング製造
工程を示す。この図から分かるように、従来の製造工程
（図６参照）と相違する点は、熱処理工程（ステップ
２）と仕上げ工程（ステップ４）との間に、研磨工程
（ステップ３）を含む表面処理工程を施している点であ
る。以下に、リーフスプリングの熱処理後の表面処理と
して、上記の研磨条件をスプリング加工上、効率よく実
現するために種々の表面加工方法を列挙する。
のような研磨を含む表面処理を行うことにより、リーフ
スプリングの応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生を防止して
いる。図１に、本発明を適用したリーフスプリング製造
工程を示す。この図から分かるように、従来の製造工程
（図６参照）と相違する点は、熱処理工程（ステップ
２）と仕上げ工程（ステップ４）との間に、研磨工程
（ステップ３）を含む表面処理工程を施している点であ
る。以下に、リーフスプリングの熱処理後の表面処理と
して、上記の研磨条件をスプリング加工上、効率よく実
現するために種々の表面加工方法を列挙する。
【００２９】［リーフスプリング表面のＣｒ欠乏層及び
表面加工硬化層の除去］ （１）酸 洗 時効処理後の表面皮膜を硝酸等により除去するものであ
り、リーフスプリングの応力腐食割れ（ＳＣＣ）を生じ
易い高応力部位を含む表面の部分を溶かして取る。この
ためには、酸濃度・時間・温度等を管理し、エッチング
量をコントロールする。
表面加工硬化層の除去］ （１）酸 洗 時効処理後の表面皮膜を硝酸等により除去するものであ
り、リーフスプリングの応力腐食割れ（ＳＣＣ）を生じ
易い高応力部位を含む表面の部分を溶かして取る。この
ためには、酸濃度・時間・温度等を管理し、エッチング
量をコントロールする。
【００３０】（２）研 削
時効処理後の表面皮膜を機械工具又は手作業により研削
除去するものであり、熱処理後の形状寸法を測定し、各
加工部位の加工量を求め、研削する。又、加工部位によ
り、研削砥石の形状及び使用工具を変更して研削する。
除去するものであり、熱処理後の形状寸法を測定し、各
加工部位の加工量を求め、研削する。又、加工部位によ
り、研削砥石の形状及び使用工具を変更して研削する。
【００３１】（３）電解研磨
時効処理後の表面皮膜を電解エッチングにより除去する
ものであり、金属に応じた電解研磨液の中で、対象物を
陽極とし直流電流を流し、対象物の表面を溶解させる。
ものであり、金属に応じた電解研磨液の中で、対象物を
陽極とし直流電流を流し、対象物の表面を溶解させる。
【００３２】（４）放電加工
時効処理後の表面皮膜を、放電加工により除去するもの
であり、リーフスプリングの形状に合わせた電極を製作
し、アーク放電により電極対向部に存在する表面層を除
去する。
であり、リーフスプリングの形状に合わせた電極を製作
し、アーク放電により電極対向部に存在する表面層を除
去する。
【００３３】（５）表面切削
厚板素材で成型したリーフスプリングを、ワイヤカット
により全表面を薄く所定寸法まで切削し、表面層を除去
する。
により全表面を薄く所定寸法まで切削し、表面層を除去
する。
【００３４】（６）表面還元・軟化
機械的に表面からＣｒ欠乏層を除去するのではなく、熱
処理に至らない低い温度で炉内を水素雰囲気（還元雰囲
気）としてリーフスプリングを加熱する。これにより、
ごく表面のみ焼なまし状態となって軟化して延性が大き
くなり、表面加工硬化層を消滅させる。またリーフスプ
リング表面のＣｒを含む酸化物が還元されることによ
り、金属母材中にＣｒを戻すことができ、Ｃｒ欠乏層を
消滅させる。
処理に至らない低い温度で炉内を水素雰囲気（還元雰囲
気）としてリーフスプリングを加熱する。これにより、
ごく表面のみ焼なまし状態となって軟化して延性が大き
くなり、表面加工硬化層を消滅させる。またリーフスプ
リング表面のＣｒを含む酸化物が還元されることによ
り、金属母材中にＣｒを戻すことができ、Ｃｒ欠乏層を
消滅させる。
【００３５】（７）ウェットブラスト
乾式であるガラスビーズブラスト（ＧＢＢ）でなく、水
＋砥材＋エア（圧縮空気）の複合作用を特徴とする湿式
ブラスト法により、表面層を除去する。
＋砥材＋エア（圧縮空気）の複合作用を特徴とする湿式
ブラスト法により、表面層を除去する。
【００３６】（８）レーザー加工
レーザー照射により、リーフスプリングの加工指定範囲
の表面層を除去する。
の表面層を除去する。
【００３７】［リーフスプリング表面のＣｒ欠乏層及び
加工硬化層と一次冷却材との接触の防止］ （９）表面めっき リーフスプリングにめっきを施し、表面のＣｒ欠乏層と
一次冷却材が接触することを防止する。
加工硬化層と一次冷却材との接触の防止］ （９）表面めっき リーフスプリングにめっきを施し、表面のＣｒ欠乏層と
一次冷却材が接触することを防止する。
【００３８】以上ような９種類の表面加工方法による表
面処理方法を熱処理後に施すことにより、従来からの課
題であるリーフスプリング表面のＣｒ欠乏層及び加工硬
化層を除去できる、あるいは、Ｃｒ欠乏層と加工硬化層
の一次冷却材との接触を防止することができる。
面処理方法を熱処理後に施すことにより、従来からの課
題であるリーフスプリング表面のＣｒ欠乏層及び加工硬
化層を除去できる、あるいは、Ｃｒ欠乏層と加工硬化層
の一次冷却材との接触を防止することができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明に係る表面加工方法による表面処
理を行なうことにより、熱処理によって生じるリーフス
プリング表面のＣｒ欠乏層及び表面加工硬化層の除去、
あるいはＣｒ欠乏層及び加工硬化層と一次冷却材との接
触を防止することが可能となり、応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）の発生を防止することができる。
理を行なうことにより、熱処理によって生じるリーフス
プリング表面のＣｒ欠乏層及び表面加工硬化層の除去、
あるいはＣｒ欠乏層及び加工硬化層と一次冷却材との接
触を防止することが可能となり、応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）の発生を防止することができる。
【図１】 本発明に係る製造工程を示す図である。
【図２】 時刻処理後リーフスプリング（曲げ部）の元
素分析結果を示すグラフである。
素分析結果を示すグラフである。
【図３】 時刻処理後リーフスプリング（曲げ部）の板
厚方向硬さ分布測定結果を示すグラフである。
厚方向硬さ分布測定結果を示すグラフである。
【図４】 一般的に加圧水型原子炉において使用されて
いる燃料集合体の概要図である。
いる燃料集合体の概要図である。
【図５】 リーフスプリングの概要図である。
【図６】 従来の製造工程を示す図である。
１…燃料集合体、２…上部ノズル、３…下部ノズル、４
…グリッド、５…制御棒案内管、６…燃料棒、７…上部
炉心板、８…下部炉心板、９…リーフスプリング、１０
…上部スプリング、１１…下部スプリング、１２…曲
部、１３…鉛直部、１４…段部、１５…貫通孔、１６…
付根部、１７…取付ボルト。
…グリッド、５…制御棒案内管、６…燃料棒、７…上部
炉心板、８…下部炉心板、９…リーフスプリング、１０
…上部スプリング、１１…下部スプリング、１２…曲
部、１３…鉛直部、１４…段部、１５…貫通孔、１６…
付根部、１７…取付ボルト。
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(72)発明者 山口 洋一郎
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 原子炉部材に曲げ加工をした後に熱処理
を施すことにより、該曲げ加工により加工硬化層が生成
されると共に該熱処理により付着した酸化膜によるＣｒ
欠乏層が形成される前記原子炉部材の表面処理方法であ
って、 前記加工硬化層及び前記Ｃｒ欠乏層を前記原子炉部材か
ら除去するために、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、
表面切削、表面還元・軟化、ウェットブラスト及びレー
ザー加工の内のいずれか１つの方法を用いる原子炉部材
の表面処理方法。 - 【請求項２】 原子炉部材に曲げ加工を施した後に熱処
理を施すことにより、該曲げ加工により加工硬化層が生
成されると共に該熱処理により付着した酸化膜によるＣ
ｒ欠乏層が形成された前記原子炉部材の表面処理方法で
あって、 前記原子炉部材の加工硬化層及びＣｒ欠乏層と一次冷却
材との接触を防止するために、表面めっきを施す原子炉
部材の表面処理方法。 - 【請求項３】 表面処理を、研磨代が１μｍ〜１００μ
ｍの範囲に、表面粗さが０．１ａ〜０．４ａの範囲にな
るように施す請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】 表面処理を、研磨代が７５μｍに、表面
粗さが０．２ａになるように施す請求項３に記載の方
法。 - 【請求項５】 前記原子炉部材は、加圧水型原子炉用燃
料集合体の上部ノズルに配設されたリーフスプリングで
ある請求項１乃至４の内のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 原子炉部材の製造方法であって、 前記原子炉部材を所定の角度に曲げる曲げ加工工程と、 曲げ加工された前記原子炉部材を熱処理する熱処理工程
と、 前記曲げ加工により生成された加工硬化層、及び前記熱
処理により付着した酸化膜によって形成されるＣｒ欠乏
層を前記原子炉部材から除去するための、あるいは、前
記原子炉部材の該加工硬化層及び該Ｃｒ欠乏層と一次冷
却材との接触を防止するための表面処理工程と、 前記原子炉部材を仕上る最終仕上げ工法とからなる原子
炉部材の製造方法。 - 【請求項７】 前記熱処理により付着した酸化膜によっ
て形成されるＣｒ欠乏層を原子炉部材から除去する表面
処理工程は、酸洗、研削、電解研磨、放電加工、表面切
削、表面還元・軟化、ウェットブラスト及びレーザー加
工の内のいずれか１つである請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記原子炉部材の加工硬化層及びＣｒ欠
乏層と一次冷却材との接触を防止するための表面処理工
程は、表面めっきである請求項６に記載の方法。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2002000667A JP2003202391A (ja) | 2002-01-07 | 2002-01-07 | 原子炉部材の表面処理方法及び該表面処理方法を用いた原子炉部材の製造方法 |
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| DE60237576T DE60237576D1 (de) | 2002-01-07 | 2002-07-12 | Reaktorbauteiloberflächenbehandlungsverfahren und Verfahren zur Herstellung des Reaktorbauteils unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahren |
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| JP2002000667A JP2003202391A (ja) | 2002-01-07 | 2002-01-07 | 原子炉部材の表面処理方法及び該表面処理方法を用いた原子炉部材の製造方法 |
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| EP (1) | EP1329905B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003202391A (ja) |
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- 2002-01-07 JP JP2002000667A patent/JP2003202391A/ja active Pending
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2005
- 2005-01-25 US US11/041,305 patent/US7459037B2/en not_active Expired - Fee Related
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