JP2003329790A - 原子力プラント構造物の材料劣化評価方法 - Google Patents

原子力プラント構造物の材料劣化評価方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】原子力プラント構造材料の劣化が問題となる複
数の材料特性について効率よく、合理的かつ迅速に材料
の健全性を評価する。 【解決手段】第1の画面1に対象機器3、材料劣化事象
4、評価対象材質5を表示する。この表示画面から該当
する項目を選択すると、これらの選択結果から抽出され
た材料特性診断項目6が出力され、第2の画面2に表示
される。これにより適切な材料特性診断項目を選択する
ことができ、正確な材料劣化度の評価が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電プラン
トにおいて製造時または供用中の材料劣化が問題となる
原子力プラント構造物の材料劣化評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】構造材料の経年劣化あるいは製造過程に
おける鋭敏化などの材料劣化事象は、構造物の健全性を
長期間保証する際の課題である。特に、原子力発電プラ
ントにおいて懸念される材料劣化事象として、応力腐食
割れ(SCC)、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)、照射脆
化、疲労、熱時効(脆化)などが挙げられている。
【0003】これらの材料劣化事象の個々について、そ
の劣化状態を定量的に評価する技術が既に開発されてい
る。例えば、応力腐食割れ(SCC)については、特開平
1−173970号公報に記載されているように、原子炉炉内
構造物から採取した微小な試験片を用いて、加速条件下
において応力腐食割れ感受性を評価する技術がある。
【0004】鋭敏化(照射鋭敏化/IASCC)について
は、特開平4−290959号公報、特開平6−34624号公報
に記載されているように、エッチング処理後、金属組
織、結晶粒界の幅、面積を顕微鏡で観察し、その画像を
処理して材料特性値を抽出し、局所的な鋭敏化度を測定
する方法がある。
【0005】特開平6−242076号公報に記載されている
ように、疲労等に起因する欠陥を、電磁コイル等によっ
て検出し劣化度を評価する方法がある。特開昭62−2459
60号公報に記載されているように、余寿命評価の対象部
位を研摩等により前処理し、その部分について硬さ測定
やクリープキャビティの観察をすることによって余寿命
を評価する。
【0006】また、実機原子炉内にあらかじめ装荷した
評価用サンプルあるいは構造材料から採取した評価用微
小サンプルを用いて材料劣化を評価する方法としては、
特開平11−287888号公報などがある。
【0007】また、上記の原子炉圧力容器の経年劣化評
価に関する要素技術開発状況については、庄子哲雄編
「火力・原子力および化学プラント機器・構造部材の経
年劣化と寿命予測」にまとめて示されている。
【0008】ただし、上述の劣化評価技術は、いずれも
個々の材料劣化事象の評価を目的として開発された要素
技術であり、例えばある劣化事象の進行状態を複数の材
料特性診断によって総合的に評価しようとする際に、最
適な材料特性診断項目やその手順、測定回数および条件
が自動的に提示され、的確な劣化診断を実施可能とする
ようなシステムについて検討した例は見られていない。
【0009】また、あらかじめ測定データのばらつきを
把握して、所定の信頼性が得られるように最低限必要な
測定回数について検討した例についても見られていな
い。さらに、評価対象である材料劣化事象に応じて内部
位置測定、微小サンプル採取および評価サンプルの設置
箇所について自動的に画面表示する診断方法について検
討した例は見られていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
原子力発電プラント等で発生が懸念されるSCC、IASCC、
鋭敏化(含む照射誘起)、疲労および脆化など各々の材
料劣化事象について、劣化度を評価できる材料特性およ
びその測定手法などが検討されている。
【0011】ただし、評価対象とする劣化事象に対し、
複数の材料特性診断を適用して総合的に劣化状態を判断
する際に、最適な材料特性診断項目やその手順、測定回
数および条件について自動的に画面表示するシステムは
なく、迅速かつ合理的に材料劣化診断を進める上で課題
となっている。
【0012】また、測定結果として劣化度の比較・参照
材料データベースそれぞれの材料データのばらつきを考
慮し、所定の信頼性が得られるように測定回数を自動的
に画面表示する診断方法についても未検討であり、診断
結果の信頼性を保証する上で課題となっている。
【0013】さらに、評価対象である材料劣化事象に応
じて、内部位置測定、微小サンプル採取および評価サン
プルの設置箇所について自動的に画面表示される診断方
法について検討した例はなく、採取した微小サンプルが
プラント全体の材料劣化状態を代表可能であるか否かが
不明であり、課題となっている。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
原子力発電プラント構造材料における材料劣化状態を評
価するにあたり、評価対象機器、評価対象材質および材
料劣化事象を選択した場合に、少なくとも1つの材料特
性診断項目を表示することを特徴とする。
【0015】請求項2に係る発明は、原子力発電プラン
ト構造材料における材料劣化状態を評価するにあたり、
採取された評価対象サンプルの外形寸法、材質、製造履
歴、運転履歴、使用環境などを選択した場合に、少なく
とも1つの材料特性診断項目および材料劣化事象を表示
することを特徴とする。
【0016】請求項3に係る発明は、前記材料劣化事象
に表示された項目を選択すると実機構造物中から診断対
象部または微小サンプル採取対象部および微小サンプル
の採取方法が表示されることを特徴とする。
【0017】請求項4に係る発明は、前記評価対象機
器、前記評価対象材質および材料特性診断項目を選択し
た場合に、材料特性診断実施手順が表示されることを特
徴とする。
【0018】請求項5に係る発明は、前記評価対象機
器、前記評価対象材質および材料特性診断項目を選択し
た場合、前記材料特性診断項目の各々についてその測定
結果が所定の信頼性を得られるための測定回数が表示さ
れることを特徴とする。
【0019】請求項6に係る発明は、前記評価対象機
器、前記評価対象材質および材料特性診断項目を選択し
た場合、各々の材料特性診断項目について、その最適測
定条件が表示されることを特徴とする。
【0020】請求項7に係る発明は、前記材料特性診断
を実機構造物に対して内部位置から直接実施する場合の
診断項目、診断実施の手順、測定回数および測定条件が
表示されることを特徴とする。
【0021】請求項8に係る発明は、前記材料特性診断
項目を機器製造時にあらかじめ製作しておいたサンプル
採取用余盛から採取された微小サンプルに対して実施す
る場合の診断項目、診断実施の手順、測定回数および測
定条件が表示されることを特徴とする。
【0022】請求項9に係る発明は、前記材料特性診断
項目を機器製造時または定期検査期間中に着脱可能な治
具によって評価対象部に固定しておいた評価用サンプル
から採取した微小サンプルに対して実施する場合の診断
項目、診断実施の手順、測定回数および測定条件が表示
されることを特徴とする。
【0023】請求項10に係る発明は、前記材料劣化事象
を選択した場合、機器製造時または定期検査期間中に新
たに設置する余盛あるいは評価用サンプルの最適位置が
自動的に抽出され、表示されることを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】図1および図2により原子力プラ
ント構造物の材料劣化評価方法の第1の実施の形態を説
明する。図1は本実施の形態における画面構成例を示す
画面表示図で、図2は図1における項目抽出手順を示す
フロー図である。
【0025】本実施の形態は、図1に示すように、対象
機器3、材料劣化事象4および評価対象材質5を選択す
る第1の画面1と、これらの選択結果から抽出された材
料特性診断項目6を表示する第2の画面2とから構成さ
れている。これらの表示画面は、モニタに表示する他、
プリンタなどから出力する表示に変えてもよい。
【0026】対象機器3の表示例としては、原子炉圧力
容器、原子炉炉内構造物(炉心シュラウド、上部格子
板、炉心支持板、制御棒ハウジング、炉内計装管ハウジ
ング、ジェットポンプ)、1次系配管、再循環系配管な
どが挙げられる。図1では例えば原子炉内構造物を選択
項目としている。
【0027】また、材料劣化事象4の表示例としては、
SCC、IASCC、鋭敏化、照射誘起鋭敏化、熱時効脆化、照
射脆化、疲労などが挙げられる。また評価対象材質5の
表示例としては、炭素鋼、ステンレス鋼(304(L)、316
(L)、Ni基合金(Alloy600、182、82、X-750)などが挙
げられる。図1では材料劣化事象4として例えばSCC
(鋭敏化)を選択項目としている。また、評価対象材質
5として例えばステンレス鋼-304(L)を選択項目として
いる。
【0028】また、第2の画面2における材料特性診断
項目6の表示例としては、組織観察、硬さ測定、再活性
化率測定、超音波探傷、渦電流探傷、ミニ引張試験、ミ
ニシャルピー試験、ミニSSRT試験(低ひずみ速度引張試
験)などが挙げられる。
【0029】そして、図2に示したように、A第1の画
面1の対象機器3において原子炉内構造物を図1で斜線
のように選択すると、原子炉内構造物の内容が−で示さ
れるように一覧で表示される。ここでこの一覧から炉心
シュラウドを選択すると、従来の損傷事例およびプラン
ト材質データに基いて、該当するBに示す材料劣化事象
4およびCに示す評価対象材質5が選択できるように表
示される。このA,B,Cの中から劣化事象および評価
対象材質を図中斜線で示すように各々選択すると、デー
タベースを参照して、第2の画面2に必要となるまたは
診断可能となる材料特性診断項目6が出力される。
【0030】本実施の形態によれば、上記図2に示す
A,B,Cに共通の項目を材料特性診断項目6として出
力する操作によって、材料劣化の評価者は、表示された
材料特性診断項目6から適切な項目を選択することがで
きる。
【0031】次に図3により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第2の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、あらかじめ実構造物から評価対
象の微小サンプル7が採取された場合に適用され、微小
サンプル7について、外形寸法、材質、製造履歴、運転
履歴、使用環境を入力する第1の画面1aと、これらの
入力結果から材料特性診断項目およびその診断項目から
評価が可能である材料劣化事象を画面表示する第2の画
面2aから構成される。
【0032】本実施の形態は、第1の実施の形態と同様
にこれらの出力画面は、モニタに表示する他、プリンタ
などから出力する表示に変えてもよい。また、材料特性
診断項目6の表示例としては、組織観察、硬さ測定、再
活性化率測定、超音波探傷、渦電流探傷、ミニ引張試
験、ミニシャルピー試験、ミニSSRT試験などが挙げら
れ、これらから評価が可能である材料劣化事象4の表示
例としては、SCC、IASCC、鋭敏化、照射鋭敏化、熱時効
脆化、照射脆化、疲労などが挙げられる。
【0033】本実施の形態では、例えば図1に示した第
1の画面1の対象機器3において、微小サンプル7に関
する図中斜線部のデータを入力すると、データベースを
参照して該当する材料特性診断項目6が表示される。こ
の材料特性診断項目6から例えば図中斜線で表示された
項目を選択すると、評価可能である材料劣化事象4が表
示される。本実施の形態によれば、上記操作によって、
材料劣化の評価者は、微小サンプルの状態に合わせた適
切な材料特性診断項目を選択することができる。
【0034】次に図4により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第3の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図4に示すように材料劣化事象
4の項目を選択する第1の画面1bと、この項目選択結
果と従来の損傷事例データベースとの参照結果から、プ
ラント中から劣化事象を代表する部位を抽出し、適切な
診断対象部位として画面表示する第2の画面2bと、微
小サンプル採取方法10を実施する場合にその採取方法10
を選択する第3の画面9とから構成される。
【0035】第2の画面2bにおいてはBWR型原子炉の
模式図が表示されており、図中符号11は原子炉圧力容
器、12は炉心シュラウド、13は上部格子板、14は炉心支
持板、15はシュラウドサポート、16は制御棒ハウジン
グ、17は炉内計装管ハウジング、18はジェットポンプ、
19は主蒸気管と給水管からなる1次系配管、20は原子炉
再循環系(PLR)配管、Fuelは炉心を示している。
【0036】なお、材料劣化事象4は第1の実施の形態
と同様の事象が挙げられる。また、診断対象部位8の表
示は、本実施の形態の第2の画面2bに示すように概要
図として表示する他に、例えば「シュラウド周溶接線」
のように部位の名称として表示してもよい。微小サンプ
ル採取方法10としては、放電加工、グラインダ加工、そ
の他(etc)がある。
【0037】本実施の形態によれば、劣化事象の項目を
選択すると最適な評価部位およびサンプリング方法が提
示されることから、評価部位が少ない場合にも劣化状態
の評価を効率よく実施することができる。
【0038】次に図5により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第4の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図5に示すように、対象機器
3、評価対象材質5および材料特性診断項目6を選択す
る第1の画面1cと、これらの斜線部を選択すると材料
特性診断の手順6aを例えば手順6aにおいて項目の右
側に(1)〜(4)で表示する第2の画面2cとから構成され
ている。これらの表示画面は、モニタに表示する他、プ
リンタなどから出力する表示に変えてもよい。
【0039】対象機器3の例および評価対象材質5およ
び材料特性診断項目6は、第1の実施の形態において示
したものと同様のものが挙げられる。本実施の形態によ
れば、第1の画面1cにおいて対象機器3、評価対象材
質5を選択すると、該当する材料特性診断項目6が表示
され、この中から実施予定の診断項目を斜線で示すよう
に選択すると、第2の画面2cに最適な診断手順6aを
表示する。このような操作によって、材料劣化の評価者
は、適切な診断手順により効率的に材料劣化評価を実施
することができる。
【0040】次に図6により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第5の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図6に示すように、対象機器
3、評価対象材質5および材料特性診断項目6を選択す
る第1の画面1dと、これらを選択すると材料特性診断
の最適回数21を表示する第2の画面2dとから構成され
ている。これらの表示画面は、モニタに表示する他、プ
リンタなどから出力する表示に変えてもよい。対象機器
の例および評価対象材質および材料特性診断項目は、第
1の実施の形態において示したものと同様のものが挙げ
られる。
【0041】本実施の形態によれば、第1の画面1dに
おいて対象機器3、評価対象材質5を斜線で示すように
選択すると、該当する材料特性診断項目6が表示され、
この中から実施予定の診断項目を図中斜線で示すように
原子炉内構造物、ステンレス鋼-304(L)および再活性化
率測定を選択すると、第2の画面2dにおいて最適な診
断回数を表示する。このような操作によって材料劣化の
評価者は、所定の信頼性を保持したまま効率的に材料劣
化評価を実施することができる。
【0042】次に図7により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第6の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図7に示すように、対象機器
3、評価対象材質5および材料特性診断項目6を選択す
る第1の画面1eと、第1の画面1eの表示内容を選択
すると材料特性測定条件の出力画面22を表示する第2の
画面2eとから構成されている。これらの出力画面は、
モニタに表示する他、プリンタなどから出力する表示に
変えてもよい。
【0043】対象機器の例および評価対象材質および材
料特性診断項目は、第1の実施の形態において示したも
のと同様のものが挙げられる。本実施の形態によれば、
第1の画面1eにおいて対象機器3、評価対象材質5を
図中斜線で示すように選択すると、該当する材料特性診
断項目6が表示され、この中から実施予定の診断項目を
斜線で示すように選択すると、第2の画面2eに最適な
材料特性測定条件の出力画面22を表示する。このような
操作によって、材料劣化の評価者は、最適な測定条件に
より信頼性の高い材料劣化評価を実施することができ
る。
【0044】次に図8により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第7の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図8に示すように、原子力プラ
ント構造物の材料劣化評価を実施する際の評価対象部位
8について第1の画面1fに表示したものである。第7
の実施の形態では、BWR型原子炉の実機構造物に対して
直接測定23する位置の材料特性診断を実施する。
【0045】また、機器製造時にあらかじめサンプル用
として溶接を余盛りして製作しておいた微小サンプル採
取用余盛位置24から微小サンプルを採取し、材料特性診
断を実施する。さらに、機器製造時または定期検査期間
中に着脱可能な治具によって評価対象部に固定しておい
た評価用サンプルから採取された設置微小サンプル採取
位置25の材料特性診断を実施する。いずれの例において
も、原子力発電プラントの構造材料について直接材料特
性評価を実施することにより、実構造物の劣化状態を正
確に把握することができる。
【0046】次に図9により本発明に係る原子力プラン
ト構造物の材料劣化評価方法の第8の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、図9に示すように、材料劣化事
象4の項目を選択する第1の画面1gと、この選択結果
と従来の損傷事例データベースとの参照結果から、プラ
ント中から劣化事象を代表する部位を抽出し、機器製造
時または定期検査期間中にサンプル用に新たに設置する
余盛設置部位26または評価用サンプル設置部位27の最適
位置を実機プラント中から抽出し第2の画面2gに画面
表示する。
【0047】本実施の形態によれば、劣化事象を選択す
ると最適な評価部位が表示され、余盛あるいは評価用サ
ンプルの設置位置が限られている場合であっても、劣化
状態の評価を効率よく実施することができる。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、原子力発電プラント構
造物の製造過程または供用期間中における材料劣化が問
題となる構造物について、当該部から採取した評価用材
料について、合理的かつ迅速に材料の健全性を評価する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第1の実施の形態を示す画面表示図。
【図2】図1における項目抽出手順を説明するためのフ
ロー図。
【図3】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第2の実施の形態を示す画面表示図。
【図4】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第3の実施の形態を示す画面表示図。
【図5】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第4の実施の形態を示す画面表示図。
【図6】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第5の実施の形態を示す画面表示図。
【図7】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第6の実施の形態を示す画面表示図。
【図8】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第7の実施の形態を示す画面表示図。
【図9】本発明に係る原子力プラント構造物の材料劣化
評価方法の第8の実施の形態を示す画面表示図。
【符号の説明】
1,1a〜1g…第1の画面、2,2a〜2g…第2の
画面、3…対象機器の選択画面、4…材料劣化事象の選
択画面、5…評価対象材質の選択画面、6…材料特性診
断項目の提示画面、6a…材料特性診断手順の提示画
面、7…微小サンプル性状入力画面、8…診断対象部位
の表示画面、9…第3の画面、10…微小サンプル採取方
法の表示画面、11…原子炉圧力容器、12…炉心シュラウ
ド、13…上部格子板、14…炉心支持板、15…シュラウド
サポート、16…制御棒ハウジング、17…炉内計装管ハウ
ジング、18…ジェットポンプ、19…1次系配管、20…原
子炉再循環系配管、21…材料特性診断回数の提示画面、
22…材料特性測定条件の提示画面、23…直接測定、24…
微小サンプル採取(余盛)位置、25…設置微小サンプル
採取位置、26…余盛設置部位、27…評価サンプル設置部
位。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 重彰 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 坂本 博司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 2G075 CA02 DA15 FB08 FC06 FC12 FD01 GA35

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子力発電プラント構造材料における材
    料劣化状態を評価するにあたり、評価対象機器、評価対
    象材質および材料劣化事象を選択した場合に、少なくと
    も1つの材料特性診断項目を表示することを特徴とする
    原子力プラント構造物の材料劣化評価方法。
  2. 【請求項2】 原子力発電プラント構造材料における材
    料劣化状態を評価するにあたり、採取された評価対象サ
    ンプルの外形寸法、材質、製造履歴、運転履歴、使用環
    境などを選択した場合に、少なくとも1つの材料特性診
    断項目および材料劣化事象を表示することを特徴とする
    原子力プラント構造物の材料劣化評価方法。
  3. 【請求項3】 前記材料劣化事象に表示された項目を選
    択すると実機構造物中から診断対象部または微小サンプ
    ル採取対象部および微小サンプルの採取方法が表示され
    ることを特徴とする請求項1記載の原子力プラント構造
    物の材料劣化評価方法。
  4. 【請求項4】 前記評価対象機器、前記評価対象材質お
    よび材料特性診断項目を選択した場合に、材料特性診断
    実施手順が表示されることを特徴とする請求項1または
    2記載の原子力プラント構造物の材料劣化評価方法。
  5. 【請求項5】 前記評価対象機器、前記評価対象材質お
    よび材料特性診断項目を選択した場合、前記材料特性診
    断項目の各々についてその測定結果が所定の信頼性を得
    られるための測定回数が表示されることを特徴とする請
    求項1または2記載の原子力プラント構造物の材料劣化
    評価方法。
  6. 【請求項6】 前記評価対象機器、前記評価対象材質お
    よび材料特性診断項目を選択した場合、各々の材料特性
    診断項目について、その最適測定条件が表示されること
    を特徴とする請求項1または2記載の原子力プラント構
    造物の材料劣化評価方法。
  7. 【請求項7】 前記材料特性診断を実機構造物に対して
    内部位置から直接実施する場合の診断項目、診断実施の
    手順、測定回数および測定条件が表示されることを特徴
    とする請求項1記載の原子力プラント構造物の材料劣化
    評価方法。
  8. 【請求項8】 前記材料特性診断項目を機器製造時にあ
    らかじめ製作しておいたサンプル採取用余盛から採取さ
    れた微小サンプルに対して実施する場合の診断項目、診
    断実施の手順、測定回数および測定条件が表示されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の原子力プラント構造物の
    材料劣化評価方法。
  9. 【請求項9】 前記材料特性診断項目を機器製造時また
    は定期検査期間中に着脱可能な治具によって評価対象部
    に固定しておいた評価用サンプルから採取した微小サン
    プルに対して実施する場合の診断項目、診断実施の手
    順、測定回数および測定条件が表示されることを特徴と
    する請求項1または2記載の原子力プラント構造物の材
    料劣化評価方法。
  10. 【請求項10】 前記材料劣化事象を選択した場合、機
    器製造時または定期検査期間中に新たに設置する余盛あ
    るいは評価用サンプルの最適位置が自動的に抽出され、
    表示されることを特徴とする請求項1記載の原子力プラ
    ント構造物の材料劣化評価方法。
JP2002132320A 2002-05-08 2002-05-08 原子力プラント構造物の材料劣化評価システム Expired - Fee Related JP4011393B2 (ja)

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