JP2005009982A - Control rod drive mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動機構に関し、特に、緩衝装置を有する制御棒駆動機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
軽水炉としての沸騰水型原子炉(BWR)の概略構成を図1により説明する。原子炉圧力容器1内に多数の燃料集合体(図示せず)と制御棒3が装荷されて炉心部2が形成されている。多数の燃料集合体は4体1組のセルを構成し、このセル内の十字状空間に十字状の制御棒3が挿入される。
【0003】
制御棒3は制御棒駆動機構(CRD)4により炉心部2へ挿入または引抜き操作されて、その操作設定位置を適宜調整することによって原子炉の出力制御が行なわれる。CRD4は原子炉圧力容器1の下部鏡板に複数配設された制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)5内に下方から挿入されて固定される。
【0004】
CRD4の構成とその作用の概要を図2により説明する。すなわち、CRD4はCRDハウジング5内にインデックスチューブ6が昇降自在に収容され、このインデックスチューブ6の頂部に設けた連結部材によって制御棒3とインデックスチューブ6に一体的に連結される。
【0005】
CRD4には、平常時において原子炉出力を所定状態に調整維持するために行なう制御棒3の比較的緩慢な挿入引抜動作(シム動作)と、非常時に原子炉を緊急停止するために行なう制御棒3の急速挿入(スクラム動作)とがある。シム動作、スクラム動作ともに水圧駆動で行なわれる。
【0006】
このスクラム時において制御棒は水圧操作により炉心に急速挿入されるが、挿入の最終位置に来るとできるだけ装置全体に衝撃を与えないで急速に停止する必要があるため、CRD4には緩衝装置が設けられている。
【0007】
図3はCRD4の緩衝装置を示すもので、以下これについて説明する。図3において、6はインデックスチューブであり、このインデックスチューブ6内にはストップピストン7、バッファシャフト8およびバッファピストン9が同心状に挿嵌配置され、バッファピストン9はバッファシャフト8に固設されたバッファスプリング10によってインデックスチューブ6の凹部側に付勢されている。
【0008】
バッファシャフト8には複数の径方向の小孔20および軸方向の小孔22がそれぞれ穿設され、各径方向の小孔20は軸方向の小孔22に連絡している。軸方向の小孔22の下端部はプラグ11によって密閉されている。以上の構成において、スクラム時にはインデックスチューブ6の凹部がバッファピストン9を突き上げる。これにより、バッファピストン9、ストップピストン7およびバッファシャフト8に囲まれた部分の水の圧力は上昇し、この水は、図3の矢印で示すように、バッファシャフト8の小孔20、22を通って、バッファシャフト8とバッファピストン9の間隙から流下する。
なお、原子炉用ステンレス鋼製機器の再利用熱処理法について、特許文献1に記載がある。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−273733号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成を有する制御棒駆動機構の緩衝装置は、スクラム時に高い応力が発生することより、材料として高強度材であるSUS630材を使用している。この材料はCRDの使用環境下では経年的に靭性が低下すると共に、硬さが上昇し応力腐食割れ(SCC)感受性を有することが最近の知見によって明らかになっている。SCCが発生した場合、靭性の低下と相まってスクラム時に発生する衝撃力により緩衝装置が破損する可能性がある。
【0011】
この発明は、上記課題に対処するものであって、制御棒駆動機構の緩衝装置の材料として充分な材料特性を有し、かつ、熱時効に伴う経年的な劣化が小さい材料のものを用いた制御棒駆動機構を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に沿うものであって、請求項1に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、Moを0.1〜4%添加し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる材料を使用したこと、を特徴とする。
【0013】
また、請求項2に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Cuを2〜5%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、450〜650℃の熱処理によりCuを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする。
【0014】
また、請求項3に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Alを0.5〜1.5%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Alを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする。
【0015】
また、請求項4に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、Moを0.1〜4%添加し、更にNbを0.5〜1.5%含み、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Nbを析出させ強度を向上させたことを特徴とする残部がFeおよび不可避的不純物からなる材料を使用したこと、を特徴とする。
【0016】
また、請求項5に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Tiを0.5〜1.5%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Tiを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする。
【0017】
また、請求項6に記載の発明は、筒状のインデックスチューブと、前記インデックスチューブ内に配されたストップピストンと、前記ストップピストン内に挿嵌されたバッファシャフトと、前記ストップピストンおよびストップピストンとバッファシャフトとの間に介装されスクラム時に前記ストップピストン内を上昇する筒状のバッファピストンと、を具備する緩衝装置を有し、制御棒を駆動する沸騰水型原子炉用制御棒駆動機構において、前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12〜14%、Niを6〜10%、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト組織とし、フェライト相を含まないことでCrリッチ相形成を抑制した材料を使用したこと、を特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る制御棒駆動機構の実施の形態を説明する。ここで、制御棒駆動機構の各部の構造は、その緩衝装置の材料に関する特徴を除いて従来技術と共通であるので、重複説明は省略する。なお、本明細書において成分元素の含有量を示すパーセンテージは全て重量基準のパーセンテージ(wt%)を示す。析出硬化系ステンレス鋼の経年劣化研究から、Cr含有量が高いほど経年劣化が短時間で生じることが明らかとなった。そのため、経年劣化対策として、従来使用されているSUS630鋼と同等の材料特性を有し、かつ低Crであることが望ましい。
【0019】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施に関わる制御棒駆動機構の緩衝装置の材料は、Crを12%以上含有するステンレス鋼を基本とする。
原子炉水環境に長期間使用した場合における靭性および延性の低下を抑制するためにMoを0.1〜4%添加する。また、MoはCrと共存することにより導電性水中における耐孔食性の向上に寄与する元素である。その効果を発揮させるには0.1%以上の添加が必要である。しかし、その添加量が4%を超えると、材料の脆化の問題が生じるため、添加量の上限を4%とした。
【0020】
Cは強度を向上させる元素であるが、耐食性に悪影響を与える元素でもある。Cは熱処理あるいは溶接熱影響により粒界にCr炭化物を形成し、それに伴い粒界近傍にCr欠乏層を形成し耐食性を低下させる。そのため、Cは0.10%以下にすることが望ましい。
【0021】
Sは溶解時の脱酸剤として不可避的に混入するMnとともに非金属介在物MnSを生成する元素であり、その含有量の増加に伴い耐食性に悪影響を与える。そのため、S含有量を0.01%以下とする。
【0022】
CやSを多く含むと、MnS等の非金属介在物やCの偏析部が生じる。これにより、合金が高温水中に曝されるとこれらの部位とその周囲の組織の間に電位差が生じ非金属介在物およびC偏析部の存在する部位が選択的に腐食する。本発明合金は、このような現象を防止するためにCおよびS含有量を制御する。
Niは4%以上含有することが好ましい。Ni添加により靭性向上および耐食性が向上する。
【0023】
以上述べた元素以外の成分元素(不純物元素)、例えばSi、Mn、P等は通常のJIS規格(JIS G3214)に規定しているレベルに設定して問題ない。
【0024】
第1の実施の形態について説明する。図4は第1の実施の形態に対応する成分を有する本発明材Aと、従来材であるSUS630鋼(従来材D)の化学組成を示し、これらの材料の400℃における時効に伴う衝撃値変化率を図5に示す。本発明材Aは1020℃×1時間+640℃×1時間の熱処理を、従来材Dは1050℃×1時間+580℃×4時間の熱処理を施したのち400℃で時効を行ない、シャルピー衝撃試験を実施した結果である。本発明材Aは、衝撃値変化率の低下が従来材Dに比べ長時間側となっており、経年劣化が抑制されている。
【0025】
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施に関わる制御棒駆動機構の緩衝装置の材料は、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、熱時効に伴うCrリッチ相形成を抑制するためにMoを0.1〜4%添加し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。更に強度を向上させるために、Cuを2〜5%添加するか、あるいはAlを0.5〜1.5%添加する、あるいはNbを0.5〜1.5%添加する、あるいはTiを0.5〜1.5%添加する。以下に、強度向上のため添加する元素の含有量の限定理由について説明する。
【0026】
Cuは、450〜650℃で熱処理を行なうと母材中に析出し、いわゆる析出硬化により強度が上昇する。2%以下では析出硬化の寄与が小さく、5%以上では脆化を促進するため2〜5%の添加が望ましい。
【0027】
Alは、600〜900℃で熱処理を行なうと母材中に金属間化合物Ni3Alとして析出し、いわゆる析出硬化により強度が上昇する。0.5%以下では析出硬化の寄与が小さく、1.5%以上では脆化を促進するため0.5〜1.5%の添加が望ましい。
【0028】
Nbは、600〜900℃で熱処理を行なうと母材中に金属間化合物Ni3Nbとして析出し、いわゆる析出硬化により強度が上昇する。0.5%以下では析出硬化の寄与が小さく、1.5%以上では脆化を促進するため0.5〜1.5%の添加が望ましい。
【0029】
Tiは、600〜900℃で熱処理を行なうと母材中に金属間化合物Ni3Tiとして析出し、いわゆる析出硬化により強度が上昇する。0.5%以下では析出硬化の寄与が小さく、1.5%以上では脆化を促進するため0.5〜1.5%の添加が望ましい。
【0030】
第2の実施の形態について説明する。図4は第2の実施の形態に対応する成分を有する本発明材BおよびCの化学成分をも示し、従来材であるSUS630鋼(従来材D)との400℃における時効に伴う衝撃値変化率を図5に示す。本発明材Bは1038℃×1時間+593℃×4時間の熱処理を、本発明材Bは1038℃×1時間+593℃×4時間の熱処理を、本発明材Cは927℃×1時間+593℃×4時間の熱処理を施したのち400℃で時効を行ない、シャルピー衝撃試験を実施した結果である。本発明材BおよびCは衝撃値変化率の低下が従来材Dに比べ長時間側となっており、経年劣化が抑制されている。
【0031】
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施に関わる制御棒駆動機構の緩衝装置の材料は、Crを12〜14%、Niを6〜10%、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。以下、各成分元素の含有量の限定理由について説明する。
【0032】
本実施の形態においてCrを12〜14%、Niを6〜10%としたのは、金属組織をフェライト相のないマルテンサイト組織単相にするために決定したものである。フェライト相は、マルテンサイト相に比べCr含有量が高く、スピノーダル分解が生じ易く経年劣化を促進するCrリッチ相を形成しやすいためである。
【0033】
[第4の実施の形態]
本発明の第4の実施の形態としては、制御棒駆動機構の緩衝装置部品のうちバッファシャフト8の材料をSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用する。バッファシャフト8は制御棒駆動機構の緩衝装置部品の一つであるが、スクラム動作の終端で衝撃力を受ける。バッファシャフトが破損するとスクラム動作終端で緩衝装置が働かずCRDに衝撃力が加わる。また、最悪の場合、CRDと制御棒の分離の発生、引き抜き動作不可能発生の可能性がある。
【0034】
[第5の実施の形態]
本発明の第5の実施の形態としては、制御棒駆動機構の緩衝装置部品のうちストップピストン7の材料をSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用する。ストップピストン7は制御棒駆動機構の緩衝装置部品の一つであるが、スクラム動作の終端で衝撃力を受ける。ストップピストン7が破損するとスクラム動作終端で緩衝装置が働かずCRDに衝撃力が加わる。
【0035】
[第6の実施の形態]
本発明の第6の実施の形態としては、制御棒駆動機構の緩衝装置部品のうちバッファピストン9の材料をSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用する。バッファピストン9は制御棒駆動機構の緩衝装置部品の一つであるが、スクラム動作の終端で衝撃力を受ける。バッファピストン9が破損するとスクラム動作終端で緩衝装置が働かず制御棒駆動機構に衝撃力が加わる。
【0036】
[第7の実施の形態]
一般に、制御棒駆動機構の緩衝装置部品の摺動部分は高速で金属同士が摺動するため、長期間使用すると磨耗により緩衝装置の性能が低下し、制御棒駆動機構に衝撃力が加わるようになる。そこで、本発明の第7の実施の形態としては、経年劣化対策としてSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用した上、磨耗を防ぐために緩衝装置部品の摺動部分に窒化処理を施す。これにより耐磨耗性を向上させることができる。
【0037】
[第8の実施の形態]
制御棒駆動機構の緩衝装置部品の摺動部分は高速で金属同士が摺動するため、長期間使用すると磨耗により緩衝装置の性能が低下し、制御棒駆動機構に衝撃力が加わるようになる。本発明の第8の実施の形態としては、経年劣化対策としてSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用した上、磨耗を防ぐために緩衝装置部品の摺動部分に硬質クロムメッキを施す。これにより耐磨耗性を向上させることができる。
【0038】
[第9の実施の形態]
制御棒駆動機構の緩衝装置部品の摺動部分は高速で金属同士が摺動するため、長期間使用すると磨耗により緩衝装置の性能が低下し、制御棒駆動機構に衝撃力が加わるようになる。本発明の第9の実施の形態としては、経年劣化対策としてSUS630鋼から第1ないし第3の実施の形態として記載した材料を使用した上、磨耗を防ぐために緩衝装置部品の摺動部分にコルモノイ6(ウォールコルモノイ(Wollcolmonoy)社の規格による自溶合金の商品名)の肉盛を施す。これにより耐磨耗性を向上させることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、制御棒駆動機構の緩衝装置の材料として熱時効に伴う経年劣化を抑制できる本発明の材料を使用することにより、原子力プラントの寿命中、靭性およびSCC感受性ともに余裕があり、スクラム時に発生する衝撃力により緩衝装置が破損する可能性が低い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制御棒駆動機構を含む沸騰水型原子炉の概略構成を示す部分立断面図。
【図2】図1の制御棒駆動機構の概略構成を示す立断面図。
【図3】図2の制御棒駆動機構の緩衝装置の概略構成を示す部分立断面図。
【図4】発明材および従来材の化学成分を示す表。
【図5】発明材および従来材の400℃における衝撃値変化率を表すグラフ。
【符号の説明】
1…原子炉圧力容器、2…炉心部、3…制御棒、4…制御棒駆動機構(CRD)、5…制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)、6…インデックスチューブ、7…ストップピストン、8…バッファシャフト、9…バッファピストン、10…バッファスプリング、11…プラグ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control rod drive mechanism for a boiling water reactor, and more particularly to a control rod drive mechanism having a shock absorber.
[0002]
[Prior art]
A schematic configuration of a boiling water reactor (BWR) as a light water reactor will be described with reference to FIG. A large number of fuel assemblies (not shown) and
[0003]
The
[0004]
The configuration of the
[0005]
The
[0006]
During this scram, the control rod is rapidly inserted into the reactor core by hydraulic operation, but when it reaches the final insertion position, it is necessary to stop rapidly without impacting the entire device as much as possible. It has been.
[0007]
FIG. 3 shows a shock absorber of the
[0008]
The
Note that
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-273733
[Problems to be solved by the invention]
The shock absorber of the control rod drive mechanism having the above configuration uses a SUS630 material, which is a high-strength material, because a high stress is generated during scram. Recent findings reveal that this material has toughness that decreases over time in the CRD environment, as well as increased hardness and stress corrosion cracking (SCC) sensitivity. When SCC occurs, the shock absorber may be damaged by an impact force generated during scram in combination with a decrease in toughness.
[0011]
The present invention addresses the above-described problems, and uses a material having sufficient material characteristics as a material for a shock absorber of a control rod drive mechanism and having little deterioration over time due to thermal aging. An object is to provide a control rod drive mechanism.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is in accordance with the above object, and the invention according to
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cylindrical index tube, a stop piston disposed in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, the stop piston and the stop piston, In a control rod drive mechanism for a boiling water reactor having a shock absorber provided between the buffer shaft and a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston during scram, and drives the control rod The material of the shock absorber is, by weight%, Cr 12% or more,
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cylindrical index tube, a stop piston disposed in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, the stop piston and the stop piston, In a control rod drive mechanism for a boiling water reactor having a shock absorber provided between the buffer shaft and a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston during scram, and drives the control rod The material of the shock absorber is, by weight%, Cr 12% or more,
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical index tube, a stop piston disposed in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, the stop piston and the stop piston, In a control rod drive mechanism for a boiling water reactor having a shock absorber provided between the buffer shaft and a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston during scram, and drives the control rod The material of the shock absorber includes, by weight%, Cr 12% or more,
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical index tube, a stop piston disposed in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, the stop piston and the stop piston, In a control rod drive mechanism for a boiling water reactor having a shock absorber provided between the buffer shaft and a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston during scram, and drives the control rod The material of the shock absorber is 12% or more of Cr, 4% or more of Ni, C of 0.10% or less, S of 0.01% or less, Mo of 0.1 to 4%, Ti by weight%. hints 0.5% to 1.5%, the balance being Fe and unavoidable impurities, the intensity precipitate an
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical index tube, a stop piston disposed in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, the stop piston and the stop piston, In a control rod drive mechanism for a boiling water reactor having a shock absorber provided between the buffer shaft and a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston during scram, and drives the control rod The material of the shock absorber includes 12 to 14% by weight, 6 to 10% of Ni, 6 to 10% of C, 0.10% or less of S and 0.01% or less of S, with the balance being Fe and inevitable. It is characterized by using a material that has a martensite structure composed of impurities and suppresses the formation of a Cr-rich phase by not including a ferrite phase.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a control rod drive mechanism according to the present invention will be described below. Here, the structure of each part of the control rod drive mechanism is the same as that of the prior art except for the characteristics related to the material of the shock absorber, and therefore, a duplicate description is omitted. In the present specification, all percentages indicating the content of component elements are percentages (wt%) based on weight. Aging degradation studies of precipitation hardening stainless steels revealed that aging degradation occurs in a shorter time as the Cr content increases. Therefore, as a countermeasure against aging deterioration, it is desirable to have material properties equivalent to conventionally used SUS630 steel and to have low Cr.
[0019]
[First Embodiment]
The material of the shock absorber of the control rod drive mechanism according to the first embodiment of the present invention is basically stainless steel containing 12% or more of Cr.
In order to suppress a decrease in toughness and ductility when used in a reactor water environment for a long period of time, 0.1 to 4% of Mo is added. Mo is an element that contributes to the improvement of pitting corrosion resistance in conductive water by coexisting with Cr. In order to exert the effect, addition of 0.1% or more is necessary. However, if the amount added exceeds 4%, the problem of material embrittlement occurs, so the upper limit of the amount added was set to 4%.
[0020]
C is an element that improves strength, but is also an element that adversely affects corrosion resistance. C forms Cr carbide at the grain boundary due to the effect of heat treatment or welding heat, and accordingly, forms a Cr-depleted layer near the grain boundary to lower the corrosion resistance. Therefore, C is desirably 0.10% or less.
[0021]
S is an element that forms non-metallic inclusions MnS together with Mn which is inevitably mixed as a deoxidizing agent at the time of dissolution, and adversely affects corrosion resistance as the content increases. Therefore, the S content is 0.01% or less.
[0022]
When a large amount of C or S is contained, nonmetallic inclusions such as MnS or segregated portions of C are generated. Thereby, when the alloy is exposed to high-temperature water, a potential difference is generated between these sites and the surrounding structure, and the sites where non-metallic inclusions and C segregation portions exist are selectively corroded. In the alloy of the present invention, the C and S contents are controlled in order to prevent such a phenomenon.
It is preferable to contain 4% or more of Ni. Addition of Ni improves toughness and corrosion resistance.
[0023]
Component elements (impurity elements) other than the elements described above, such as Si, Mn, P, etc., can be set to the levels defined in the normal JIS standard (JIS G3214) without any problem.
[0024]
A first embodiment will be described. FIG. 4 shows the chemical composition of the present invention material A having components corresponding to the first embodiment and the conventional material SUS630 steel (conventional material D), and the impact value associated with aging of these materials at 400 ° C. The rate of change is shown in FIG. The material A of the present invention was subjected to a heat treatment of 1020 ° C. × 1 hour + 640 ° C. × 1 hour, and the conventional material D was subjected to a heat treatment of 1050 ° C. × 1 hour + 580 ° C. × 4 hours and then subjected to aging at 400 ° C. This is the result of the implementation. In the present invention material A, the decrease in impact value change rate is longer than that of the conventional material D, and deterioration over time is suppressed.
[0025]
[Second Embodiment]
The material of the shock absorber of the control rod drive mechanism according to the second embodiment of the present invention is wt%, Cr is 12% or more, Ni is 4% or more, C is 0.10% or less, and S is 0.01%. In order to suppress the Cr-rich phase formation accompanying thermal aging, 0.1 to 4% of Mo is added, and the balance consists of Fe and inevitable impurities. In order to further improve the strength, 2-5% Cu is added, 0.5-1.5% Al is added, 0.5-1.5% Nb is added, or Ti is 0%. Add 5-1.5%. The reason for limiting the content of elements to be added for improving the strength will be described below.
[0026]
When Cu is heat-treated at 450 to 650 ° C., it is precipitated in the base material, and the strength is increased by so-called precipitation hardening. If it is 2% or less, the contribution of precipitation hardening is small, and if it is 5% or more, embrittlement is promoted, so addition of 2 to 5% is desirable.
[0027]
When Al is heat-treated at 600 to 900 ° C., it precipitates as an intermetallic compound Ni 3 Al in the base material, and the strength increases by so-called precipitation hardening. If it is 0.5% or less, the contribution of precipitation hardening is small, and if it is 1.5% or more, embrittlement is promoted, so addition of 0.5 to 1.5% is desirable.
[0028]
When heat treatment is performed at 600 to 900 ° C., Nb precipitates as an intermetallic compound Ni 3 Nb in the base material, and the strength increases by so-called precipitation hardening. If it is 0.5% or less, the contribution of precipitation hardening is small, and if it is 1.5% or more, embrittlement is promoted, so addition of 0.5 to 1.5% is desirable.
[0029]
When Ti is heat-treated at 600 to 900 ° C., it precipitates as an intermetallic compound Ni 3 Ti in the base material, and the strength increases by so-called precipitation hardening. If it is 0.5% or less, the contribution of precipitation hardening is small, and if it is 1.5% or more, embrittlement is promoted, so addition of 0.5 to 1.5% is desirable.
[0030]
A second embodiment will be described. FIG. 4 also shows chemical components of the present invention materials B and C having components corresponding to the second embodiment, and changes in impact value with aging at 400 ° C. with conventional SUS630 steel (conventional material D). The rate is shown in FIG. Inventive material B is heat treated at 1038 ° C. × 1 hour + 593 ° C. × 4 hours, Invented material B is heat treated at 1038 ° C. × 1 hour + 593 ° C. × 4 hours, and Invented material C is 927 ° C. × 1 hour + 593 ° C. It is the result of performing aging at 400 ° C. after heat treatment for 4 hours and conducting a Charpy impact test. Inventive materials B and C have a lower rate of change in impact value than that of conventional material D for a longer time, and the deterioration over time is suppressed.
[0031]
[Third Embodiment]
The material of the shock absorber of the control rod drive mechanism according to the third embodiment of the present invention is 12-14% for Cr, 6-10% for Ni, 0.10% or less for C, and 0.01% or less for S. And the balance consists of Fe and inevitable impurities. Hereinafter, the reason for limiting the content of each component element will be described.
[0032]
In this embodiment, the reason why Cr is set to 12 to 14% and Ni is set to 6 to 10% is determined in order to make the metal structure a single martensite structure having no ferrite phase. This is because the ferrite phase has a higher Cr content than the martensite phase and is likely to cause spinodal decomposition, and easily forms a Cr-rich phase that promotes deterioration over time.
[0033]
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment of the present invention, the material described in the first to third embodiments from SUS630 steel is used as the material of the
[0034]
[Fifth Embodiment]
In the fifth embodiment of the present invention, the material described in the first to third embodiments from SUS630 steel is used as the material of the
[0035]
[Sixth Embodiment]
In the sixth embodiment of the present invention, the material described in the first to third embodiments from SUS630 steel is used as the material of the buffer piston 9 among the shock absorber parts of the control rod drive mechanism. The buffer piston 9 is one of the shock absorber parts of the control rod drive mechanism, but receives an impact force at the end of the scrum operation. When the buffer piston 9 is damaged, the shock absorber does not work at the end of the scrum operation and an impact force is applied to the control rod drive mechanism.
[0036]
[Seventh Embodiment]
In general, because the sliding parts of the shock absorber parts of the control rod drive mechanism slide at high speed, the performance of the shock absorber deteriorates due to wear when used for a long time so that impact force is applied to the control rod drive mechanism. Become. Therefore, as a seventh embodiment of the present invention, the material described as the first to third embodiments from SUS630 steel is used as a countermeasure against aging deterioration, and the sliding portion of the shock absorber component is used to prevent wear. Is subjected to nitriding treatment. Thereby, abrasion resistance can be improved.
[0037]
[Eighth Embodiment]
Since the sliding parts of the shock absorber parts of the control rod drive mechanism slide with each other at high speed, the performance of the shock absorber deteriorates due to wear when used for a long time, and an impact force is applied to the control rod drive mechanism. As an eighth embodiment of the present invention, the material described as the first to third embodiments from SUS630 steel is used as a countermeasure against aging deterioration, and the sliding portion of the shock absorber component is hard to prevent wear. Apply chrome plating. Thereby, abrasion resistance can be improved.
[0038]
[Ninth Embodiment]
Since the sliding parts of the shock absorber parts of the control rod drive mechanism slide at high speed, the performance of the shock absorber is deteriorated due to wear when used for a long time, and an impact force is applied to the control rod drive mechanism. As a ninth embodiment of the present invention, the material described as the first to third embodiments from SUS630 steel is used as a countermeasure against aging deterioration, and the sliding portion of the shock absorber component is used to prevent the wear. 6 (product name of self-fluxing alloy according to the standards of Wallcolmonoy) is applied. Thereby, abrasion resistance can be improved.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using the material of the present invention that can suppress the aging deterioration associated with thermal aging as the material of the shock absorber of the control rod drive mechanism, there is room for both toughness and SCC sensitivity during the life of the nuclear power plant, The shock absorber is unlikely to be damaged by the impact force generated during scram.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial vertical sectional view showing a schematic configuration of a boiling water reactor including a control rod drive mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is an elevational sectional view showing a schematic configuration of the control rod drive mechanism of FIG. 1;
3 is a partial vertical sectional view showing a schematic configuration of a shock absorber of the control rod drive mechanism of FIG. 2;
FIG. 4 is a table showing chemical components of invention materials and conventional materials.
FIG. 5 is a graph showing an impact value change rate at 400 ° C. of the inventive material and the conventional material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、Moを0.1〜4%添加し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
As a material of the shock absorber, Cr contains 12% or more, Ni contains 4% or more, C contains 0.10% or less, S contains 0.01% or less, and Mo is added by 0.1 to 4%. And a control rod drive mechanism characterized in that the balance is made of a material composed of Fe and inevitable impurities.
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Cuを2〜5%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、450〜650℃の熱処理によりCuを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
As the material of the shock absorber, Cr is 12% or more, Ni is 4% or more, C is 0.10% or less, S is 0.01% or less, Mo is 0.1 to 4%, and Cu is used by weight%. A control rod drive mechanism comprising: a material containing 2 to 5%, the balance being Fe and inevitable impurities, and Cu being deposited by heat treatment at 450 to 650 ° C. to improve the strength.
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Alを0.5〜1.5%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Alを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
As the material of the shock absorber, Cr is 12% or more, Ni is 4% or more, C is 0.10% or less, S is 0.01% or less, Mo is 0.1 to 4%, and Al is used by weight%. It is characterized by using a material containing 0.5 to 1.5%, the balance consisting of Fe and inevitable impurities, and depositing the intermetallic compound Ni 3 Al by heat treatment at 600 to 900 ° C. to improve the strength. Control rod drive mechanism.
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、Moを0.1〜4%添加し、更にNbを0.5〜1.5%含み、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Nbを析出させ強度を向上させたことを特徴とする残部がFeおよび不可避的不純物からなる材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
As a material of the shock absorber, Cr contains 12% or more, Ni contains 4% or more, C contains 0.10% or less, S contains 0.01% or less, and Mo is added by 0.1 to 4%. Furthermore, the balance is characterized by containing 0.5 to 1.5% of Nb and precipitating intermetallic compound Ni 3 Nb by heat treatment at 600 to 900 ° C. to improve the strength, and the balance consists of Fe and inevitable impurities A control rod drive mechanism characterized by using a material.
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12%以上、Niを4%以上、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下、Moを0.1〜4%、Tiを0.5〜1.5%含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、600〜900℃の熱処理により金属間化合物Ni3Tiを析出させ強度を向上させた材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
The material of the shock absorber is, by weight%, Cr 12% or more, Ni 4% or more, C 0.10% or less, S 0.01% or less, Mo 0.1-4%, Ti It is characterized by using a material containing 0.5 to 1.5%, the balance being Fe and inevitable impurities, and depositing the intermetallic compound Ni 3 Ti by heat treatment at 600 to 900 ° C. to improve the strength. Control rod drive mechanism.
前記緩衝装置の材料として、重量%で、Crを12〜14%、Niを6〜10%、Cを0.10%以下、Sを0.01%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト組織とし、フェライト相を含まないことでCrリッチ相形成を抑制した材料を使用したこと、を特徴とする制御棒駆動機構。A cylindrical index tube, a stop piston arranged in the index tube, a buffer shaft inserted in the stop piston, and interposed between the stop piston and the stop piston and the buffer shaft A control rod drive mechanism for a boiling water reactor that has a shock absorber comprising a cylindrical buffer piston that rises in the stop piston, and drives the control rod;
As a material of the buffer device, it contains 12 to 14% Cr, 6 to 10% Ni, 6% to 10% C, 0.10% or less, and 0.01% or less S, with the balance being Fe and inevitable impurities A control rod drive mechanism characterized by using a martensite structure made of a material that does not contain a ferrite phase and suppresses Cr-rich phase formation.
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