JP2014532175A5

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Publication number: JP2014532175A5
Application number: JP2014532416A
Authority: JP
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2032-09-28

Description

この目的のために、本発明は、原子炉のための耐摩耗性のおよび耐腐食性のステンレス鋼の被覆管を生産するための方法に関し、前記方法は、
−オーステナイトステンレス鋼のチューブ状のブランクを提供するステップであって、オーステナイトステンレス鋼は、０．０３重量％以下の炭素含有量を有する、ステップと、
−ブランクを成形するステップと、
−被覆管を形成するためにブランクを仕上げするステップと、
−１つまたは複数の原子種の拡散によって、被覆管の外側表面を硬化させるステップと
を含み、
提供するステップの前に、または、成形するステップもしくは仕上げするステップの間に、ブランクは、少なくとも１つの超急冷を受けており、少なくとも１つの超急冷は、
−存在する任意の析出物を可溶化するために、十分な温度まで、および、十分な時間にわたり、ブランクを加熱するサブステップと、
−オーステナイト構造体が、室温において、準安定状態、および、析出物のない状態に、維持されることを可能にする速度で、ブランクを急冷するサブステップと
を備える。

本方法の他の随意的な特徴によれば、
−加熱するサブステップが、１０２０℃から１１００℃の間の温度で、好ましくは、１０４０℃から１０８０℃の間の温度で行われる。
−加熱するサブステップが、１分３０秒から３０分の間の時間にわたり、好ましくは、３分から１０分の間の時間にわたり行われる。
−急冷するサブステップの間に、ブランクが、急冷開始温度から、８５０℃より下方へ、３分未満で冷却され、かつ、４５０℃より下方へ、１時間未満で冷却される。
−成形するステップの間に、または、仕上げするステップの間に、前記超急冷の後に、表面引張応力を生成する作業は続かない。
−成形するステップの間に、または、仕上げするステップの間に、前記超急冷の後に、研削、ブラッシング、研磨、またはバフ研磨は続かない。
−仕上げするステップが、被覆管の外側表面をストリッピングするステップ、または、摩擦仕上げする（ｔｒｉｂｏ−ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）ステップの少なくとも１つを含む。
−パーツの外側表面を硬化させるステップが、プラズマ窒化を含む。
−被覆管の外側表面を硬化させるステップが、浸炭窒化または軟窒化（ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ）を含む。
−硬化させるステップが、浸炭またはケース硬化（ｃａｓｅｈａｒｄｅｎｉｎｇ）を含む。
−ブランクが、溶接を有していない。

また、好ましくは、被覆管２１は、溶接を有していないチューブ状のブランクから作製される。また、被覆管２１は、例えば、熱処理が析出物（とりわけ、クロムおよびモリブデンの炭化物および窒化物）の再可溶化を可能にする場合には、ロール溶接された（ｒｏｌｌｅｄ−ｗｅｌｄｅｄ）ブランクから作製することも可能であり、これは、後述される超急冷（ｈｙｐｅｒｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）処理の際にあてはまる。

被覆管２１は、例えば、以下のステップを含む製造方法を使用して得られる。すなわち、
−随意的に超急冷処理を受けたオーステナイトステンレス鋼のチューブ状のブランクを提供するステップであって、超急冷処理は、すなわち、本明細書の意味において、
・析出物（とりわけ、クロムおよびモリブデンの炭化物および窒化物）を可溶化するために、十分な温度まで、および、十分な時間にわたり、チューブ状のブランクを加熱すること、次いで、
・オーステナイト構造を、室温において、準安定状態、および、析出物のない状態に、その後に維持することを可能にする速度で、チューブ状のブランクを急冷（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）すること
を含む処理である、ステップと、
−ブランクを成形するステップであって、このステップは、
・チューブ状のブランクが超急冷を受けていない場合には、そのような超急冷を実施するサブステップ、
・１つまたは複数の冷間引き抜きまたは圧延サイクルを行い、それぞれの後に超急冷が続くサブステップ、および、
・最終引き抜きするサブステップ
を含む、ステップと、
−仕上げするステップであって、この仕上げするステップは、場合により、
・ツルーイングをする（ｔｒｕｅｉｎｇ）サブステップ、
・研磨ストリップおよびホイールの上で研磨するサブステップ、
・品質管理するサブステップ、ならびに／または、
・ストリッピング／不動態化するサブステップ
を含む、ステップである。

上記に説明されている超急冷作業に関して、加熱は、厳密に１０２０℃よりも高い温度で、好ましくは、１０４０℃よりも高い温度で、好ましくは、１１００℃よりも低い温度で、および、さらに好ましくは、１０８０℃よりも低い温度で行われることを確保されることが好ましい。

急冷は、４５０〜８００℃の温度（クロムの窒化物および炭化物の析出範囲）に鋼を維持することを防止することを確保されることが好ましい。火炉負荷が低い（例えば、数個のブランクしか一緒に束ねられていない）場合には、ガス焼き入れ（好ましくは、中性ガスまたは非酸化性ガスを用いる）が、析出なしの冷却を確保するのに十分である。臨界急冷速度は、鋼の炭素含有量に依存し、それは、炭素含有量が高ければ高いほど、速くなる。したがって、０．０３％炭素の重量含有量に関して、温度は、急冷の間に、急冷開始温度から、８５０℃より下方の温度へ、好ましくは３分未満で、降下することとなり、そして、急冷開始温度から、４５０℃の下方の温度へ、好ましくは、（１ｍｍのオーダーの）小さい厚さのブランクに対して、１５分未満で降下することとなり、（１ｃｍのオーダーの）より大きい厚さのブランクに対して１時間未満で降下することとなる。

下側端部プラグ２７は、以下のステップ、例えば、
−熱間圧延によって得られるオーステナイトステンレス鋼の円筒形状のブランクを提供するステップと、
−一般的には１０５０〜１１５０℃、好ましくは１０７０〜１１３０℃の、パーツの塊部分に適合される温度への加熱を伴って超急冷するステップと、
−再度ツルーイングをするステップと、
−芯なし研削をするステップと、
−機械加工により成形するステップと、
−仕上げするステップと
を含む方法を使用して、生産することが可能である。

上記に説明されているような１つまたは複数の超急冷作業の使用を通して、窒化ステップの間に、表面層の窒素含有オーステナイトが偏析（ｄｅ−ｍｉｘｉｎｇ）して、窒化クロム、および、クロムの枯渇した金属相になり、低減される。

（１つまたは複数の）超急冷作業は、ブランクを提供する前に、および／または、成形するステップもしくは仕上げするステップの間に、実施することが可能である。

以下のＴａｂｌｅ３（表３）は、溶接されたブランクおよび溶接されていないブランクから得られ、窒化前に、上記に説明されているような超急冷を有する（ケース１、３、および４）か、または、有していない（ケース２）、窒化後の被覆管２１の間の腐食感受性の比較を可能にし、この超急冷は、析出物の再可溶化、および、成形する結果から生じる残留応力の除去を可能にする。

したがって、第１に、低炭素含有量を有する溶接されていないブランクの使用によって、および、第２に、析出物の除去を可能にする高温の超急冷の使用によって、腐食感度が、独立してかなり低減されることが可能になるということが確かめられた。

しかし、高温の超急冷の後でさえも、腐食感受性は、相対的に高い炭素含有量によって影響を受けたままである（ケース２および３）。

溶接されていないチューブ状のブランクの使用が好ましいが、ブランクが、溶接後に、上記に説明されているような高温の超急冷処理を受けるのであれば、ロール溶接されたブランクの使用も可能であり、高温の超急冷処理は、析出物の再可溶化を可能にすることとなる。

第１の処理は、上記に規定されている条件の下での超急冷を含む。この超急冷によって、例えば、機械加工の結果から生じる炭化物および窒化物の再可溶化が可能となり、ならびに、マルテンサイト相の微小析出物の再可溶化が可能となり、マルテンサイト相の微小析出物は、窒化の間のオーステナイトの偏析のための多くの種となる。また、超急冷は、硬化ステップの間のオーステナイトのこの偏析を促進する表面機械的な応力の除去も可能にする。しかし、パーツのバルクにおいて加工硬度を維持することが望ましい場合には、この処理は適用可能でなく、より大きい機械的な特性を保証するが、これは、端部プラグ２７の例ではあてはまらない。

したがって、例えば、超急冷と独立して、および、仕上げするステップを適用しないことと独立して、低炭素含有量を使用することが可能である。

Claims

耐摩耗性および耐腐食性のある原子炉のための被覆管（２１、２７）を製造するための方法であって、前記方法は、
−オーステナイトステンレス鋼のチューブ状のブランクを提供するステップであって、前記オーステナイトステンレス鋼の炭素含有量は、０．０３重量％以下である、ステップと、
−前記ブランクを成形するステップと、
−前記被覆管（２１）を形成するために前記ブランクを仕上げするステップと、
−１つまたは複数の原子種を拡散させることによって、前記被覆管（２１）の外側表面（２９）を硬化させるステップと
を含み、
前記提供するステップの前に、または、前記成形するステップもしくは仕上げするステップの間に、前記ブランクは、少なくとも１つの超急冷を受けており、前記少なくとも１つの超急冷は、
−存在する任意の析出物を可溶化するために、十分な温度まで、および、十分な時間にわたり、前記ブランクを加熱するサブステップと、
−前記オーステナイト構造体が、室温において、準安定状態、および、析出物のない状態に、維持されることを可能にする速度で、前記ブランクを急冷するサブステップとを備える、方法。
前記加熱するサブステップが、１０２０℃から１１００℃の間の温度で、好ましくは、１０４０℃から１０８０℃の間の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
前記加熱するサブステップが、１分３０秒から３０分の間の時間にわたり、好ましくは、３分から１０分の間の時間にわたり行われる、請求項１または２に記載の方法。
前記急冷するサブステップの間に、前記ブランクが、急冷開始温度から、８５０℃より下方へ、３分未満で冷却され、かつ、４５０℃より下方へ、１５分未満で冷却される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記成形するステップの間に、または、前記仕上げするステップの間に、前記超急冷の後に、表面引張応力を生成する作業は続かない、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
前記成形するステップの間に、または、前記仕上げするステップの間に、前記超急冷の後に、研削、ブラッシング、研磨、またはバフ研磨は続かない、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
前記仕上げするステップが、前記被覆管（２１）の前記外側表面（２９）をストリッピングするステップ、または、摩擦仕上げするステップの少なくとも１つを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記被覆管（２１）の前記外側表面（２９）を硬化させる前記ステップが、プラズマ窒化を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
前記被覆管（２１）の前記外側表面（２９）を硬化させる前記ステップが、浸炭窒化または軟窒化を含む、請求項８に記載の方法。
前記硬化させるステップが、浸炭またはケース硬化を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
前記ブランクが、溶接されていない、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
ステンレス鋼からなるコアを含む被覆管であって、前記コアの外層は前記コアの前記外層内に拡散されている１つまたは複数の原子種を含み、前記外層の硬度は前記コアの残りの部分の硬度よりも大きく、前記被覆管は３Ｃ／ｃｍ ^２以下の腐食感受性を有している、被覆管。
スパイダー構造体（１５）と、前記スパイダーによって担持されている吸収棒（１３）とを含む、加圧水型原子炉のための制御クラスター（３）であって、前記吸収棒（１３）が、少なくとも１つの中性子吸収材料（２３）を含有する被覆管（２１）と、前記被覆管（２１）を閉じる端部プラグ（２５、２７）とを含む、制御クラスター（３）において、前記吸収棒（１３）のうちの少なくともいくつかの前記被覆管（２１）が、請求項１２に記載の被覆管であることを特徴とする、制御クラスター（３）。