JP2022183216A - 腐食耐性のための金属構成要素に亜鉛-金属酸化物層を生成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の分野
本発明は、その種々の実施形態において、金属表面の腐食および金属種の放出を低減させるための、金属物体または製品の金属表面の最上部部分と一体の耐食層を製造する方法を提供する。特に、本発明は、金属の腐食および金属からの金属の放出を低減させるための、金属チューブの内部表面などの曝露表面と一体の安定化された亜鉛-金属酸化物または亜鉛混合金属酸化物層を有する完成金属物体または製品を製造するための方法を提供する。本発明は、その種々の実施形態において、一体型の耐食層を有する完成金属物体または製品も提供する。
発電産業では、水冷システムにおける金属腐食は主要な信頼度因子である。水性腐食は、所与の条件下での金属種の溶解性により制御される、金属表面からの金属放出によって駆動される。金属、鋼または合金はいずれもそうした腐食に曝される。放出された物質は、しばしば、低流量域内または熱伝導表面上などのそのシステムのどこかに沈着して、汚れや効率損失を引き起こす。特に、原子力産業においては、金属の放出は、反応容器の外部での放射線場の発生源である。
本発明は、使用されるとき少なくとも潜在的に腐食性の環境または腐食性環境に曝露され得る、その表面の少なくとも1つの最上部部分内に耐食層を有する完成金属物体または製品を製造するための方法を提供する。したがって、その耐食性酸化物層は、例えばin
situで保護層を作製することによって製造後に保護層を作製する(すなわち、そこ
では、完成金属物体または製品は完全に製造されており、その目的とする使用のための準備ができていて、そうした使用のために導入されており、その後に、ただし使用前にその保護層が作製される)のとは対照的に、完成金属物体または製品を創出するために使用される製造方法の間に形成されると理解すべきである。一実施形態では、耐食層は、そこに亜鉛が取り込まれており、それが金属物体または製品中の金属と結合して亜鉛-金属酸化物層を形成する亜鉛-金属酸化物層である。一実施形態では、亜鉛-金属酸化物層は亜鉛-クロム酸化物層である。別の実施形態では、耐食層は、そこに亜鉛が取り込まれており、それが金属物体または製品中の1つより多い金属と結合して亜鉛混合金属酸化物層を形成する亜鉛混合金属酸化物層である。その亜鉛-金属酸化物層および亜鉛混合金属酸化物層は、in situで製造されている類似の層より安定であると理解すべきである。
形成される耐食層より長期間の実行可能性を有しており、例えば、用役(service)のために導入され連結されることによって、用役または使用の準備ができている、所与の完成金属物体または製品(例えば、そこで使用され得るプロセスにおいて連結されている完成金属チューブ)の製造方法の間に形成される安定な耐食層を提供することを理解すべきである。したがって、本発明は、亜鉛を、半完成金属物体または製品(すなわち、最後の構成要素の製造ステップの前)の所与の表面の最上部部分または上部部分に取り込んで、この製造方法において使用される後続する最終熱処理が、使用前に、亜鉛-金属酸化物または亜鉛混合金属酸化物層および安定した表面構造を生成することを確実にするために、このより安定な耐食層を提供する。結果として、下にある金属の腐食を低減させることができ、これは、資産信頼性ならびにプラントの稼働率および効率を大幅に増大させる可能性がある。そうしたことは、そうでない場合、そのような腐食の結果としてもたらされ得る任意の金属の放出の影響も低減させる。完成金属物体または製品が、加圧水型原子炉(PWR)に付随する蒸気発生器チュービング、または沸騰水型原子炉(BWR)からの原子炉冷却水に曝露され得る給水チュービングまたは他の金属表面(例えば、給水加熱器)として使用されるチューブを含み得る原子力用途では、流体中への金属の放出の低減は、そうでない場合これらのシステムの中のどこかで発生し得る放射線場を減少させることができる。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
(項目1)
耐食層を有する金属物体を作製するための方法であって:
前記金属物体の使用の間に曝露され得る金属物体の少なくとも1つの金属表面の少なくとも一部分内に亜鉛を取り込むステップと;
前記少なくとも1つの金属表面の前記部分内に耐食層を形成させるステップと
を含む方法。
(項目2)
前記耐食層が亜鉛-金属酸化物層を含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記金属表面がクロムを含み、前記亜鉛-金属酸化物層が亜鉛-クロム酸化物層を含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記金属表面が、クロムを含む合金を含む、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記金属表面が、ニッケル-鉄-クロムを含む鋼を含む、項目1に記載の方法。
(項目6)
第2の金属を、前記少なくとも1つの金属表面の前記部分内に取り込むステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目7)
前記第2の金属がクロムを含む、項目6に記載の方法。
(項目8)
耐食層を有する金属物体を作製するための方法であって:
前記金属物体の使用の間に曝露され得る金属物体の少なくとも1つの金属表面の少なくとも一部分内に亜鉛を取り込むステップと;
前記少なくとも1つの金属表面の前記部分内に亜鉛混合金属酸化物を含む耐食層を形成させるステップと
を含む方法。
(項目9)
前記金属表面が、クロムを含む合金を含む、項目8に記載の方法。
(項目10)
前記金属表面が、ニッケル-鉄-クロムを含む鋼を含む、項目8に記載の方法。
(項目11)
第2の金属を、前記少なくとも1つの金属表面の前記部分内に取り込むステップをさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目12)
前記第2の金属がクロムを含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
耐食層を有する完成金属製品を作製するための方法であって:
亜鉛を、半完成金属製品から生産される完成金属製品の使用の間に曝露され得る前記半完成金属製品の少なくとも1つの金属表面内に取り込むステップと;
前記取り込み後に、所定の形状の完成金属製品に半完成金属製品を形成させるステップと;
前記形成後に前記半完成金属製品を熱処理して、前記少なくとも1つの表面の最上部部分内に亜鉛-金属酸化物層を形成させるステップと
を含む方法。
(項目14)
前記金属表面がクロムを含み、前記亜鉛-金属酸化物が亜鉛-クロム酸化物を含む、項目12に記載の方法。
(項目15)
前記亜鉛-金属酸化物が亜鉛混合金属酸化物を含む、項目12に記載の方法。
(項目16)
第2の金属を、前記少なくとも1つの金属表面の前記部分内に取り込むステップをさらに含む、項目12に記載の方法。
(項目17)
金属チューブの曝露内部表面と一体の耐食層を有する金属チューブを作製するための方法であって:
亜鉛を、半完成金属製品の少なくとも1つの金属表面内に取り込むステップと;
前記取り込みの前または後に、前記半完成金属製品から金属チューブを形成させるステップであって、前記少なくとも1つの金属表面が前記金属チューブの内部表面であるステップと;
前記形成後に、前記金属チューブを熱処理して、前記金属チューブの内部表面の最上部部分内に亜鉛-金属酸化物層を形成させるステップと
を含む方法。
(項目18)
前記取り込み後、前記形成後であって、冷間ピルガ圧延によるか、または冷間引き抜きプロセスを使用した前記熱処理前に、前記金属チューブを加工するステップをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
前記少なくとも1つの金属表面がクロムを含み、前記亜鉛-金属酸化物が亜鉛-クロム酸化物を含む、項目17に記載の方法。
(項目20)
第2の金属を、前記少なくとも1つの金属表面内に取り込むステップをさらに含む、項目17に記載の方法。
した場合、安定な亜鉛-クロム酸化物層を作製するために、以下で説明するように追加のクロムを添加することができる。
ュービングの任意の腐食は、金属が、チュービングからその流体中に放出され、しばしば、低流量域内または熱伝導表面上などのそのシステムのどこかに沈着し、汚れおよび効率損失を引き起こすようにするからである。特に原子力産業においては、これらの金属の放出は、そうでないように回避されるべきである原子炉容器の外部での放射線場の発生源である可能性がある。
る。一例として亜鉛を使用すると、その金属中に拡散する亜鉛の量は、耐食層のその全体の深さまたは厚さに影響を及ぼし得る。さらに、耐食層内またはその金属自体の最上部部分内の亜鉛の濃度は、金属内の深さの関数として変化する可能性がある。したがって、耐食層の全体的な組成は、それ自体、金属自体内の深さとともに変化する可能性があり、その耐食層の深さは、例えば、製造の間に耐食層を作製するために使用される異なる方法および条件(例えば、金属を亜鉛と接触させるために使用される方法の種類、および接触の間の温度などのそうした方法のための操作条件、使用されるベース金属または合金の組成等)に応じて異なり得る。しかし、一実施形態では、耐食層の深さまたは厚さは、そのためにその組成が、耐食層の作製の前の金属自体の、下にある組成、または半完成金属製品の組成と異なる金属内の深さと定義することができる。一実施形態では、耐食層の深さまたは厚さは、亜鉛を含む組成を有する金属内の深さと定義することができ、そこでは、亜鉛は耐食層を形成させるために使用されており、その金属物体の初期組成は亜鉛を含有していない。一実施形態では、耐食層の深さまたは厚さは、亜鉛-金属(例えば、亜鉛-クロム)または亜鉛混合金属酸化物を含む組成を有する金属内の深さと定義することができる。
る場合、亜鉛-64が枯渇した完成金属物体または製品を生成することが好ましい。しかし、原子力以外の用途で使用される完成金属物体または製品は、中性亜鉛を含む任意の亜鉛同位体組成で生成することもできることを理解すべきである。
ようにして取り込むこともできることを理解すべきである。
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