JP2865749B2 - 配管の改質方法 - Google Patents

配管の改質方法

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JP2865749B2 JP1315291A JP31529189A JP2865749B2 JP 2865749 B2 JP2865749 B2 JP 2865749B2 JP 1315291 A JP1315291 A JP 1315291A JP 31529189 A JP31529189 A JP 31529189A JP 2865749 B2 JP2865749 B2 JP 2865749B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼製の配管の
改質方法に関わり、特に原子炉圧力容器を貫通している
配管の溶接熱影響部の改質方法に関する。
〔従来の技術〕
沸騰水型原子炉(boiling−water reactor)(BWR)
プラントにおける一次冷却水用配管(JIS SUS304材製)
の溶接継手の溶接熱影響部には、粒界型応力腐食割れ
(以下、応力腐食割れをSCCと称する)が生じる係向が
ある。SCCは、第3図に示されるように、0.2%耐力を超
える高引つ張り応力1,溶接熱影響により結晶粒界に沿つ
て生じるクロム欠乏層2(鋭敏化領域)、および溶存酸
素等の腐食環境3が重なる部分4に発生する。
従来より施行されている自然冷却によるJIS SUS304製
配管の溶接では、第2図に示されるように溶接(溶接部
6参照)により管内外面に数10kg/mm2におよぶ高引つ張
り残留応力(第2図の特性8参照)が生じる。第2図の
TS側は引つ張り応力領域であり、CS側は圧縮残留応力領
域である。直線9は、10kg/mm2レベルを示す。母材5aの
溶接部近傍の熱影響部7にクロム欠乏層が生じる。この
ように、高引つ張り残留応力とクロム欠乏層の発生した
母材の内外両面に腐食性流体が接触すると、母材の熱影
響部にSCCが発生する危険が大きくなる。
公知のSCC対策の一つとして、特公昭59−21711号公報
に記載された方法がある。該公報に記載された方法は、
溶接接合される予定の複数のステンレス鋼製部材の溶接
継手部近傍の腐食性流体に接する面にデルタ(δ)フエ
ライトを含む耐食材料を肉盛し、次いで内盛止端部にお
ける前記腐食性流体に接する面に入熱5KJ/cm以下に溶融
処理を施し、その後、前記ステンレス鋼製部材の溶接継
手部を溶接する方法である。この溶融処理の目的は、耐
食材料の肉盛によつて母材の熱影響部に生成するクロム
欠乏層を消滅させるとともに、デルタ(δ)フエライト
を含む耐食性の優れた組織を生成させることにある。特
開昭53−56134号公報に記載された方法も、溶接に先立
つてステンレス鋼材の溶接接合部近傍に溶融処理に施す
という点で、特公昭59−21711号公報に記載さた方法と
類似している。すなわち、この方法は、オーステナイト
系ステンレス鋼製部材の溶接に先立つて、溶接による熱
影響を受ける予定箇所の表面層に、熱エネルギーを与え
る(アーク,プラズマ等による)ことによつて溶融処理
を施す方法である。この方法では、溶融処理による溶融
部が凝固する際にデルタ(δ)フエライトが生じる。ま
た、この方法によつて得られる組織は、溶接時に熱影響
を受けても、肉盛を行つた場合と同様に結晶粒界におけ
る炭化物の析出による鋭敏化が生じない。
SCC対策の他の一つは、特公昭60−453033号公報(Jap
anese Patent Examined Publication)に記載された方
法でなる。該公報に記載された方法は、溶接に先立つ
て、溶接部材の腐食性流体に接触する面にデルタ(δ)
フエライトを含む耐食材料を肉盛し、その後、該肉盛側
を冷却しながら肉盛止端部の反対側の面に肉盛を施す方
法である。冷却しながら肉盛する目的は、最初の(また
は第一次の)耐食材料の肉盛によつて母材の熱影響部に
生じるクロム欠乏層領域の残留応力を改善することにあ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
公知の手法は、SCC対策の施された面のみがSCCに対し
て有効であり、それとは反対側の面については配慮がな
さえていない。そのため、溶接継手の表裏両面が腐食性
流体に接触する場合には、継手の両面にSCC対策を施さ
なければならない。このことは、溶接継手の表裏両面が
腐食性流体に接触する場合であつて、既設溶接継手の片
側面のみしか溶接処理を施し得ない場合に、従来技術は
有効に対処し得ないことを意味している。
他方、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手熱影
響部に生じるSCCを防ぐために、溶接に先立ち、母材の
熱影響予定箇所に熱エネルギーを与えて溶融しておく方
法が、特開昭53−56134号公報(既述)および特開昭63
−177972号公報(後者は、冷間加工材一般を対象とする
方法として記述されている)に開示されている。これら
の方法は、既設の溶接継手を対象としていない。
本発明は、斯かる技術的背景の下で創案されたもので
ある。
本発明の目的は、原子炉圧力容器の炉水を抜くことな
く、原子炉圧力容器を貫通しているオースナイト系ステ
ンレス鋼製の配管の耐食性を効果的に向上でき、且つ作
業員の被曝放射線量を低減できる配管の改質方法を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、原子炉圧力容
器を貫通しているオーステナイト系ステンレス鋼製の配
管の溶接熱影響部を加熱処理することにより改質する配
管の改質方法において、前記圧力容器の炉水を保持した
状態で、1〜30kJ/cmの範囲の入熱量で加熱する領域
と、1〜5kJ/cmの範囲の入熱量で加熱する領域とに分け
て加熱処理する。
〔作用〕
本発明によれば、原子炉圧力容器を貫通しているオー
ステナイト系ステンレス鋼製の配管の溶接熱影響部を加
熱処理する場合に、水冷効果のある領域は相対的に高い
入熱量の範囲1〜30kJ/cmで、自然冷却に頼る領域は相
対的に低い入熱量の範囲1〜5kJ/cmで、それぞれ加熱処
理することにより、各領域に適した入熱条件で処理でき
るので、クロム欠乏層の消滅及び残留応力の改善が効果
的に図れ、SCCの発生を抑制することができる。従っ
て、耐食性を効果的に向上できる。さらに、配管の改質
を炉水を保持した状態で行えるので、炉水による放射線
遮蔽効果により作業員の被曝放射線量を低減できる。
〔実施例〕
実施例では、オーステナイト系ステンレス鋼製部材を
溶接することにより生じるクロム欠乏層を、アーク,レ
ーザビーム等の高密度エネルギーの投入(または照射)
によつて溶融・凝固させ、もつて溶接熱影響部のクロム
炭化物をフエライトおよびオーステナイトに分解固溶せ
しめる処理法として特徴づけられる。この処理によつて
処理側表面層にデルタ(δ)フエライトが生じ、したが
つて耐食性の優れた組織が得られる。溶融処理を行う
間、反対側の面を水等で強制冷却する場合には、溶融処
理に必要な入熱は1〜30KJ/cmであり、また反対側の面
を強制冷却することなく自然冷却に頼る場合には、溶融
処理に必要な入熱は特公昭59−21711号公報に記載され
ているとおり5KJ/cm以下である。この範囲の入熱であれ
ば溶融処理の止端部(即ち、溶融処理の熱影響部の境界
付近)における熱影響によるクロム欠乏層の生成は抑制
される。
別の観点で実施例は、オーステナイト系ステンレス鋼
製部材を溶接することにより生じるクロム欠乏層領域の
高引つ張り応力を、溶接継手の片側面を冷却しつつ反対
側に上記入熱範囲で溶融処理を施すことによつて冷却側
にて+10kg/cm2以下に改善する方法として特徴づけられ
る。
ところで、オーステナイト系ステンレス鋼が、18Cr8N
i系鋼で代表されることは周知である。オーステナイト
系ステンレス鋼は、一般にCr系ステンレス鋼よりも耐食
性がよく、また高温強さや、低温靭性が良く、さらに溶
接性が優れているので、用途が極めて広い。
以下、本発明の実施例をより具体的に説明する。
第2図に本実施例の試験体の概略を示す。厚さ100mm
炭素鋼製厚板5bに、外径50mm,内径38mmのステンレス鋼
管5aを貫通させ、すみ肉溶接6により固定した構造が示
されている。
本実施例に使用したステンレス鋼管の化学成分を第1
表に示す。
この溶接により溶接近傍内外面はクロム欠乏層7と高
引張残留応力が発生する。管外面の残留応力の一例を第
2図に示す。このようにクロム欠乏層領域に高引張応力
が発生しており、腐食性流体がこの領域に接すればSCC
発生の可能性がある。
すみ肉溶接後、第1図に示すように管外面を水冷しな
がら(水冷域10参照)、管内面のクロム欠乏層領域7を
ノンフイラTIG溶接により溶融処理を施す。
溶融処理を行つたノンフイラTIG溶接は、管外面の水
冷効果のある領域11は1〜30KJ/cm、自然冷却に頼る領
域12は1〜5KJ/cm以下の条件で行つた。施行条件の一例
を第3表に示す。
ノンフイラTIG溶接により溶融処理を施した、止端部
をも含めた領域は、クロム欠乏層が消滅しδフエライト
が生成した耐食性に優れた組織になつており、優れた耐
食性を示す。
第1図に管外面の残留応力状態を示す。この図に示す
ように腐食性流体に接する管外面13の残留応力は圧縮応
力側に改善され、SCCが発生しない10kg/mm2以下(直線
9は10kg/mm2を示す)になる。
以上をまとめると第4表の如くになる。
この実施例で5bをBWR型原子炉の原子炉圧力容器下鏡
板に、5aをBWR型原子炉のインコアモニター(通常ICM)
ハウジング部と考えれば、本発明によりすみ肉溶接の熱
影響により劣化したステンレス鋼製ICMハウジングを取
替えることなく耐食性良好なICMハウジングに修復する
ことができる。
また、炉水を原子炉圧力容器より抜くことなく作業で
きるため、炉水を抜く手間が省けかつ炉水による放射線
の遮蔽効果により作業員の被曝放射線量を抑えることが
できるので被曝低減と長時間作業が可能と成る。
本実施例によれば、溶存酸素を含有する高温高圧水中
におけるステンレス鋼溶接継手表裏両面の耐食性向上が
図れ、ステンレス鋼溶接継手表裏両面に溶存酸素を含有
する高温高圧水が接するような場合で、かつ溶接処理が
継手のある一方からのみしか出来ない場合でも、信頼性
が高くかつ使用寿命の長いステンレス鋼溶接継手が得ら
れる。
特に、本発明は既設プラントのステンレス鋼配管(溶
接継手表裏両面に溶存酸素を含有する高温高圧水が接す
るような場合)を保全補修する場合にも効果を発揮し、
SCC発生環境下で使用する原子力プラント機器およびそ
の鋼製部材に使用可能である。
以上の説明から明らかのように、ステンレス鋼溶接継
手表裏両面の耐食性向上が図れ、ステンレス鋼溶接継手
表裏両面に溶存酸素を含有する高温高圧水が接するよう
な場合で、かつ溶融処理が継手のある一方からのみしか
出来ない場合作業条件下でも、信頼性が高くかつ使用寿
命の長いステンレス鋼溶接継手が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、原子炉圧力容器の炉水を抜くことな
く、原子炉圧力容器を貫通しているオーステナイト系ス
テンレス鋼製の配管の耐食性を効果的に向上でき、且つ
作業員の被爆放射線を低減できる配管の改質方法を提供
することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による溶接部改質処理が施された管溶
接継手部の断面構造を示すとともに、該溶接継手に対応
して示された管外面の改善された残留応力特性曲線のグ
ラフを関連させて示した図、第2図は、溶接後、本発明
による溶接部改質処理が施されていない管溶接継手部の
断面構造を示すとともに、該溶接継手部に対応して示さ
れた管外面の残留応力特性曲線のグラフを関連させて示
した図、第3図は、SCCの発生原因の概念的表示図、第
4図は、通常の自然冷却溶接による溶接継手部の断面構
造と、該溶接継手部に対応して示された管外面の残留応
力特性曲線のグラフを関連させて示した図である。 1……高引張応力、2……クロム欠乏層、3……腐食環
境、4……SCC発生領域、5a……ステンレス鋼管、5b…
…炭素鋼、6……溶接、7……熱影響部、8……残留応
力、9……+10kg/mm2、10……水冷域、11……水冷+溶
融処理による組織改善域、12……溶融処理による組織改
善域、13……水冷+溶融処理による残留応力改善域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正宏 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭56−150134(JP,A) 特開 昭54−67223(JP,A) 特開 昭62−50084(JP,A) 特開 昭60−184486(JP,A) 特開 昭54−152639(JP,A) 特開 昭53−106355(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 31/00,9/00 C21D 9/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉圧力容器を貫通しているオーステナ
    イト系ステンレス鋼製の配管の溶接熱影響部を加熱処理
    することにより改質する配管の改質方法において、前記
    圧力容器の炉水を保持した状態で、1〜30kJ/cmの範囲
    の入熱量で加熱する領域と、1〜5kJ/cmの範囲の入熱量
    で加熱する領域とに分けることを特徴とする配管の改質
    方法。
JP1315291A 1988-12-07 1989-12-06 配管の改質方法 Expired - Lifetime JP2865749B2 (ja)

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WO2005024083A1 (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Hitachi, Ltd. 原子炉構造物とその製造方法および補修方法

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