JP4858659B2 - 原子力プラント用金属管の熱処理方法、およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉、並びにそれにより処理された原子力プラント用金属管 - Google Patents

原子力プラント用金属管の熱処理方法、およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉、並びにそれにより処理された原子力プラント用金属管 Download PDF

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Description

本発明は、すり疵および着色の発生を抑制することができる原子力プラント用金属管の熱処理方法、およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉、並びにそれにより処理された原子力プラント用金属管に関する。
なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「原子力プラント用金属管」：原子力プラントに採用される蒸気発生器の伝熱管として用いられ、高温水環境での耐粒界腐食性に優れたニッケル基合金からなる金属管をいう。
原子力プラント用金属管（以下、単に「金属管」ともいう）の製造は、一般的に、所定の寸法の管に加工した後、固溶化熱処理を施し、さらに耐食性を向上させるために粒界に炭化物を析出させる析出熱処理を施して仕上げられる。析出熱処理は、７００度程度に加熱して行われ、粒界にＣｒ炭化物を析出させることにより、金属管の耐粒界腐食性を高めることを目的とする。また、析出熱処理は、固溶化熱処理後に行われる曲り矯正および研磨加工による残留応力を金属管から除去することを目的とする。
析出熱処理において金属管表面（外面および内面）が酸化膜の形成により着色が発生すると、製品として使用された際に腐食を引き起こす恐れがあるので、一般的に、析出熱処理は真空炉により行われる。真空炉を用いた熱処理は、炉内に収容された金属管を真空状態で加熱して行うことから、加熱方式は輻射加熱が多用される。また、析出熱処理は、複数の金属管をカートやトレー等に載置した状態で、真空炉内に収容して熱処理を施すバッチ式により行われる。
図１（ａ）および（ｂ）は、バッチ式真空熱処理炉が備える原子力プラント用金属管を載置するカートを示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示すカート２は、車輪を有する台車２１と、台車に固定された支柱２３と、２本の支柱２３の間に架けられた金属製梁２２とから構成される。図１（ａ）および（ｂ）に示すカートを用いて、バッチ式真空熱処理炉により金属管に析出熱処理を施す場合は、複数の金属管１が、金属製梁２２に載置された状態で、カートをバッチ式真空熱処理炉に収容し、金属管を加熱して行う。
原子力プラント用金属管は、一般的に、直径１５〜２２ｍｍ、肉厚０．９〜１．３ｍｍ、長さ１５，０００〜２７，０００ｍｍであることから、長尺である。このため、カート２には、載置により金属管がたわみ、熱処理の際に変形するのを防止するために、金属管の長手方向に複数の金属製梁２２が配置され、カート２は複数の台車２１を連結して構成される。
析出熱処理において、金属管は、高温に加熱されて管の軸方向に熱膨張する。この際、金属管の載置に用いられるカートやトレーも熱膨張するが、金属管と熱膨張率が異なり、長尺の金属管はその変形量が大きいので、金属管とカートまたはトレーの載置部が擦れ、金属管外面にすり疵が形成される。
形成されたすり疵は、載置部と擦れることにより、金属管外面が削られた凹部と、削られた金属が塊となって外面に付着した凸部とからなる。すり疵の凹部は、金属管の腐食の起点となり、原子力プラントにおいて重大な事故を引き起こす恐れがある。このため、すり疵の凹部は限度見本以下の深さおよび長さであることが求められ、すり疵の深さまたは長さが限度見本を超える場合は金属管外面を研磨して凹部を除去する必要がある。この研磨を機械加工により行うと、析出熱処理により金属管から取り除かれた残留応力を、再び生じさせることになるので、研磨はもっぱら手作業により行われる。
また、すり疵の凸部は、原子力プラントの蒸気発生器に金属管を固定する際に、蒸気発生器の固定具を傷付け、原子力プラントにおいて重大な事故を引き起こす恐れがある。このため、すり疵の凸部は、凹部と同様に手作業による研磨を施し、除去する必要がある。
したがって、金属管の製造において、すり疵を管理するため、熱処理後にその有無を検査し、すり疵が発見された場合には、手作業により金属管外面を研磨して凸部を除去する。さらに、すり疵の深さまたは長さが限度見本を超える場合には、研磨して凹部を除去することとなり、製造効率が悪化する。
前記図１（ａ）および（ｂ）に示すカートの金属製梁２２の上に、薄板状であって、金属製のサポート部材を拘束することなく配置し、熱処理の際に金属管１の膨張にともなってサポート部材が金属管の長手方向に移動することにより、すり疵の抑制を図ることを検討した。また、金属管とサポート部材の接触面積を増加させ、接触部の面圧を低下させることにより、すり疵の発生を防止することも検討された。しかし、これらの対策では十分といえず、依然として析出熱処理により金属管外面に深さ１０μｍ程度のすり疵が形成される。
前記図１（ａ）および（ｂ）で示すカートにおいて、金属製梁上に耐熱布を配置し、金属管と金属製梁とを、耐熱布を介して接触させた状態で、バッチ式真空熱処理炉による析出熱処理を金属管に施した場合、金属管外面にすり疵が形成されるのを抑制することができる。しかし、この場合は金属管と金属製梁とが接触している部分において、金属管外面に酸化膜が形成されて着色する場合がある。金属管外面が着色すると、耐食性が低下して金属管の腐食を引き起こす恐れがある。このため、手作業により金属管外面を研磨して着色（酸化膜）を除去する必要がある。
熱処理に起因するすり疵を抑制するために従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１では、耐熱布を用いた熱処理方法が提案されている。特許文献１では、不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気による連続式熱処理において、熱処理を施す条材を加熱する熱処理ロールの外周面に耐熱布を巻き回すことにより、条材の外面にすり疵が形成されるのを抑制するとしている。
また、特許文献２は、コイル状に巻かれた銅製パイプをコンベヤーに載せ、加熱炉に通過させて行う連続式の熱処理方法に関するものである。特許文献２では、金属製バンドにより束ねられた複数の銅製パイプをコンベヤーに載せる際に、クッション材として耐熱布を複数枚積層した積層体を耐熱性の糸や接着剤により結着したものを用いる。これにより、コンベヤーへ載置する際に銅製パイプの表面にすり疵が形成されるのを抑制するとともに、熱処理の際に金属製バンドが銅製パイプに喰込むのを抑制できるとしている。
特許文献１および２で提案されている熱処理方法は、連続式熱処理炉に関するものであり、被熱処理材の表面への着色を防止するために用いられる真空炉を対象とするものではない。このため、熱処理に起因するすり疵については検討されているが、熱処理に起因する着色については検討されていない。
特開２００１−３３５８４４号公報 実開平５−８５８４０号公報
前述の通り、バッチ式真空熱処理炉による原子力プラント用金属管の析出熱処理では、金属管が加熱により熱膨張して載置される金属製梁と擦れることにより、金属管外面に形成されるすり疵が問題となる。また、金属管と金属製梁とを、耐熱布を介して接触させた場合、すり疵を抑制することができるが、熱処理により金属管外面が着色する問題がある。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、熱処理に起因するすり疵のみならず、着色も抑制することができる原子力プラント用金属管の熱処理方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題を解決するため、金属製梁上に耐熱布を配置し、金属管と金属製梁とを耐熱布を介して接触させた状態で、バッチ式真空熱処理炉による析出熱処理を金属管に施した場合、金属管外面が着色する原因について調査した。その結果、耐熱布の繊維の間に含まれる極微量の水分が、加熱する前に行う真空引きにより除去されることなく耐熱布に残存し、加熱により蒸発してガスを生成し、金属管外面と反応して着色することを見出した。さらに、金属管外面への着色は、炉内温度が３００℃を超えた状態で耐熱布から蒸発した水分が炉内から十分に取り除かれていないと、発生し易いことを見出した。
本発明者らは上記の調査結果を基に、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、金属管と金属製梁とを、厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を介して接触させることにより、熱処理に起因するすり疵を抑制できるとともに、着色を低減できることを知見した。
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）および（２）の原子力プラント用金属管の熱処理方法、下記（３）のバッチ式真空熱処理炉、および下記（４）の原子力プラント用金属管を要旨としている：
（１）バッチ式真空熱処理炉に収容される原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置して熱処理を行う際に、
前記金属管と前記金属製梁とを、厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布（ただし、熱処理で加熱された際に炭素または有機物を発生させる耐熱布を除く）を介して接触させることを特徴とする、原子力プラント用金属管の熱処理方法。
（２）前記原子力プラント用金属管の組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする、上記（１）に記載の原子力プラント用金属管の熱処理方法。
（３）原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置した状態で収容し、熱処理を行うバッチ式真空熱処理炉であって、
前記金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布（ただし、熱処理で加熱された際に炭素または有機物を発生させる耐熱布を除く）を配置し、前記金属管と前記金属製梁とを前記耐熱布を介して接触させることを特徴とする、バッチ式真空熱処理炉。
（４）上記（１）または（２）に記載の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて熱処理され、当該熱処理に起因する深さ１０μｍ以上のすり疵および範囲が半周を超える着色の発生がないことを特徴とする、原子力プラント用金属管。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）金属管と金属製梁とを、耐熱布を介して接触させることにより、金属管外面にすり疵が形成されるのを抑制できる。
（２）厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を用いることにより、金属管外面への着色を低減することができる。
（３）熱処理に起因するすり疵および着色の発生がない金属管を得ることができ、この場合は手作業により金属管外面を研磨し、すり疵および着色を除去する必要がなく、金属管の製造効率を高めることができる。
本発明のバッチ式真空熱処理炉は、金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を配置することにより、容易に本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を実施できる。
本発明の原子力プラント用金属管は、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて熱処理され、当該熱処理に起因するすり疵および着色の発生がないことから、耐食性に優れる。
図１（ａ）および（ｂ）は、バッチ式真空熱処理炉が備える原子力プラント用金属管を載置するカートを示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。
以下に、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法、およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉、並びにそれにより処理された原子力プラント用金属管について説明する。
［原子力プラント用金属管の熱処理方法］
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法は、バッチ式真空熱処理炉に収容される原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置して熱処理を行う際に、金属管と金属製梁とを、厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を介して接触させることを特徴とする。
金属管と金属製梁とを耐熱布を介して接触させることにより、耐熱布が緩衝材として機能することから、熱処理において金属管が熱膨張した場合に、金属管にすり疵が形成されるのを抑制できる。さらに、耐熱布の厚さを０．１〜１．２ｍｍとすることにより、真空引き後に耐熱布の繊維間に残存する水分量が減少する。これにより、熱処理で加熱する際に、着色が発生し易い炉内温度３００℃に到達する前である、１００〜３００℃の温度域で耐熱布に残存する水分を蒸発させ、その大部分を除去できる。このため、熱処理の際に、耐熱布に残存する水分が加熱により蒸発してガスを生成し、金属管外面と反応して着色するのを低減できる。
耐熱布の厚さが１．２ｍｍを超えると、真空引き後の耐熱布に残存する水分量が増加するので、熱処理で加熱する際に、１００〜３００℃の温度域での蒸発による水分の除去が不十分となる。このため、炉内温度が３００℃を超えた状態で、耐熱布に残存した水分が蒸発し、金属管外面への着色が顕著となる。一方、耐熱布の厚さが０．１ｍｍ未満であると、耐熱布が金属管との接触により摩耗し、頻繁に耐熱布を交換する必要がある。したがい、耐熱布の厚さは０．１〜１．２ｍｍとした。好ましい下限は０．２ｍｍであり、好ましい上限は１．０ｍｍである。さらに好ましい上限は０．６ｍｍである。
耐熱布は、熱処理において高温加熱された際に、金属管の品質に影響する可能性のある炭素や有機物を発生させないものを用いる必要がある。具体的には、シリカ繊維やセラミック繊維の長繊維を編み込んだ織布、またはこれらの長繊維を使用した不織布を用いることができる。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法は、金属製梁上に金属管を載置するに際し、載置された金属管上にさらに他の金属管を載置するのが好ましい。熱膨張率が同一である金属管上に載置された金属管は、熱処理の加熱の際に擦れが生じないので、金属管外面にすり疵が形成されることがない。
また、前述の通り、着色は耐熱布の水分が蒸発したガスと金属管外面が反応して酸化膜が形成されることにより発生する。このガスは、金属製梁上に載置された金属管の周辺で拡散し、金属管上に載置された金属管まで行き渡らないので、金属管上に載置された金属管に着色は発生しない。したがって、熱処理に起因するすり疵および着色の発生がない金属管を得ることができる。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法では、原子力プラント用金属管を加熱するに際し、１００から３００℃までの温度範囲を３０分以上かけて加熱するのが好ましい。１００から３００℃までの温度範囲を３０分以上かけて加熱することにより、金属管を着色させることなく、耐熱布に残存する水分を除去できるので、金属管外面への着色をさらに低減できる。
原子力プラント用金属管を加熱する際は、長尺である金属管が局所的に加熱されるのを防ぐために、一般的に、炉内を所定の均熱温度に維持することにより均熱した後、熱処理温度に加熱することにより、長尺の金属管を均一に加熱する。したがって、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法では、均熱温度を１００〜３００℃とすることにより、金属管を１００から３００℃までの温度範囲に３０分以上滞在させて加熱するのが好ましい。これにより、金属管を均一に加熱できるとともに、金属管の着色を低減できるからである。
［原子力プラント用金属管の組成］
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法では、金属管の組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる合金を用いるのが好ましい。
なお、不純物とは、金属管を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等から混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、０．１５％を超えて含有させると、耐応力腐食割れ性が劣化するおそれがある。したがって、Ｃを含有させる場合には、その含有量を０．１５％以下にするのが好ましく、さらに好ましいのは、０．０６％以下である。なお、Ｃは、合金の粒界強度を高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｃの含有量は０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは製錬時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。このとき、１．００％以下に制限するのが好ましい。その含有量が０．５０％を超えると合金の清浄度が低下することがあるため、Ｓｉ含有量は０．５０％以下に制限するのがさらに好ましい。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、不純物元素であるＳをＭｎＳとして固定し、熱間加工性を改善すると共に、脱酸剤として有効な元素である。その含有量が２．０％を超えると合金の清浄性を低下させるので、２．０％以下とするのが好ましい。さらに好ましいのは１．０％以下である。また、Ｍｎによる熱間加工性の改善効果を得たい場合は０．１％以上含有させるのが好ましい。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。
Ｃｒ：１０．０〜４０．０％
Ｃｒは、合金の耐食性を維持するのに必要な元素であり、１０．０％以上含有させるのが好ましい。しかし、４０．０％を超えると相対的にＮｉ含有量が少なくなり、合金の耐食性や熱間加工性が低下するおそれがある。したがって、Ｃｒの含有量は１０．０〜４０．０％が好ましい。特に、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含有する場合には、塩化物を含む環境での耐食性に優れ、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含有する場合には、さらに、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる。
Ｎｉ：８．０〜８０．０％
Ｎｉは、合金の耐食性を確保するために必要な元素であり、８．０％以上含有させるのが好ましい。一方、Ｎｉは高価であるため、用途に応じて必要最小限含有させれば良く、８０．０％以下とするのが好ましい。
Ｔｉ：０．５％以下
Ｔｉは、その含有量が０．５％を超えると、合金の清浄性を劣化させるおそれがあるので、その含有量は０．５％以下とするのが好ましく、さらに好ましいのは０．４％以下である。ただし、合金の加工性向上および溶接時における粒成長の抑制の観点からは、０．１％以上含有させることが好ましい。
Ｃｕ：０．６％以下
Ｃｕは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．６％を超えると合金の耐食性が低下することがある。したがって、Ｃｕ含有量は０．６％以下に制限するのが好ましい。
Ａｌ：０．５％以下
Ａｌは製鋼時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。残存したＡｌは、合金中で酸化物系介在物となり、合金の清浄度を劣化させ、合金の耐食性および機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ａｌ含有量は０．５％以下に制限するのが好ましい。
Ｎ：０．２０％以下
Ｎは、添加しなくてもよいが、本発明が対象とする合金中には、通常、０．０１％程度のＮが不純物として含有されている。しかし、Ｎを積極的に添加すれば、耐食性を劣化させることなく、強度を高めることができる。ただし、０．２０％を超えて含有させると耐食性が低下するので、含有させる場合の上限は０．２０％とするのが好ましい。
前記組成からなる原子力プラント用金属管の中でも、特に、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｆｅ：１５．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなる組成のＮｉ基合金管が、耐食性により優れるため好ましい。
上記組成からなり、金属管に用いるのが好ましいＮｉ基合金は、代表的なものとして以下の二種類が挙げられる。
（ａ）Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１４．０〜１７．０％、Ｆｅ：６．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。
（ｂ）Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２７．０〜３１．０％、 Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。
上記（ａ）の合金は、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含み、Ｎｉを７５％程度含むため塩化物を含む環境での耐食性に優れる合金である。この合金においては、Ｎｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は６．０〜１０．０％とするのが好ましい。
上記（ｂ）の合金は、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含み、Ｎｉを６０％程度含むため、塩化物を含む環境のほか、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる合金である。この合金においてもＮｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は７．０〜１１．０％とするのが好ましい。
［バッチ式真空熱処理炉］
本発明のバッチ式真空熱処理炉は、原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置した状態で収容し、熱処理を行うバッチ式真空熱処理炉であって、金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を配置し、金属管と金属製梁とを耐熱布を介して接触させることを特徴とする。
本発明のバッチ式真空熱処理炉は、金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置した状態で収容するために、例えば前記図１に示すカートを採用し、その金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を配置することにより、構成できる。金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を配置することにより、載置される金属管が常に耐熱布を介して金属製梁と接触することから、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を容易に実施できる。
金属製梁上への耐熱布の配置は、載置される金属管と金属製梁が耐熱布を介して接触する限り種々の方式を採用できる。例えば、金属製梁の上面（金属管が載置される面）の全面を耐熱布で覆うことにより配置できる。また、耐熱布を筒状とし、その中に金属製梁を挿入することにより、金属製梁上へ耐熱布を配置することもできる。筒状の耐熱布に金属製梁を挿入した場合、耐熱布を金属製梁上に固定でき、金属管を載置する際に耐熱布が吹き飛ぶのを防止できるので好ましい。
［原子力プラント用金属管］
本発明の原子力プラント用金属管は、前述の本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて熱処理され、当該熱処理に起因するすり疵および着色の発生がないことを特徴とする。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて、熱処理に起因するすり疵を抑制するとともに、着色を低減することにより、当該熱処理に起因するすり疵および着色の発生がない金属管を得ることができる。この金属管は耐食性に優れ、蒸気発生器の伝熱管に好適である。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉により、析出熱処理を施して金属管を得る試験を行い、本発明の効果を検証した。
［試験方法］
前記図１（ａ）および（ｂ）に示すカートにおいて、金属製梁の表面に耐熱布を配置することより、管と金属製梁とを耐熱布を介して接触させて載置し、カートをバッチ式真空熱処理炉に収容した後、真空引きされた炉内を加熱して管に熱処理を施し、金属管を得た。その条件は下記の通りである。
管：外径１９．０５ｍｍ、肉厚１．０９ｍｍ、長さ２０，０００ｍｍ、
材質 ＡＳＭＥ ＳＢ−１６３ ＵＮＳ Ｎ０６６９０のＮｉ基合金
（代表組成：３０質量％Ｃｒ−６０質量％Ｎｉ−１０質量％Ｆｅ）
本発明例１では、耐熱布としてケイ酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ５Ｓｉ）を主成分とするセラミック繊維からなる織布で、厚さ０．３５ｍｍのものを用いた。本発明例２、本発明例３および比較例１は、シリカ（ＳｉＯ２）繊維からなる織布を用い、本発明例２では厚さ０．６ｍｍ、本発明例３では厚さ１．２ｍｍおよび比較例１では厚さ１．５ｍｍのものを用いた。比較例２では、耐熱布を用いることなく、管と金属製梁の間にＳＵＳ３０４製のサポート部材を介して接触させて載置した。
析出熱処理は、常温から熱処理温度７００℃までを１２時間かけて加熱後、熱処理温度を１０時間保持し、その後、常温まで１０時間かけて冷却することにより行った。常温から熱処理温度まで加熱する際に、１００℃から３００℃までを１時間かけて加熱した。
［評価指標］
本発明例および比較例ともに、得られる金属管を目視により観察し、すり疵および着色の有無を確認した。さらに、着色については、その有無とともに着色した範囲を評価した。
表１の「着色の評価」欄の記号の意味は次の通りである：
○：金属管外面に着色が認められなかったことを示す。
△：金属管外面に着色が認められ、その範囲が金属管の半周以下であることを示す。
×：金属管外面に着色が認められ、着色の範囲が半周を超えていることを示す。
本発明例１および比較例２については、得られた金属管の縦断面においてミクロ観察を行い、金属管の品質を調査した。表１に、用いた耐熱布の厚さ（ｍｍ）、得られた金属管におけるすり疵の有無および着色の評価を示す。
Figure 0004858659
［試験結果］
表１に示す結果より、比較例２では、耐熱布を用いることなく管と金属製梁の間にサポート部材を介して接触させて載置し、得られた金属管外面にはサポート部材との接触によるすり疵が発生した。比較例１、本発明例１、本発明例２および本発明例３では、耐熱布を介して管と金属製梁とを接触させて載置し、得られた金属管外面にすり疵は認められなかった。したがって、耐熱布を介して管と金属製梁とを接触させることにより、金属管外面に発生するすり疵を抑制できることが確認できた。
厚さ１．５ｍｍの耐熱布を用いた比較例１では、金属製梁と金属管の接触部において、金属管の半周を超えて着色が認められた。また、厚さ０．６ｍｍの耐熱布を用いた本発明例２および厚さ１．２ｍｍの耐熱布を用いた本発明例３では、金属製梁と金属管の接触部において、金属管の約４分の１周に亘って着色が認められ、厚さ０．３５ｍｍの耐熱布を用いた本発明例１では、金属管外面に着色は認められなかった。このことから、耐熱布を薄くすることにより金属管外面への着色を低減できることが確認できた。
耐熱布を用いた本発明例１および、耐熱布を用いることなく、サポート部材を介して管と接触させた比較例２では、得られた金属管の耐熱布またはサポート部材との接触部について、ミクロ観察を行った。その結果、本発明例１および比較例２が同等の品質であること、すなわち、耐熱布を介して金属管と金属製梁とを接触させても、得られる金属管の接触面で金属管の性質が劣化していないことが確認できた。
これらから、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉により、金属管外面に発生するすり疵のみならず、着色をも抑制できることが明らかになった。また、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法により、熱処理に起因するすり疵および着色の発生がない金属管が得られることが明らかになった。
本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）金属管と金属製梁とを、耐熱布を介して接触させることにより、金属管外面にすり疵が形成されるのを抑制できる。
（２）厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を用いることにより、金属管外面への着色を低減できる。
（３）熱処理に起因するすり疵および着色の発生がない金属管を得ることができ、この場合は手作業により金属管外面を研磨し、すり疵および着色を除去する必要がなく、金属管の製造効率を高めることができる。
本発明のバッチ式真空熱処理炉は、金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布を配置することにより、容易に本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を実施できる。
本発明の原子力プラント用金属管は、本発明の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて熱処理され、当該熱処理に起因するすり疵および着色の発生がないことから、耐食性に優れる。
したがって、原子力プラント用金属管の熱処理方法、およびそれに用いるバッチ式真空熱処理炉によれば、原子力プラントにおける蒸気発生器の伝熱管に好適な金属管を得られることから、原子力プラント用金属管の製造に有用である。
１．原子力プラント用金属管、 ２．カート、 ２１．台車、
２２．金属製梁、 ２３．支柱

Claims (4)

  1. バッチ式真空熱処理炉に収容される原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置して熱処理を行う際に、
    前記金属管と前記金属製梁とを、厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布（ただし、熱処理で加熱された際に炭素または有機物を発生させる耐熱布を除く）を介して接触させることを特徴とする、原子力プラント用金属管の熱処理方法。
  2. 前記原子力プラント用金属管の組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする、請求項１に記載の原子力プラント用金属管の熱処理方法。
  3. 原子力プラント用金属管を、その長手方向に複数個並べて配置された金属製梁上に載置した状態で収容し、熱処理を行うバッチ式真空熱処理炉であって、
    前記金属製梁上に厚さ０．１〜１．２ｍｍの耐熱布（ただし、熱処理で加熱された際に炭素または有機物を発生させる耐熱布を除く）を配置し、前記金属管と前記金属製梁とを前記耐熱布を介して接触させることを特徴とする、バッチ式真空熱処理炉。
  4. 請求項１または２に記載の原子力プラント用金属管の熱処理方法を用いて熱処理され、当該熱処理に起因する深さ１０μｍ以上のすり疵および範囲が半周を超える着色の発生がないことを特徴とする、原子力プラント用金属管。
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