JPH0247249A

JPH0247249A - 加熱器管用ステンレス鋼の熱処理方法

Info

Publication number: JPH0247249A
Application number: JP19763088A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamanaka; 和夫山中; Kenichi Kobayashi; 健一小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1990-02-16
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH0645866B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高温高圧水環境下で用いられるステンレス鋼
からなる加熱器管、例えば沸騰水型原子炉（ＢＩＩＲ）
の給水加熱器管や湿分分離加熱器管における腐食生成物
の発生を抑制するのに有効な耐食皮膜を形成させるため
の熱処理方法に関するものである。

（従来の技術）高温高圧水環境下で用いられる加熱器管、例えば沸騰水
型原子炉の給水加熱器管や湿分分離加熱器管の材料には
、ＳｕＳ　３０４１などの耐食性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼が用いられている。しかし、長期間使
用する間に腐食損傷を受け、材料中のＮｉやＣｏが一次
冷却水中に溶出して原子炉内に持ち込まれ、中性子照射
を受けて放射化し、この放射化されたＮｉやＧｏを含む
クラッド（腐食生成物）が配管や加熱器管等に沈着して
、定期検査等において作業者が被爆されるなどの安全衛
生を害する問題が生じる。

そこで、このようなＮｌやＧｏの溶出を抑制し、これら
による放射線量の低減をはかるための一つの方法として
、酸素を注入した高温水で沸騰水型原子炉のステンレス
製給水加熱器のヒータチューブに腐食に対して保護的な
酸化皮膜を形成する方法およびその装置が提案されてい
る（特開昭６１−１３９６７６号公報）。

しかし、この方法は実炉で行うため、酸化皮膜形成に長
時間を要し、また、処理温度や時間などの制限から金属
の溶出を抑制するのに最適な酸化皮膜を形成するのが困
難である。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、高温高圧水環境下で使用されるステン
レス鋼からなる加熱器管、例えば沸騰水型原子炉の給水
加熱器管や湿分分離加熱器管の表面にＮｉやＣｏの溶出
を抑制するのに効果のある酸化皮膜を容易に且つ適正な
厚みに形成することができる方法を提供することにある
。

（課題を解決するための手段）本発明者の１人は先に、ＣｒとＮｉを含有するＮｉ基合
金伝熱管を対象に、表面にＮｊｐＣｏの溶出抑制効果の
あるクロム酸化物を主体とする酸化皮膜を付与する熱処
理方法を開発し、特許出願した（特願昭６２−２１１５
６５号、特願昭６２−３１６８２４号）。

その後、対象合金を拡げて研究を重ねた結果、ステンレ
ス鋼からなる加熱器管についても上記の方法が有効であ
ることを見出し、本発明に至った。

ここに、本発明の要旨は「重量％で、Ｃｒを１２〜２０
％含有するステンレス鋼からなる加熱器管、又はＣｒを
１２〜２０％とＮｉを４０％以下含有するステンレス鋼
からなる加熱器管を、０．０１〜０．５ｖｏｌ％の酸素
を含む不活性ガス雰囲気中で、添付第１図に示す点Ａと
８．ＢとＣ１Ｃとり、ＤとＥ、ＥとＦｌＦとＡをそれぞ
れ結ぶ直線によって囲まれる領域内の加熱温度および加
熱時間で熱処理し、表面にクロム酸化物を主体とする酸
化皮膜を形成することを特徴とする加熱器管用ステンレ
ス鋼の熱処理方法」にある。

添付第１図は、本発明にかかる熱処理方法で採用する加
熱温度と加熱時間との関係を示したものである。

即ち、本発明の熱処理方法は、ステンレス鋼からなる加
熱器管を微量の酸素を含む不活性ガス、例えば微量の酸
素を含むアルゴンガス雰囲気中で、加熱温度と加熱時間
との関係を示す添付図の点Ａ（１１００℃、２分）、Ｂ
（９００’Ｃ１２分）、Ｃ（８００°Ｃ３２０分）、Ｄ
　（９５０°Ｃｌ２Ｏ分）、Ｅ　（１０００°Ｃ１５分
）およびＦ（１１００℃、５分）の６点を結ぶ直線によ
って囲まれる領域内の加熱温度および加熱時間で熱処理
して、表面にクロム酸化物（Ｃｒａｂｓ）を主体とする
酸化皮膜を形成するものである。

なお、本発明において酸化皮膜形成のための上記熱処理
は、これのみを別途実施してもよいが、素材のステンレ
ス鋼から加熱器管を製造する工程の中の再結晶焼鈍工程
を利用して行うのがよい。

再結晶焼鈍の条件を上記の条件に調整して熱処理すれば
、再結晶と酸化皮膜形成を同時に行わしめることができ
るので、酸化皮膜を形成させるための熱処理を別途新た
に実施しなくてもよい。

（作用）以下に本発明における熱処理対象のステンレス鋼、熱処
理雰囲気、加熱温度および加熱時間を前記のように限定
する理由について詳細に説明する。

まず、熱処理する対象物をＣｒを１２〜２０％含有する
ステンレス鋼からなる加熱器管、又はＣｒを１２〜２０
％とＮｉを４０％以下含有するステンレス鋼からなる加
熱器管とする理由は、Ｃｒ又はＣｒとＮｉをこれより多
く含むステンレス鋼からなる加熱器管では、本発明方法
のような熱処理を施して酸化皮膜を付与しなくとも耐食
性が良好で、高温水中でもＮｉやＣｏの溶出量が極めて
少ないからである。また、Ｃｒ含有量が１２％未満のス
テンレス鋼は、本発明が意図する分野では使用されない
からである。

熱処理雰囲気を０．０１〜０．５ｖｏｊ！％の酸素を含
む不活性ガス雰囲気とする理由は、完全な不活性ガス雰
囲気（不活性ガス１００％）よりも微量の酸素を含ませ
て、雰囲気中の酸素ポテンシャルを高めて熱処理した方
が容易に酸化皮膜を生成させることができるからである
。しかし、０．０１ｖｏ１％未満の酸素濃度ではＮｉや
Ｃｏの金属溶出抑制に有効な厚さの酸化皮膜を形成させ
るのに長時間を要する。−方、０．５ｖｏｉ、％を超え
て酸素ポテンシャルを高めると得られる酸化皮膜が必要
以上に厚くなりすぎて、皮膜にひび割れや皮膜剥離が生
じ易くなり、逆に金属溶出抑制効果が減少する。このよ
うな理由から不活性ガス雰囲気中の酸素濃度を０．０１
〜０゜５ｖｏ　１２％とした。

加熱時間および加熱温度を添付第１図の斜線で示す範囲
内に限定する理由は、下記の通りである。

加熱時間がＡＢ線で示される２分およびＢＣ線で示され
る２〜２０分より短いと、形成される酸化皮膜は薄く高
温水中でＮｉ＋Ｃｏ等の金属の溶出を抑制するのに有効
な厚さの酸化皮膜が得られず、また、ＥＦ線で示される
５分、ＤＢ線で示される５〜２０分より長（加熱すると
、形成される酸化皮膜は厚くなり過ぎて、皮膜にひび割
れや皮膜剥離が発生しやすくなり、逆に金属の溶出抑制
効果が減少する。

一方、加熱温度がＢＣ線で示される９００〜８００℃よ
り低い温度では、特にオーステナイト系ステンレス鋼か
らなる加熱器管の場合には、５００〜８００″Ｃの温度
域で粒界にクロム炭化物が析出し、その近傍にＣｒ欠乏
層が生成して鋭敏化が起こり易くなるからである。なお
、５００°Ｃ以下の低い温度でもクロム酸化物を主体と
する酸化皮膜を形成することができるが、有効な厚さの
酸化皮膜を得るには長時間の加熱を必要と、実用的では
ない、また、ＡＦ線で示される１１００°Ｃより高い温
度では、結晶粒が粗大化して機械的性質を損なうことに
なる。

上記の条件でステンレス鋼からなる加熱器管を熱処理す
れば、その表面に効果的に金属の溶出を抑制することが
できる、ひび割れ等のないクロム酸化物を主体とする厚
みがおよそ３００〜１５００人の酸化皮膜を形成するこ
とができる。

本発明において、熱処理の対象とする加熱器管は、少な
くともＣｒを１２〜２０％又はＣｒを１２〜２０％とＮ
ｉを４０％以下含有するステンレス鋼である。その代表
的なものは、Ａｒ５Ｉ　Ｔｙｐｅ　３０４Ｌ鋼、同３１
６Ｌ鋼などのオーステナイト系ステンレス鋼や１８％の
Ｃｒを含有する同４３９鋼、１３％のＣｒを含有する同
４１０鋼などのフェライト系ステンレス鋼である。

以下、実施例によって本発明を更に説明する。

（実施例）真空溶解炉を用いて第１表に示すＡ、８２種の合金を溶
製し、熱間鍛造、熱間圧延して厚さ７■−の板材とした
０次いで冷間圧延して厚さ２．Ｏｍ−の供試材を作成し
た。

この供試材をエメリー紙（８００番）で研磨した後、第
２表に示す加熱温度、保持時間および加熱雰囲気条件で
再結晶焼鈍を兼ねて酸化皮膜を形成するための熱処理を
行った。

このようにして得た熱処理後の供試材に対して、酸化皮
膜厚およびＮｉとＣｏの金属溶出量を調べた。

その結果を同じく第２表に示す。

酸化皮膜厚はＩＭＭＡ（Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏ　Ｍａｓｓ
　Ａｎａｌｙｓｅｒ）を使用し、供試材の表面から板厚
方向にイオンスパッタリング分析により測定した。金属
溶出量は、第２図に示すバッチ式オートクレーブ（１）
で、試験片（２）を２１５°Ｃの脱気した純水（３）中
に白金容器（４）を用いて隔離して浸漬し、１０００時
間試験した。そして、純水中に溶出したＮｊイオン量と
Ｃｏイオン量とを高周波誘導プラズマ発光分光法（ＩＣ
Ｐ）で測定した。

なお、図中（５）は電気炉ヒータ、（６）は温度測定用
熱転対、（７）はガス吹込み口、（８）はガス出口、（
９）は圧力計、０ＩＩｌは安全弁を示す。

第２表より明らかなように、本発明で規定する加熱温度
、加熱時間および加熱雰囲気で熱処理した本発明例（試
料Ｎ［Ｌ１〜６）のものは、いずれも適度な厚さの酸化
皮膜が形成され、ＮｉおよびＣｏの溶出量が少ない、特
に、試料８１１２．４．５および６に関しては、ＣＯ溶
出量がＩＣＰでの検出限界である０、０１ｍｇ／２以下
である。

これに対して、比較例の試料Ｎｏ９と１０は酸素濃度が
本発明で規定する範囲より低いため、試料Ｎα１３と１
４は加熱温度が低いため、また、試料階１５と１６は加
熱時間が短いため、得られた酸化皮膜が薄すぎて金属溶
出抑制効果が小さい、一方、試料阻７と８は酸素濃度が
高いため、また、試料Ｎ１１１１と１２は加熱時間が長
いため、皮膜が必要以上に厚くなりすぎて所々でひび割
が発生し、隙間腐食的に材料が腐食されるので金属溶出
抑制効果が小さい。

（発明の効果）以上説明した如く、本発明方法によれば比較的簡単に金
属溶出抑制効果に優れたクロム酸化物を主体とする酸化
皮膜を適正な厚みで形成することができる。従って、例
えば沸騰水型原子炉の給水加熱器管や湿分分離加熱器管
に本発明方法を適用すれば、金属溶出抑制効果の大きい
管をつくることができる。また、この熱処理を再結晶焼
鈍工程で実施すれば新たな熱処理工程を追加する必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる熱処理方法で採用する加熱温
度と加熱時間との関係を示すグラフであって、斜線で示
す範囲が本発明の範囲である。第２図は、実施例で使用した高温水中での金属溶出試験
用オートクレーブを示す概略断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

重量％で、Ｃｒを１２〜２０％含有するステンレス鋼か
らなる加熱器管、又はＣｒを１２〜２０％とＮｉを４０
％以下含有するステンレス鋼からなる加熱器管を、０．
０１〜０．５ｖｏｌ％の酸素を含む不活性ガス雰囲気中
で、添付第１図に示す点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、Ｄと
Ｅ、ＥとＦ、ＦとＡをそれぞれ結ぶ直線によって囲まれ
る領域内の加熱温度および加熱時間で熱処理し、表面に
クロム酸化物を主体とする酸化皮膜を形成することを特
徴とする加熱器管用ステンレス鋼の熱処理方法。