JPH038568A - 金属管の応力腐食割れ改善方法 - Google Patents

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】 「産業との利用分野」 本発明は、金属管の応力腐食割れ改善方法に係り、特に
、溶接継手近ｆｇ部分の応力腐食割れを圧縮残留応力の
付与と、耐腐食性金属スリーブの被覆とによって防止す
るものである。

「従来の技術Ｊ 原子力発電関連プラント、各種エネルギ関連プラント、
化学プラント、火力発電プラント等には、浸れた特性を
有するオーステナイト系ステンレス鋼管等の金属管か使
用されている。

一方、一般論として、オーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、腐食因子と引っ張り残留応力とが同時に存在
する場合に、応力腐食割れ等が進行し易い傾向がある。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼管等の残留応力を
改善する場合に、鋼管の中に冷却水を挿通させながら鋼
管を外側から誘導加熱して、鋼管壁の内外面に降伏点以
との熱応力が生じる温度差を与えて、鋼管の溶接継手付
近等の内面に、残留圧縮応力を発生させた状態とする応
力改善方法が考えられている。

また、応力腐食割れが認められる場合や、その可能性が
大きい場合に、金属スリーブや当て板を被せて溶接等に
よって補修する方法も考えられている。

「発明が解決しようとする課題Ｊ しかしながら、前者の方法であると、オーステナイト系
ステンレス鋼管が直管等の単純な形状で、かつ、鋼管の
内部に耐腐食性を付与することを目的としている場合に
は有効なものとなるが、鋼管の内外面にそれぞれ腐食性
流体が存在するような使用条件であると、上記応力改善
方法を適用することが困難となる。

また、後者の方法であると、鋼管の内外にそれぞれ腐食
性流体が存在する場合には、例えば溶接継手の内外両面
にそれぞれ改善策を施す必要性が生じて、作業性が損な
われるものとなる。

本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたもので
、 ■ステンレス鋼管等の金属管の内外面に、腐食性流体が
存在する場合に有効な応力腐食割れ改善処理を施すこと
。

■改善処理を簡便に実施可能とすること。

等を目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明では、上記課題を解決する二つの手段を提案して
いる。

ＩＩの手段は、金属管の内面にその／Ｂ接接継−箇所覆
うように金属スリーブを挿入するとともに金属管と金属
スリーブとの間にろう材を介在させる工程と、金属管の
外面に冷却水を介在させた状態で金属スリーブ及び金属
管を加熱してろう材を溶解させて金属管と金属スリーブ
とをろう付けするとともに加熱箇所と金属管表面との温
度差により降伏点を越える応力を発生させる工程と、金
属管の冷却後に金属管表面に圧縮残留応力を付与する工
程とを存する金属管の応力腐食割れ改善方法としている
。

第２の手段は、第１の手段と内外を逆にした関係にあり
、即ち、金属管の外叩にその溶接継手箇所を覆うように
金属スリーブを外嵌するとともに金属管と金属スリーブ
との間にろう材を介在させる工程と、金属管の内面Ｉこ
冷却水を介在させた状態で金属スリーブ及び金属管を加
熱してろう財を溶解させて金属管と金属スリーブとをろ
う付けするとともに加熱箇所と金属管内面との温度差に
より降伏点を越える応力を発生させる工程と、金属管の
冷却後に金属管内面に圧縮残留応力を付与する工程とを
有する金属管の応力腐食割れ改善方法としている。

「作用」 第１の手段において、金属管の溶接継手箇所を金属スリ
ーブによって覆うことにより、その後において、金属管
の内部流体が溶接継手の内面に接触することを妨げ、溶
接継手内面に応力腐食割れが生じることを防止する。溶
接継手近傍の表面は、圧縮残留応力の方向に移行するこ
とによって、応力腐食割れ要因の−っである引っ張り残
留応力の存在を無くし、応力腐食割れの発生を防止する
。

また、金属スリーブのろう付は作業にあたり、ろう材の
溶解によるろう付けと同時に金属スリーブ及び金属管を
加熱して、管壁の内外に温度差を付与することにより降
伏点を越える応力を発生させ、その後、加熱を停止して
冷却した状態とすることにより、金属管と金属スリーブ
との間が一体化され、かっ、金属管表面に圧縮残留応力
を付与した状態とするものである。

第２の手段においては、第１の手段と内外面が反対にな
る関係となり、溶接継手表面を金属スリーブによって覆
うことによる内部流体の接触の妨げ及び応力腐食割れの
発生防止作用と、溶接継手近傍の内面を圧縮残留応力の
方向に移行させることによる応力腐食割れの発生の防止
作用とがなされ、また、ろう付は作業と同時に金属スリ
ーブ及び金属管の加熱が行なわれて、金属管と金属スリ
ーブとの間の一体化と、金属管表面への圧縮残留応力の
付与とがなされものである。

「実施例」 以下、本発明に係る金属管の応力腐食割れ改善方法の一
実施例を図面に基づいて説明する。

該−実施例にあっては、第１図に示すように、金属管（
例えばオーステナイト系ステンレスａ管の一種である５
ＵＳ３０４屓管）■に溶接継手２か形成されているとと
もに、該金属管Ｉの内外面に、腐食性流体として水が存
在している場合に、溶接継手２の内面を金属スリーブ３
により覆い、溶接継手２の近傍の外面（表面）に圧縮残
留応力を付与する改善を行なう場合を例にしている。な
お、第１図において、３ａは環状溝、符号４はろう材、
５は加熱手段（誘導加熱コイル）、Ｘは鋭敏化域、Ｙは
冷却水、Ｚは空気雰囲気である。

「応力腐食割れ工程の例コ 以下、溶接継手２の応力腐食割れ改善の処理工程につい
て説明する。

く初期状態における溶接継手〉 金属管１における溶接継手２を形成する際に、溶接熱の
影響を受けて金属管１の管壁に、組織の鋭敏化した鋭敏
化域Ｘか生じており、かっ、溶接継手２の近傍の表面に
、溶接金属の収縮に基づいて引っ張り残留応力が生じ、
溶接継手２よりも若干大きな範囲について改善処理が必
要であるしのとする。

く金属スリーブの挿入〉 金属管Ｉの内径よりも僅かに小径な金属スリーブ３を用
意し、金属スリーブ３の両端近傍の外周面に、第１図に
示すように、環状溝３ａを形成するとともに、該環状溝
３ａの中に、例えば銀ろう等の適宜ろう材４を充填して
おく。該ろう付４の溶融温度は、例えば５５０〜６００
℃前後に設定する。

また、金属スリーブ３は、応力腐食割れの生じにくい材
料により形成されたもの（例えば５ＵＳ３１６Ｌ　　）
とされる。

そして、ろう材４を付着させた金属スリーブ３を金属管
Ｉの中に挿入して、溶接継手２を内面から覆った状態と
する。

〈金属管外面の冷却水雰囲気の形成〉 容器に満たされた冷却水中に金属管Ｉを挿入した状態と
する等により、金属管Ｉの外側に冷却水Ｙを介在させ、
一方、金属管Ｉの内部は、空気雰囲気Ｚとする。

く加熱手段の作動〉 加熱手段５を金属管Ｉの中に入れて、その作動により、
金属管ｌ及び金属スリーブ３を加熱する（第１図例では
誘導加熱する　）。この場合の加熱は、ろう材４を溶解
させるとともに、金属管ｌの管壁を処理適温まで高める
程度とし、ろう材４が銀ろう系である場合は、面述した
ように、例えば５５０〜６００℃前後に設定され、金属
管１の材質がオーステナイト系ステンレス＊（例えば５
ＵＳ３０４　　）である場合には、第２図における温度
Ｔｉが５５０℃程度に設定される。

く加熱時における応力の発生〉 金属管ｌ及び金属スリーブ３を加熱して、ろう材４を溶
解させるともに、金属管１の内外面における冷却水Ｙと
空気雰囲気Ｚとの放熱量の差に基づいて、第２図に支援
すように、管壁厚さ方向の温度差を生じさせる。第２図
に示すように、金属管１の内面側の空気雰囲気Ｚに接す
る而の７益度がＴ　ｉてあり、金属管ｌの外面側の冷却
水雰囲気に接する而の温度がＴｏである場合、高温状態
となる内面側には圧縮応力が発生し、低温状態となる外
面側には引っ張り応力か発生する。

その場合の温度分布が、オーステナイト系ステンレス５
１４において、２００℃以上に達していると、この温度
差によって金属管Ｉの管壁内に降俵点を越える応力が発
生し、塑性変形が起こることになる。

く冷却による圧縮残留応力の付与〉 その後、加熱手段５を停止して、自然状態に放置する等
により、加熱されていた箇所の温度が低下して冷却状態
となると、溶解状態のろう材４が固化することにより金
属管と金属スリーブとの間が一体化された状態となり、
かつ、管壁に起きた塑性変形分に対応して、金ｆｌＷＩ
における溶接継手２の近傍の表面に、圧縮残留応力を付
与した状態とすることができる。なお、金属管Ｉの内面
の一部には、反対に引っ張り残留応力が付与されること
になるが、金属管Ｉの内面は、応力腐食割れの生じにく
い材料からなる金属スリーブ３で覆われることにより保
護される。

く加熱手段の撤去〉 次いで、改善処理に使用した加熱手段５等の機器を金属
Ｗ１の中から撤去して当初の状態に復元し、必要に応じ
て金属管ｌの内外に冷却水を充満する等の処理を行なう
。

「他の実施態様」 ここまでの説明では、金属管１における溶接継手２の内
面を金属スリーブ３で覆い、溶接継手２の外面に圧縮残
留応力を付与する場合を中心に説明したが、内外を逆に
した関係の改善処理を行なうことができ、この場合、第
１図に示す金属管１、金属スリーブ３、加熱手段５等の
内外を逆して、金属Ｗ１の中に冷却水、金属Ｗ１の外に
空気を存在さけ、前述した工程に準じて（ただし内外を
逆に読み替える）行なうことができ、その説明を以下省
略する。

なお、前述した各工程において、金属スリーブの挿入工
程と冷却水雰囲気の形成工程とを入れ替えることができ
る。

「発明の効果」 第１の発明に係る金属管の応力腐食割れ改善方法によれ
ば、金属管の溶接継手の内面を金属スリーブで覆うとと
もに、金属管と金属スリーブとの間にろう材を介在させ
ておき、金属管の外面に冷却水を介在させた状態で金属
スリーブ及び金属管を加熱して、金属管の内外面の温度
差に基づいて金属管表面に圧縮残留応力を付与すること
と、ろう材を溶解させてろう付けすることとを行なうよ
うにしているから、 （１）金属管の内外両面が腐食性流体にさらされる場合
に、金属管両面の応力腐食割れの発生を防止することが
できる。

（１１）圧縮残留応力の付与とろう付は作業とを一連の
作業として同時に行なうことにより、簡便に実施するこ
とができる。

等の優れた効果を奏する。

第２の発明に係る金属管の応力腐食割れ改善方法によれ
ば、第１の発明に僧乙た作用効果を得ることかでき、圧
縮残留応力の付与と金属スリーブによる保護とを金属管
の状態に応じて自由に設定する等の任叡性があり、応用
範囲を拡大することかできる等の優れた効果を奏するも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明に係る金属管の応用腐食割、れ改善
方法の一実施例を示す一部を省略（また正断面図、第２
図は第１図による改善方法の実施中に溶接継手近傍に発
生ずる温度分布図である。 ４・・・・・・ろう材、 ５・・・・・加熱手段（誘導加熱コイル）、Ｘ・・・鋭
敏化域、 Ｙ・・・・冷却水、 Ｚ・・・・・空気雰囲気。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属管の内面にその溶接継手箇所を覆うように金
   属スリーブを挿入するとともに金属管と金属スリーブと
   の間にろう材を介在させる工程と、金属管の外面に冷却
   水を介在させた状態で金属スリーブ及び金属管を加熱し
   てろう材を溶解させて金属管と金属スリーブとをろう付
   けするとともに加熱箇所と金属管表面との温度差により
   降伏点を越える応力を発生させる工程と、金属管の冷却
   後に金属管表面に圧縮残留応力を付与する工程とを有す
   ることを特徴とする金属管の応力腐食割れ改善方法。
2. （２）金属管の外面にその溶接継手箇所を覆うように金
   属スリーブを外嵌するとともに金属管と金属スリーブと
   の間にろう材を介在させる工程と、金属管の内面に冷却
   水を介在させた状態で金属スリーブ及び金属管を加熱し
   てろう材を溶解させて金属管と金属スリーブとをろう付
   けするとともに加熱箇所と金属管内面との温度差により
   降伏点を越える応力を発生させる工程と、金属管の冷却
   後に金属管内面に圧縮残留応力を付与する工程とを有す
   ることを特徴とする金属管の応力腐食割れ改善方法。