JPH0577082A

JPH0577082A - オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部改質方法

Info

Publication number: JPH0577082A
Application number: JP3241676A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsujimura; 浩辻村; Yasukata Tamai; 康方玉井; Masayuki Kurihara; 正之栗原; Hideyo Saito; 英世斉藤; Koichi Kurosawa; 孝一黒沢; Kunio Enomoto; 邦夫榎本; Shinichi Ono; 伸一小野; Michiyoshi Yamamoto; 道好山本; Keiichi Urashiro; 慶一浦城; Kinya Aota; 欣也青田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【構成】オーステナイト系ステンレス鋼が溶接熱影響３
ａを受けた後、熱影響部の表裏両面に腐食性流体６が接
触する構造物３における溶接継手に溝加工し、継手の片
面を冷却しながらその溝を溶接後、継手の一方向の熱影
響領域に耐食性に優れた薄板状の部材１１を取付け、継
手の他方の面側から冷却しつつ、薄板部材１１を継手部
に溶融処理を施す。【効果】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るので、
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、かつ耐食性の優れた薄
板の取付け、溶融処理が継手のある一方からのみしか出
来ない場合、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオーステナイト系ステン
レス鋼の溶接部改質方法に係り、特に固溶化熱処理(オ
ーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れ対策として
通常行われる)を施すことができず、かつ固溶化熱処理
に代わる溶融処理を部材の片側からのみ行い得る装置構
造体の既設溶接継手部分の改質処理方法に関するもので
ある。つり、溶存酸素を含有する高温高圧水で使用され
る機器部材、特にＢＷＲプラント用機器部材では、部材
の信頼性確保及び長寿命化のために高い耐食性が要求さ
れるためである。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲプラントにおいて経験される原子
炉一次系ＳＵＳ３０４配管の溶接熱影響部の粒界型応力
腐食割れ（ＳＣＣ）は、図２に示す如く、０.２％耐力
を超える高引張応力１４，溶接熱影響により結晶粒界に
沿って生じるクロム欠乏層（材料の鋭敏化）１５および
溶存酸素等の腐食環境１６が重なる部分１７に発生する
ものである。

【０００３】従来より施工されている自然冷却（溶接中
に管内面を水を流すなどの強制冷却をしない）によるＳ
ＵＳ３０４配管の溶接では、図３（ａ）のように溶接１
８により管内外面に数１０kg／mm²にもおよぶ高引張残
留応力（図３（ｂ）のような特性）が生じる。直線２２
は、１０kg／mm²レベルを示す。母材２０の溶接部付近
に生じる熱影響部１９に、クロム欠乏層が生じる。この
ように、高引張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を流すと、母材の熱影響部にＳＣＣ
が発生する危険性が大きくなる。

【０００４】これまでのＳＣＣ対策の一つとして、特公
昭59−21711 号公報に記載が有るように、腐食性流体に
接する面にデルタフェライトを含む耐食材料を肉盛し、
その後肉盛止端部を入熱５ｋＪ／cm以下で溶融処理する
方法がある。この溶融処理の目的は、耐食材料の肉盛の
熱影響のより生成するクロム欠乏層を消滅させるととも
にデルタフェライトを含む耐食性の優れた組織を生成す
ることにある。

【０００５】また、他のＳＣＣ対策として、特公昭60−
453033号公報に記載が有るように、腐食性流体に接する
面にデルタフェライトを含む耐食材料を肉盛し、その後
肉盛側を冷却しながら肉盛止端部の反対側の面を肉盛す
る方法がある。冷却しながら肉盛をする目的は、耐食材
料肉盛の熱影響により生ずるクロム欠乏層領域の残留応
力を改善することにある。つまり、溶存酸素を含有する
高温高圧水で使用される機器部材、特にＢＷＲプラント
用機器部材では部材の信頼性確保，長寿命のため高い耐
食性が必要である。

【０００６】更に、他のＳＣＣ対策として、特開平2−2
58190 号公報に記載が有るように片側の面を冷却しなが
ら反対側の面を溶融処理をする方法がある。これによ
り、溶融処理部にはデルタフェライトを含む耐食性の優
れた組織を生成し、反対側の面を残留応力を改善するこ
とにある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
技術のうち特公昭59−21711 号公報及び特公昭60−4530
33号公報記載の技術は、ＳＣＣ対策を施した面のみＳＣ
Ｃに対して有効であり、それと反対側の面については配
慮がされておらず、継手の表裏両面が腐食性流体に接す
る場合は問題が生ずる。

【０００８】また、このように継手の表裏両面が腐食性
流体に接する場合でかつ溶融処理が継手のある片側面か
らしか処理できない場合は問題が生ずる。

【０００９】更に、従来技術のうち特開平2−258190 号
公報には、溶接部を溶融処理するだけであり、改質層の
組成は溶接部の組成に依存するため、より耐食性の優れ
た改質層を得る場合は問題が生じる。

【００１０】本発明の目的は、配管外面，胴体，鏡等の
溶接部に溶接により生ずるクロム欠乏層と高引張残留応
力を、継手片側面に耐食性に優れた組成の改質層を生成
し、また継手反対側面のクロム欠乏層領域の残留応力を
改善することにより耐食性の優れたステンレス鋼溶接部
の改質方法を提供することにある。

【００１１】このことにより、既設プラントの配管，胴
体，鏡等を保全，補修する場合にもＳＣＣの発生を抑制
できるステンレス鋼の溶接方法を提供できる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、溶接により生じるクロム欠乏層と高引張
残留応力を、溶接後、継手の片側面より冷却しながら、
継手の反対側面より耐食性の優れた薄板部材を取付け、
溶融処理を施すものである。また、溶融処理する側の溶
接部に溝を加工し、継手の片側面より冷却しながら、溝
を溶接した後、耐食性の優れた薄板部材を取付け、溶融
処理を施すものである。

【００１３】

【作用】ステンレス鋼継手を溶接することにより生ずる
クロム欠乏層の上に耐食性の優れた薄板部材を取付け、
それをアークあるいはレーザエネルギにより溶融凝固さ
せることで、低炭素かつデルタフェライトを生成した組
織に改質させて、溶融凝固した側の継手を耐食性の優れ
た組織へと変える。

【００１４】溶融処理の入熱は、特公昭59−21711 号公
報記載の技術にあるように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にクロム欠乏層の
生成は抑制される。

【００１５】また、ステンレス鋼継手を溶接することに
より発生するクロム欠乏層領域の高引張応力を、溶接継
手に溝加工をし、継手の片面を冷却しながらその溝を溶
接後、溶融処理を施すことで、冷却側の残留応力を＋１
０kg／mm²以下の応力に改善することができる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例について説明する。

【００１７】この一実施例では、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、溶接継手に溝を加工し継手の片面を冷却しながら
その溝を溶接後、その溶接部を覆うように耐食性の優れ
た薄板部材を取付け、溶融処理をすることにより、クロ
ム欠乏層を耐食性の優れた改質層で覆いせしめる処理法
として特徴づけられる。この処理によって処理側表面層
を低炭素かつデルタフェライトの生成した組織に改質さ
せて、耐食性の優れた組織となる。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
溶融処理の止端部に熱影響によるクロム欠乏層の生成は
抑制される。

【００１８】また、他の実施例は、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
乏層領域の高引張残留応力を、溶接継手の片側を冷却し
つつ反対側に溝加工をしその溝を肉盛溶接を施すことに
より冷却側に＋１０kg／mm²以下に改善する方法として
特徴づけられる。

【００１９】ところで、オーステナイト系ステンレス鋼
が、１８Ｃｒ−８Ｎｉ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良く、また高音強度や低温靭
性が良く、さらに溶接性に優れているので、用途が極め
て広い。

【００２０】以下、本発明の実施例をより具体的に説明
する。

【００２１】図４(ａ)(ｂ)は、容器胴体１，容器下鏡２
及び容器上蓋（図示せず）から構成されており、構造物
３および配管４が容器に固定された状態の断面図を示
す。構造物３の溶接部５には溶接熱影響部３ａ，引張の
高残留応力３ｂと腐食環境６により応力腐食割れが生じ
る恐れが懸念される。

【００２２】図１(ａ)(ｂ)は、図４(ａ)(ｂ)の容器胴体
１の内側に固定された構造物３の溶接による熱影響部３
ａと高引張残留応力３ｂを有し応力腐食割れが懸念され
る溶接部５において、耐応力腐食割れ性を改善すべく、
溶融した場合に溶融部の炭素量が０.０４％以下，デル
タフエライト組織が約４％以上生成するよう材料のクロ
ム，モリブデン，シリコン，ニオブ，ニッケル，マンガ
ン，窒素，炭素含有量を調整したステンレス製の薄板部
材を前記構造物３内面の溶接部近傍にあって事前に機械
加工又は研摩して得られた良好な面にスポット溶接によ
り密着固定し、この薄板部材を全面溶融することにより
構造物内面に良好な改質層１１ａを形成し、前記構造物
３内表面の耐食性を向上させ、応力腐食割れの発生を未
然に防止することが達成される。また、溶融前に継手に
溝加工し、反対側の面を冷却しながら溝部に肉盛溶接す
ることにより、冷却側の表面の残留応力３ｃを＋１０kg
／mm²以下にすることができる。

【００２３】図５〜図７は本発明の一実施例により構造
物３の溶接部５の応力腐食割れ予防保全方法の手順を示
す。まず図５に示すように、容器内の水を抜き取り後、
構造物３上部に水シール胴７を、配管上端に栓８を取付
ける。次に水シール胴７，構造物３と容器１で囲まれた
部分に水を入れる。これにより、構造物３の内面側は大
気状態で、外面側は水６が存在する。次に、図６(ａ)
(ｂ)に示すように構造物３の上方からその内部に遠隔操
作式の内面加工機９を挿入し、予防保全の対象となる溶
接継手近傍の構造物３の内面に加工深さ(Ｔ−３)mm以下
の溝を機械加工する。ここで、Ｔは構造物３の板厚を示
す。次に、図６(ｃ)(ｄ)に示すように構造物３の上方か
らその内部に遠隔操作式自動溶接機１２を挿入し、溝部
を溶接する。これにより、構造物３の外面を冷却してい
るため構造物３の外面の残留応力は＋１０kg／mm²以下
に改善することができる。次に、図７(ａ)(ｂ)に示すよ
うに構造物３の上方からその内部に遠隔操作式研摩装置
２３を挿入し、溝溶接部の表面を仕上げ、薄板部材の密
着性を向上させる。次に、図７(ｃ)(ｄ)に示すように構
造物３の上方からその内部に遠隔操作式のスポット溶接
装置１０に取り付けた薄板部材１１を挿入し、構造物３
の機械加工済の位置まで案内させる。ここで用いる薄板
部材１１は施工性を考慮し０.３mm〜１.８mm程度の板厚
とするのが好適であり、又、その材料成分はその耐食性
の観点から構造物３と溶融後の炭素量は０.０４％以
下，デルタフェライトは約４％以上の組織が生成するよ
う材料のクロム当量（クロム，モリブデン，シリコン，
ニオブ）及びニッケル当量（ニッケル，炭素，窒素，マ
ンガン）成分を調整する。また、薄板部材１１は内面よ
りスポット溶接し、そのスポット溶接条件をタングステ
ン先端をノズルより１mm程度へこませた状態で３０〜１
００Ａ×数秒程度とすることにより構造物への材料的悪
影響がなく、薄板部材の溶融施工の際、薄板部材の変形
を拘束できるため、高精度で、品質の良い内面改質層の
形成が可能である。さらに図７(ｅ)(ｆ)に示すように構
造物３の上方より、遠隔操作式自動溶接機１２を挿入
し、薄板部材１１との位置決めを行い、例えば薄板部材
１１の下端より横向きに遠隔操作式自動溶接機１２のヘ
ッドを回転させ、１パス終了後上端に向けてヘッドを
１.５mm 程度シフトさせながらノンフィラーＴＩＧ溶接
にて薄板部材１１を構造物３の内面に全面溶融させる。
またこのとき薄板部材１１の上端部，下端部及び母材と
なる構造物３の境界部は溶融の際の熱影響による鋭敏化
を防ぐため低入熱溶融とする。ここに遠隔操作式自動溶
接機１２は薄板部材１１を溶融させるための熱入力方法
の一手段であって、これをレーザ等でおきかえても同様
な効果が得られる。

【００２４】このようにして構造物３の溶接部近傍に形
成された鋭敏化領域の内表面に薄板１１を溶融し、構造
物３の内表面の組識を改善し、構造物３の応力腐食割れ
の発生を予防し、構造物３の予防保全が可能である。

【００２５】以上の予防保全方法により図１に示す様
に、構造物３の溶接部近傍の内表面に耐食性の高い改質
層を形成させることにより耐応力腐食割れ性の高い構造
物構造を提供することができる。また、クロム欠乏層領
域の高引張応力を、溶接継手に溝加工をし、継手の片面
を冷却しながらその溝を溶接後、溶融処理を施すこと
で、冷却側の残留応力を＋１０kg／cm²以下の応力に改
善することができる。

【００２６】又、本発明は胴体構造物のみならず、配
管，鏡等の構造のものにもこの技術を応用することが可
能である。

【００２７】この実施例をＢＷＲ型原子炉内構造物シュ
ラウドと考えれば、本発明により溶接の熱影響により劣
化したステンレス鋼を取替えることなく耐食性良好な材
料にすることができる。

【００２８】また、炉水を原子炉圧力容器に溜めたまま
作業できるため、炉水の遮蔽効果により作業員の被爆放
射線量を抑えることができるので被爆低減と長時間作業
が可能と成る。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、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
食性向上が図れるので、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、かつ耐食性の優れた薄板の取付け、溶融処理が継手
のある一方からのみしか出来ない場合、効果を示し、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。

【００３０】特に、本発明は既設プラントのステンレス
鋼配管，胴体，鏡（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構成部材に使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による胴体溶接部の応力腐食
割れ対策断面図。

【図２】応力腐食割れ発生要因図。

【図３】熱影響部と残留応力が発生した通常の配管溶接
部断面。

【図４】本発明を施工する前の胴体溶接部断面図。

【図５】水シールを取り付けたところの胴体及び配管断
面図。

【図６】図中(ａ)(ｂ)は溝加工を実施している胴体溶接
部断面図、(ｃ)(ｄ)は溝溝部を溶接している胴体溶接部
断面図。

【図７】図中(ａ)(ｂ)は研摩を実施している胴体溶接部
断面図、(ｃ)(ｄ)は薄板部材をスポット溶接により取り
付けているところの胴体溶接部断面図、(ｅ)(ｆ)は本発
明の他の実施例による胴体溶接部の応力腐食割れ対策断
面図。

【符号の説明】

１…容器胴体、２…容器下鏡、３…胴体、４…配管、５
…溶接部、６…水、７…水シール胴、８…栓、９…遠隔
自動内面加工装置、１０…遠隔自動スポット溶接機、１
１…薄板部材、１２…遠隔自動溶接機、１３…溝、１４
…高引張応力、１５…クロム欠乏層、１６…溶存酸素等
の腐食環境、１７…応力腐食割れ発生、１８…溶接部、
１９…熱影響部、２０…母材、２１…残留応力分布、２
２…＋10kg／mm²のライン、２３…遠隔自動内面仕上げ
装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｄ 1/00 (72)発明者斉藤英世茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者黒沢孝一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者榎本邦夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小野伸一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者山本道好茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者浦城慶一茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者青田欣也茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大高正広茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーステナイト系ステンレス鋼が溶接熱影
響を受けた後、熱影響部の表裏両面に腐食性流体が接触
する構造物における溶接継手の熱影響領域を、前記溶接
部に一部溝を加工した後、前記継手の他方の面側から冷
却しつつ溝部を肉盛溶接し、該溝溶接部および溶接熱影
響部を覆うように耐食性の優れた薄板部材を取付け、前
記薄板部材の溶接部に溶融処理を施すことを特徴とする
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部改質方法。
【請求項２】請求項１記載のオーステナイト系ステンレ
ス鋼の溶接部改質方法において、前記溶融処理を行う溶
融熱が、溶融により新たな耐食性劣化を生じせしめない
高密度のエネルギの投入によって得られることを特徴と
するオーステナイト系ステンレス鋼の溶接部改質方法。