JPH0829571A - 原子力プラント用部材の製造方法 - Google Patents

原子力プラント用部材の製造方法

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JPH0829571A
JPH0829571A JP6158385A JP15838594A JPH0829571A JP H0829571 A JPH0829571 A JP H0829571A JP 6158385 A JP6158385 A JP 6158385A JP 15838594 A JP15838594 A JP 15838594A JP H0829571 A JPH0829571 A JP H0829571A
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JP
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oxidizing atmosphere
nuclear power
power plant
manufacturing
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JP6158385A
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Hiroshi Kubo
浩 久保
Hironori Echigoya
寛法 越後谷
Yukio Henmi
幸雄 逸見
Takatsugu Okada
孝継 岡田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ばね限界値や機械的特性を損なうことなく、58
Coの炉水中への溶出を抑制する。 【構成】Ni基析出強化型合金の溶体化処理後、 600℃
を越え 730℃以下の酸化雰囲気中で時効硬化処理および
酸化皮膜形成処理の少なくとも一部を兼ねて行う加熱処
理を施す原子力プラント用部材の製造方法において、前
記酸化雰囲気を10-3Torr〜大気圧に維持する。ま
た、雰囲気ガスは加熱処理炉内を2時間に少なくとも1
回置き替えるか25℃以下の露点である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子力プラント
等の高温水中で使用される部材、例えばスペーサスプリ
ング,コイルスプリング,フインガスプリング、チャン
ネルファスナなどの原子力プラント用部材の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電プラントの原子炉内で使用す
る部品は、稼働率の向上や安全性の一層の向上を目的と
し、耐食性に優れたものであることが要求される。特に
原子力発電プラントに使用されるスペーサスプリング,
コイルスプリング,フインガスプリング、チャンネルフ
ァスナなどは、ばね強さや耐食性の観点からNi基析出
強化型合金で構成し、ある一定量の加工率で加工した
後、溶体化熱処理、真空炉中で時効熱処理を施して使用
されている。
【0003】ところで原子力発電プラントは、稼働率向
上や安全性の一層の向上を目的として炉水中に含まれる
放射性腐食生成物の低減が進められており、例えば60
oの低減には、プラントに使用している材料中のコバル
ト含有量を低減あるいは合金元素としてコバルトを含ま
ない材料を使用したり、または高温水蒸気処理をするな
どの方法がとられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】例えば沸騰水型原子炉
(BWR)用の燃料集合体に具備されているNi基析出
強化型合金のスペーサスプリングはスペーサスプリング
の形状に成形された後、真空中で時効熱処理され、次い
でスペーサに組込まれた後、約 400℃、約5気圧の水蒸
気中で加熱され、その後、燃料集合体に使用している
が、この状態の燃料集合体を原子炉の炉水中で使用した
場合には、スペーサスプリングからのNiの溶出が多か
った。
【0005】しかし、より一層放射性腐食生成物の低減
を図るためには、60Coの低減の他中性子の照射場所で
使用されるNi基析出強化型合金製部材から発生する58
Co(58Niの核反応を生成される)の低減、言い換え
ると58Coの炉水中への溶出抑制が必要となる。また、
今後経済性の観点から燃料の高燃焼度が進んだ場合に
は、58Coの炉水中への溶出抑制がさらに必要となる課
題がある。
【0006】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、本発明者等は、種々の実験,研究の結果、
有酸素雰囲気下での酸化処理方法で材料表面に耐食性保
護皮膜を形成しNi基析出強化型合金製の部材が中性子
の照射を受け部材の組成中に含まれる58Niが58Coと
なっても腐食速度が小さく炉水中への放射性腐食生成物
の溶出増加が抑制されることを見出した原子力プラント
用部材の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はNi基析出強化
型合金の溶体化処理後、60℃を越え 730℃以下の酸化雰
囲気中で時効硬化処理および酸化皮膜形成処理の少なく
とも一部を兼ねて加熱処理を施す原子力プラントとう用
部材の製造方法において、前記酸化雰囲気を10-3Torr〜
大気圧空気下に維持することを特徴とする。
【0008】また、本発明は前記酸化雰囲気に用いる雰
囲気ガスの酸素分圧が 0.1以上であることを特徴とし、
さらに、雰囲気ガスは加熱処理炉内を2時間に1回以上
置き替る流量であるか、または25℃以下の露点であるこ
とを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明により表面には特定のNi,Fe,Cr
等を主体とした酸化物を形成する。ここで、Ni基析出
強化型合金とは、Ni:45〜80%、C:< 0.1%、M
n:<0.35%、Cr:14〜23%、Mo:< 3.5%、N
b:< 0.5〜 5.5%、Ti:< 0.5〜 3.0%、Al:<
2%、Si:< 0.5%、Fe:<25%の合金組成(重量
%)を有するものである。
【0010】この組成の合金は、時効硬化処理を行うこ
とによりAlはNi3 Alの金層間化合物を形成し、T
iはNiの金属間化合物を形成する。Nb,Moは炭化
物を形成して、これらがそれぞれ基地のγ相に微細析出
することにより析出強化型合金となるものである。
【0011】また、本発明方法によればNi基析出強化
型合金の素材表面に結晶性が良く、高温高圧水への溶解
度の小さいNiFe2 4 と金属イオンの拡散を妨げる
効果のあるCr2 3 の保護膜を二層構造に形成するこ
とができる。この酸化物層には、Ni基析出強化型合金
の構成元素に起因したNiO,Fe3 4 ,γ−Fe2
3 ,TiO,TiO2 等の酸化物からなる析出物が含
有されている。
【0012】この酸化物層の厚さは、薄すぎると58Co
の溶出抑制の効果が少なく、厚すぎると部材の材料特性
が低下するため、好ましくは1000〜8000オングストロー
ム、特に好ましくは2000〜5000オングストロームであ
る。
【0013】従来の溶体化処理状態の原子力プラント用
部材を時効硬化処理後、高温水蒸気処理し、そのままの
状態で原子力プラントの炉水中に使用した場合、スプリ
ングからの60Co,58Coの発生は多いが、本発明方法
により形成されるNiFe24 ,Cr2 3 の2層構
造からなる酸化物は、従来のものに比べて結晶性が良く
58Coの溶出抑制効果も大きい。またこの酸化物を設け
ても機械的特性を損なわずスプリング等として使用でき
る。
【0014】
【実施例】BWRプラントの燃料集合体用スペーサスプ
リングとして使用されているNi基析出強化型合金(通
称インコネルX− 750)の溶体化熱処理を施した板材を
スペーサスプリングの形状に成型し用意した。次いでこ
れをスペーサスプリングを製造する際に行う熱処理すな
わち約 700℃,約20時間の時効硬化処理を施した。その
際、表1に示すような条件で酸化皮膜形成処理も兼ねて
行った。
【0015】表1は実施例1〜3と比較例1〜3につい
て酸化皮膜形成処理の処理条件を示している。
【0016】
【表1】
【0017】このようにして得られた試験片を用いて水
質を制御できる高温高圧水ループを用いて約 500時間の
浸漬試験を実施した。水質は脱塩器で十分浄化された供
給水を大気解放したタンクを通し、溶在酸素を8ppm
とし導電率を4×10-5S/cmに調整した。また、過酸
化水素(H22 )濃度は 300ppbに調整した。いず
れの実施例および比較例も加熱処理の温度と時間は 700
℃,20時間とした。
【0018】実施例1は10-3Torrの減圧空気下で酸
化皮膜形成処理を行い、実施例2は大気圧空気の雰囲気
ガス流量が1回/hr置換の割合で露点10℃に管理して
酸化皮膜形成処理を行い、実施例3は雰囲気ガス流量が
1回/2hr置換である以外は実施例2と同じ条件下で
酸化皮膜形成処理を行ったものである。
【0019】一方、比較例1は10-6Torrの真空中で
時効硬化処理,水蒸気酸化処理を行ったもので、従来技
術に相当する製造方法である。比較例2は雰囲気ガス流
量1回/10hr置換である以外は実施例2と同じ条件下
で酸化皮膜形成処理を行ったもの、比較例3は露点が27
℃である以外は実施例2と同じ条件下で酸化皮膜形成処
理を行ったものである。
【0020】これらの試料について腐食低減の観点から
浸漬試験前後の重量変化を測定し腐食減量を求めた。ま
た、形成酸化皮膜の安定性について調べるために超音波
洗浄前後の重量変化も測定し、その試験結果を図1に示
す。
【0021】図1から明らかなように、本発明に係る実
施例1〜3は従来技術に相当する製造方法である比較例
1に比べ大幅に重量変化が少なく、皮膜の安定性からも
含めて浸漬試験前後の重量変化および超音波洗浄前後の
重量変化を合わせてみると実施例2および実施例3は比
較例2および3に比べて重量変化が少ない。
【0022】したがって本発明に係る実施例1〜3によ
れば腐食が少なくかつ安定した皮膜が形成されることが
認められる。このことから本発明に係る燃料集合体を原
子力発電プラントに使用した場合にはスペーサスプリン
グ等の素材中に含まれる58Niが中性子の照射を受け58
Coとなっても炉水中への溶出が少なくなることが判
る。
【0023】つぎに、本発明に係る原子力プラント用部
材の製造方法における数値限定理由について説明する。
加熱処理の雰囲気を10-3Torr〜大気圧空気下とした
のは、10-3Torr未満の高真空度にすると高温高圧水
への溶解度の小さいNiFe2 4 のようなNiの溶出
を抑制するのに好ましい形態の酸化皮膜が形成されにく
くなるためである。酸化皮膜形成には酸素の供給の豊富
な大気圧の方が望ましい。
【0024】また、この加熱処理温度を 600〜 730℃と
した理由は 600℃未満では十分な機械的性質が得られな
い場合があり、またNiの溶出を抑制するためには十分
な酸化皮膜が形成されにくくなることによるものであ
り、熱処理温度を 730℃以下とした理由は、それを越え
た温度で加熱すると材料が過時効となり機械的性質が劣
化する場合があることによる。
【0025】なお、加熱処理の処理時間は適宜設定され
るが、強度および健全な酸化膜形成の点では5〜25時間
で行うことが好ましい。
【0026】さらに、酸素量が不十分すなわち、酸素流
量(雰囲気ガス流量)が少なすぎたりする場合にはNi
溶出を抑制するのに十分な酸化皮膜が形成されず溶出抑
制効果が期待できない。また、露点は酸素分圧に影響を
与えるもので同様に過剰な湿度はNi溶出を抑制するの
に十分な酸化皮膜が形成されず溶出抑制効果が期待でき
ない。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、スプリングとしてのば
ね限界値や機械的特性値を損なうことなくかつ放射性腐
食生成物である58Coの炉水中への溶出が抑制できる。
このことから定期点検や補修時の作業が容易になり、し
たがって発電プラントの稼働率向上が図れるなど顕著な
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法による部材と従来例(比較例)の部
材の重量変化を比較して示す棒線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 孝継 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni基析出強化型合金の溶体化処理後、
    600℃を越えて 730℃以下の酸化雰囲気中で時効硬化処
    理及び酸化皮膜形成処理の少なくとも一部を兼ねて行う
    加熱処理を施す原子力プラント用部材の製造方法におい
    て、前記酸化雰囲気を10-3Torr〜大気圧空気下に維
    持することを特徴とする原子力プラント用部材の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記雰囲気ガスは加熱処理炉内を2時間
    に少なくとも1回置替る流量であることを特徴とする請
    求項1記載の原子力プラント用部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記雰囲気ガスは25℃以下の露点である
    ことを特徴とする請求項1記載の原子力プラント用部材
    の製造方法。
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