JPS59107068A - ニツケル基合金溶接部の処理法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はＮｉ基合金溶接部の処理法に係り、特にＣｒを
含有するＮｉ基合金溶接部の耐食性を向上させるに好適
な処理法に関する。

〔従来技術〕

Ｃｒ’ｋ　１０％以上含有するＮｉ基合金例えばア０イ
６００（１５％Ｃｒ、７％Ｆｅ１残余は不純物等を除き
Ｎｉ）は高温強度と耐食性を要求される機器の構造材料
として広く用いられておシ、溶接部材でおることが多い
。一般にこの種の合金は高Ｃｒ含有量のため耐食性が優
れているが、酸やアルカリｓ境域は原子炉水環境などで
は主として溶接部材表面や応力腐食割れ（以下５ＣＣ）
を生ずることがあることが知られている。これら溶接部
の腐食損傷はほとんどが粒界腐食ちるいは粒界ＳＣＣで
あり、溶接時の熱影響により生ずる粒界でのＣｒ炭化物
析出や不純物の粒界偏析が主な原因と考えられている。

Ｎ１基合金自体の耐食性向上法としては７００Ｃ付近で
の長時間加熱によシ粒界腐食に対して免疫化させる方法
（Ｍ、　Ｋｏｗａｋａ、　ｅｔａｌ　：　ＮｕｃｌＨｒ
’ｐｅｃｈｎｏｌｏｇＹ　ｖｏｔ５５．　ｐ、　３９Ｂ
　（１９８１）　）や、塑性加工後の加熱により再結晶
化し、優先腐食経路を分散させる方法（％開昭５２−１
３６６９）などが知られている。しかし溶接部材にあっ
ては融点以上となる溶接金属部をはじめ極めて高い温度
に加熱される部位がちシ、上記の公知の耐食性向上法を
施し７た部材を用いても高温にさらされる部位では七の
効果が消失する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、金属組織が連続的に変化するＮｔ基合
金溶接部の耐食性を向上させることができるＮＩ基合金
溶接部の処理法を提供することにおる。

〔発明の概要〕

本発明は、腐食環境にさらされる溶接部材表面にのみ耐
食性に優れた層を形成させるが、材料の内部には変化を
与えないことによシ、高温強度などの機械的性質を保存
した′ｔま耐食性を向上させるものである。耐食性に優
れた表面層を得る方法として本発明者らｉＩ′ｉＮ１基
合金の場合、強冷間加工後、加熱により一次再結晶を生
じさせた微細粒組織の耐粒界腐食性や耐ＳＣＣ性が著し
く高いことを見出し、これに着目して溶接部への応用を
はかった。即ちＮ１基合金の溶接部において（（）冷…
ｊ加工度が軽い場合耐食性が向上しない。

（２）冷間加工後の加熱が低く、−字再結晶による微細
粒組織が生じないと耐食性が不十分でｓｂ、又冷間加工
後の加熱が高く、二次再結晶による結晶粒粗大化が生じ
ると耐食性が向上しなくなる。

（３）　　材料の深部まで加工及び加熱による再結晶微
細組織となると、例えばクリープ強度などの機械的性質
が変化する。

従って、本発明は、Ｃｒを含有するＮ１基合金の溶接構
造物の溶接金属及び溶接熱影響部のそれぞれの表面に強
請性加工を施し、次いで強要性加工部公金溶接部表面に
一次再結晶による微細粒組織を形成するように加熱する
ものである。

本発明において、溶接部表面に強請性加工として強冷間
加工を施す方法として最も好適なのはピーニングである
。溶接部は一般に開先加工や溶接ビードによる凹凸があ
る場合や素材自体が単純な平面でない場合が多く、圧延
に類する冷間加工を施すことは困難である。ショットピ
ーニング、ガラスビードピーニングやワイヤピーニング
は複雑形状表面に対しても施工でき、また加工部位を比
較的任意に選択できる。さらに、ピーニングは表面数１
００μｍ以内の層にのみ強加工度を与えるため、部材深
部に対しては何ら変化を生ぜしめない点で有益である。

一次再結晶による微細粒組織とするための加熱は、比較
的小型の構造物であれば通常の熱処理炉を用いて施すこ
とができるが、大型あるいは加熱を避けるべき部分を含
むような構造物の場合は熱処理炉が使用できない。この
ような場合は高周波誘導加熱、レーザビーム加熱又は赤
外線加熱が好適である。即ち、これらの方法によれば一
次再結晶化すべき任意の部位のみを急速に加熱、冷却す
ることができる。

一次再結晶による微細粒組織とするための加熱条件は６
５０〜９５０Ｃとすることが望ましい。

６５０Ｃよりも低い加熱条件では再結晶が生じ難くまた
９５０Ｃを超えると、二次再結晶による結晶粒粗大化の
ため耐食性の向上が認められない。

このような加熱温度範囲において、低温はど長時間１ｃ
要し、高温側では逆に結晶粒粗大化を避けるためかなり
短時間に制限する必要がちるため、より好適な条件は７
００〜９００Ｃで５分〜１時間である。

大型あるいは加熱を避けるべき部分を含むような構造物
に前記の一次再結晶化のために弾塑性加工部の表面を含
む局部を加熱する際、非加熱部との境界付近に耐食性の
低い部分が形成されるおそれがある。即ち、例えばアロ
イ６００などの場合、溶接部から離れた母材で、表面の
強要性加工が施されていない部分が加熱境界となってア
ロイ６００に特有の加熱温度以下の温度、例えば６００
〜８００Ｃの温度にさらされると、この部分の耐食性が
低下する可能性がある。このような加熱境界部が腐食環
境に接することがなければ問題はないが、腐食環境に接
する場合については溶接前の素材に予め免疫化熱処理を
施し、しかる後に溶接、表面強要性加工及び−次再結晶
化局部加熱を順次施すことによって、耐食性に優れた溶
接構造物を製作できる。ここで免疫化とは、粒界腐食や
ＳＣＣの装置と考えられるＣｒ炭化物の粒界析出による
いわゆる鋭敏化、あるいは不純物の粒界偏析を解消させ
ることである。免疫化熱処理条件を明らかにするために
、本発明者らはアロイ６００、アロイ６２５（２２％Ｃ
「、９％ＭＯ，４％Ｎｂ、３％Ｆｅ１残余不純物を除き
Ｎｉ）などＮ１基合金の耐食性、特に粒界腐食性及び高
温水中での耐ＳＣＣ性に及ぼす熱処理の影響を詳細に検
討した。

その結果５００〜８５０Ｃの広い温度範囲における短時
間加熱は該合金の耐食性を低下させることがちるが、６
５０〜８００Ｃにおいて少なくとも、１０時間以上の熱
処理を施せば、耐食性向上が期待され、より長時間加熱
となるにと耐食性向上が著しいことを見出した。このよ
うな耐食性変化の詳細な機構は必ずしも明らかでないが
、６５０〜８００Ｃでの長時間加熱は既存の、或は加熱
初期に析出した粒界Ｃｒ炭化物近傍に形成されたＣｒ欠
乏層がＣ「の拡散によって再富化されること、或は粒界
偏析した有害元素が炭化物にとり込まれて粒界が清浄と
なること、などが考えられる。この場合、６５０ｔ：’
よシ低温側では免疫化が極めて遅いため現実的効果が期
待できず、また８００Ｃよシ高温側ではＣの過飽和状態
が残るため、−次男結晶化加熱域の境界部での加熱によ
り、新たなＣｒ炭化物析出と鋭敏化が生じ得る。しかる
に、６５０〜８００Ｃでの長時間加熱後は一次再結晶化
加熱域の境界部での加熱を経ても耐食性の劣下は生じな
い。

したがって溶接素材であるＮｉ基合金を予め、６５０〜
５ｏｏｃで１０時間以上、好ましくは７００〜７５０Ｃ
で２０時間以上免疫化熱処理を施し、しかる後に溶接、
表面強加工及び−次再結晶化局部加熱を順次施すのが好
適である。

〔発明の実施例〕

第１表に示す化学成分からなる市販のアロイ６００の管
及び板を用い、第１図に示すフローチャートに基づいて
各々の素材を用い溶接継手を製作した。

第　　　　１　　　　表 溶接前の素材に対する免疫化処理はｒ２０ｃ。

２０時間で実施した。溶接は管について突合せ、板につ
いて９０°スミ肉溶接を各々アロイ１８２溶接棒を用い
た手溶接で施した。ピーニング加工は溶接部にグライン
ダ加工を施して溶接スパッタや付着スラグを除去し、比
較的なめらかな表面状態にしてから実施した。第２図は
ピーニング加工部位を示す。管または板の素材１と溶接
金属２よシなる溶接継手の、溶接熱影響部を含む十分広
い幅を有する部位、即ち管の場合は外表面の溶接金属を
中心とした約１００ｘ幅の部位３、また板の場合はスミ
肉継手内角側表面の溶接金属を中心とした約１００ｘ幅
の部位４に対してショットビーニングまたはワイヤピー
ニングを施した〇ショットピーニングにハ直径０．６喘
のショット及び吹出し口直径９０のノズルを用い、施工
表面１ｃｒＩ当シ約１０秒間、空気圧６気圧、吹付は距
離６Ｃｍの条件で実施した。ワイヤピーニングには直径
２ｍのワイヤを用い、施工表面１ｃｒＡ当り５秒間、空
気圧５気圧、ストローク１７ｍの条件で実施した。

ピーニング処理後の一次再結晶化加熱は管に対して高周
波誘導加熱法により、板に対してレーザビーム加熱法に
より実施した。高周波誘導加熱においては、第２図の部
位３をおおうように、溶接金属２を中心に管軸方向２５
０酊にわたって単巻き誘導コイルを管表面から１０個浮
かせて管外周に巻いた形で設け、容量３００ｋＷ、３ｋ
Ｈ２の高周波発振機を用いて加熱した。レーザビーム加
熱においては、約８１ｍ長さの線状ビームを照射するＣ
０２ガスレーザ加熱装置を用い、ビーム走査速度１ｍ／
ＩＭＩ以下として実施した。この場合は照射出力と走査
速度によシ加熱温度が変化し、一定部位に対するくり返
し走査によシ加熱条件を制御するが、本実施例では累計
で７５０〜９２０　Ｇ、約５分間の加熱であった。いず
れも高純度アルゴンガス気流によ＃）被加熱部を不活性
雰囲気に保って加熱し、加熱終了後はガスを吹きつける
ことによシ急冷した。

耐食性評価試験結果 るいは再結晶化加熱境界を含む短冊型の板として採取し
た。

耐食性はＡＳＴＭ　０２８に規定された硫酸・、硫酸第
二鉄腐食試験（ストライカ試験）によυ粒界腐食性を評
価し、また高温純水中での隙間つき定ひずみ曲げ試験に
よりＳＣＣ性をそれぞれ評価した。

但し、ストライカ試験においては規定溶液に２４時間連
続浸漬後、試験片の断面観察を行い、粒界侵食深さが５
０μｍ’ｌ超えるか否かを目安として評価した。

ＳＣＣ試験は、板厚２Ｍの試験片の曲げ引張応力側とな
る表面に均一な人工隙間を形成させるためにグラファイ
トウールを密着させて中径１００ｍｍの曲率となるよう
ステンレス鋼製ホルダで締めっけ、２８８Ｃ，８Ｐ溶存
酸素含有のオートクレーブ純水に５００時間浸漬して行
った。この場合も試験片の断面観察による割れ深さが５
０μｍを超えるか否かによシ評価した。

第２表は耐食性評価試験結果を示す。第２表中の記号は
第１図の製作工程における記号と同一である。

第　　　　２　　　　表 ※　−次再結晶化加熱境界部 記号Ｂ、Ｆ、Ｇ及びＬはいずれも前記の工程で製作した
本発明法による溶接継手を示す。素材に対する免疫化処
理を施していない記号Ｂの場合に、−次再結晶化加熱の
境界部に一部軽微な粒界腐食または粒界ＳＣＣ′ｆ、生
じているが、記号Ｆ、Ｇ及びＬの各場合は十分良好な耐
食性を示した。これに対して免疫化処理、ピーニング及
び再結晶化加熱のいずれも施さない記号Ａの溶接部は溶
接金属部及び溶接熱影響部に著しい粒界腐食あるいは粒
界ＳＣＣを生じた。免疫化処理された素材を用いただけ
の、即ちピーニング及び再結晶化加熱が施されていない
記号Ｃ及び工の場合はいずれも溶接金属部や溶融境界に
近い母材部に粒界腐食あるいは粒界ＳＣＣが発生した。

また免疫化処理した素材を用いて溶接し、その後ピーニ
ングを施しているが再結晶化加熱を施していない記号り
及びＫの場合も、溶接金属部及び溶融境界に近い母材部
に粒界腐食または粒界ＳＣＣが生じた。

上記、記号Ｃ及び■の場合は先に述べたとおり溶融境界
から離れた母材部には免疫化処理の効果が保存されるが
、溶接過程で一旦、約１０００ｔ？以上にも加熱される
ような領域、即ち溶融境界の近傍では免疫化処理の効果
が消失し、耐食性は低下する。これらの場合、溶接金属
部にも何ら耐食性を高める要素が期待されない。また上
記、記号り及びＫの場合は溶接後、ピーニングにより表
面に圧縮残留応力を与えることによる耐食性改善が期待
されたが、金属組織自体のもつ腐食要因圧本質的な変化
はないため、粒界腐食が生ずるだけでなく、本実施例の
ように降伏点を上まわる応力が負荷されるとやはり著し
い粒界５ＣＣ２生ずる。

記号Ｊは免疫化処理した素材を溶接し、ピーニングせず
に再結晶化加熱のみ施した場合である。

この場合はピーニングによる強冷間加工層が形成されて
いないために加熱のみ施しても一次再結晶組織が形成さ
れず、やはり溶接金属部及び溶接島影部に粒界腐食や粒
界ｓｃｃが生ずる結果となった。

これら記号Ａ、Ｃ，Ｄ、Ｉ、Ｊ及びＫの比較条件での結
果が示すとおり、溶接後のピーニング及び−次再結晶化
加熱のいずれか一方、あるいは双方が欠けた場合は、た
とえ免疫化処理された素材を用いたとしても溶接部に良
好な耐食性を期待できないのは明らかである。

一方、記号Ｅ及びＨは、免疫化処理した素材を溶接し、
ピーニング及びその後の加熱を施してはいるが、加熱条
件が本発明での条件から外れている場合の例である。加
熱温度が６００Ｃの記号Ｅでは５時間の加熱によっても
一次再結晶化は生ぜず、むしろ鋭敏化を進行させた結果
となり、溶接金属部及び溶融境界に近い母材部に著しい
粒界腐食や粒界ＳＣＣが生じた。また加熱温度が１００
０Ｃの記号Ｈでは部分的に一次再結晶化した領域も形成
されたが、同時にそれが不十分な部分や逆に二次再結晶
化に至ったと見られる部分もあり、特に加熱・非加熱境
界部を中心に粒界腐食や粒界ＳＣＣをかなり生じた。

以上のとおり、本発明における溶接後のピーニング及び
それに引続く７００〜９５０Ｃでの一次再結晶化加熱は
いずれも高耐食性を付与する上での不可欠な条件である
ことがわかる。また溶接素材に予め免疫化処理を施して
おくことは本発明の効果をより完全なものとする上で極
めて有効である。

ナオ、ピーニングは通常行われるとお９、室温において
施すのが適当であるが、約３００Ｃ以下であればピーニ
ングの効果が十分得られることを確認している。従って
施工の都合上、必要があれば３０００以下でピーニング
を施しても支障はない。

本発明の方法は各種の化学装置、熱交換器のＮ１基合金
溶接部に適用でき、特に原子力発電プラントの冷却材あ
るいは熱媒体である高温高圧水に接するＮ１基合金溶接
部に対して好適である。

この場合の適用対象部の例としては沸騰水型原子炉の圧
力容器内面肉盛溶接部、制御棒駆動機構ハウジングを圧
力容器底部に固定するためのスタブチューブの溶接部、
バッフルプレート溶接部、シュラウドヘッド固定ボルト
の溶接部おるいは給水ノズルのサーマルスリーブ溶接部
などがあり、加圧水型原子炉においてもＮｉ基合金の肉
盛を含む溶接部、蒸気発生器の伝熱管の管板への溶接部
などの対象部が挙げられる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、溶接金属及び溶接熱影響
部のそれぞれに表面に一次再結晶による微細化組織を形
成させ、材料の内部は変化させないので高温強度などの
機械的強度を維持させたまま耐食性に優れた光面層を有
するＮ１基合金の溶接部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の施工過程を示すフロー図、第２
図（ａ）および第２図（ｂ）はそれぞれ管板及び板材の
溶接部並びにピーニング施工範囲を例示するための説明
図である。 ｌ・・・素材（管又は板）、２・・・溶接金属、３，４
・・・部位（強冷間加工を施す部分）。 智り］ニド 第　１　口 □□□−−］ 茅２　目 〈４ン （に） ／　　　　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　Ｃｒを含有するＮｌ基合金の溶接構造物の溶接金
   属及び溶接熱影響部のそれぞれの表面に強要吐 性加工を施し、次いで強要遊工部分を溶接部表面に一次
   再結晶による微細粒組織を形成させるように加熱するこ
   とを特徴とするニッケル基合金溶接部の処理法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記ｃｒｔ含有す
   るＮｉ基合金の溶接構造物は、Ｃｒ炭化物を十分析出さ
   せて粒界腐食性を低減させる免疫化処理が施された溶接
   母材で形成されていることを特徴とするＮｉ基合金溶接
   部の処理方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記強要性加工は
   、ショットピーニング又はワイヤピーニングにより施す
   ことを特徴とするＮｉ基合金溶接部の処理法。 ４、％許請求の範囲第１項において、前記強要性加工部
   分の加熱は、７００〜８５０Ｃで施すことを特徴とする
   Ｎ１基合金溶接部の処理法。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記免疫化処理は
   、６５０〜８５０ｃで１０時間以上の条件で施すことを
   特徴とするＮ１基合金溶接部の処理法。 ６、％許請求の範囲第４項において、前記強要性加工部
   分の加熱を高周波誘導加熱、レーザビーム加熱又は赤外
   線加熱のいずれがで施すことを特徴とするＮｉ基合金溶
   接部の処理法。