JPS62222029A - 二重金属管等の残留応力改善方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属管の残留応力改善方法に係わり、特にサ
ーマルスリーブを有して流体の停滞域が発生し易い構造
の二重金属管に残留応力改善を施す方法に関するもので
ある。

「従来の技術とその問題点」 一般に、金属材料、例えば原子力や化学プラント等に多
用されているオーステナイト系ステンレス鋼等において
は、引っ張り応力と腐食因子とが共存する場合に、腐食
割れが急速に進行することが知られている。

従来、このような金属管の応力を改善する場合、金属管
の中に冷却水を挿通させながら、金属管を誘導加熱して
、金属管の内外面に降伏点以上の熱応力が生じる温度差
を与えて、金属管の継ぎ目等の溶接部付近の内面に、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。

しかしながら、このような方法は、直管等の単純な形状
には適用可能であるが、構造の複雑な二重管には適用が
困難となる。例えば第３図は、原子炉圧力容器ｌのノズ
ル２とセイフェンド３との内部に、サーマルスリーブ５
が設けられた二重管構造を示しているが、この二重管に
前述の応力改善方法を適用しようとすると、セイフェン
ド３とサーマルスリーブ５との間の筒状中空部６が狭あ
ぃ部となるため、母管４の中に冷却水を矢印で示すよう
に挿通させても、筒状中空部６には、冷却水の流れが生
じない停滞域が生じる。このため、誘導加熱コイル７を
通電状態としてセイフェンド３を加熱した場合、筒状中
空部６における冷却が不十分で内面温度が上昇し易いこ
とと、冷却水の対流現象が円周方向の位置によって大き
な［むら］を生じることとに起因して、目的とする圧縮
残留応力を付与することが困難となる。即ち、第３図に
示ずセイフェンド３において、溶接継手８の内面を残留
応力改善する場合であると、残留応力改善の対象部分で
あるＡ点と、その半径方向外方のＢ点との温度は、加熱
及び冷却処理工程の進行とと乙に、第４図の曲線Ｘと曲
線Ｙとで示すような温度変化をする。つまり、Ｂ点の温
度は、加熱によって（イ）（口　）のように上昇し、加
熱の停止によって（ロ）（ハ）のように低下する。一方
、Ａ点の温度は、加熱によって（イ）（ニ）のように上
昇するが、筒状中空部６に冷却水が存在しているために
、核沸騰温度に到達すると、頻繁な核／ＩＩＳ騰による
放熱のために、しばらくの間、第４図に（ニ）（ホ）で
示すように、温度が一定になる現象が現れる。しかし、
核ｄ１−騰の発生によって、筒状中空部６の大部分、第
５図にＸ印で示す部分では、冷却水の自然対流によって
、熱供給量と放熱量とが平衡するが、筒状中空部６の上
部、第５図にΔ印で示す部分では、上昇流が集中して熱
供給量と放熱量との平衡状態が崩れ、第４図に（ホ）（
へ）で示すように、Ａ点の温度がさらに上界して膜沸騰
温度を越える。Ａ点が膜沸騰状態となると、水蒸気が伝
熱面を覆ってしまうため放熱量が減少し、第４図に（へ
）（ト）で示すように、さらにＡ点の温度が上昇する現
象が現れ、Ａ−Ｂ点の温度差が少なくなる。

次いで、加熱を停止すると、第４図に（ト）ないしくヌ
　）で示すように温度が低下し、その途中（チ）（リ　
）で核沸騰状態に戻って、温度が一時一定となる現象が
起こり得るが、その後母管部分からの熱供給が少なくな
るので、（リ　）（ヌ　）のように温度が低下する。し
たがって、Ａ−Ｂ点の温度差は、第４図に曲線Ｙ及び曲
線Ｘで示すように、わずかなものとなるとともに、膜沸
騰状態が発生することによって、非常に不安定なものと
なり、また、筒状中空部６の上部とその他の部分では、
著しい温度差が生じて残留応力改善が困難となるという
問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を有効に解決す
ることを目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 本発明における二重金属管等の残留応力改善方法は、オ
ーステナイト系ステンレス鋼からなる母管とその内部の
サーマルスリーブとの間に、冷却水を存在させた状態で
、サーマルスリーブの基部から後方に離間した位置の母
管表面（以下表面ｉという　）を加熱して、母管及びサ
ーマルスリーブの間の停滞水を核沸騰状態にするととも
に、サーマルスリーブを囲む位置の母管表面（以下表面
１１という　）を加熱して母管壁に厚さ方向の温度差を
付与するようにしているものであり、母管及びサーマル
スリーブ間の停滞水を核沸騰状態に維持して、冷却水の
循環作用を生じさせることにより、表面ｉｉ付近の内面
の温度を一定の状態としておき、次いで表面ｉｉを加熱
することにより、表面ｉｉ付近の管壁に厚さ方向の温度
差を付与するとともに、温度差を付与した状態を続行し
ながら冷却することにより、母管壁に降伏点以上の熱応
力を発生させ、処理対象部分である表面ｉｉ付近の内面
を圧縮残留応力を付与した状態とするものである。

「実施例」 以下、本発明における二重金属管等の残留応力改善方法
の一実施例を第１図及び第２図に基づいて説明する。な
お、該−実施例において、従来技術で説明した部分と共
通ずる部分には、同一符号を付して説明を簡略化する。

第１図に示す二重管にあっても、原子炉圧力容器１のノ
ズル２とセイフェンド３（表面１１の付近に相当）の内
部に、サーマルスリーブ５が設けられた構造であり、こ
の二重管は、水平に敷設されているとともに、セイフェ
ンド３は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４　）からなるものとする。なお、図中符号９は誘導加
熱コイル等の第２の加熱手段である。

［冷却水の供給コ 二重管に、第１図矢印で示すように、冷却水を連続して
送り込むようにしても、セイフェンド３とサーマルスリ
ーブ５との間の筒状中空部６には、冷却水の流れが生じ
ない停滞域が生じる。

［停滞域における対流発生］ このようにセイフェンド３とサーマルスリーブ５との間
に冷却水が存在する状態としておいて、サーマルスリー
ブ５の基部から後方（第１図の左方）に離間している部
分のセーフエンド３及び母管４を、第２の加熱手段９を
作動させて加熱する。

この加熱により、サーマルスリーブ基部に位置している
０点の温度が、第２図の（イ）（ロ）のように上昇する
。そして、０点の温度が核沸騰温度に到達すると、第１
図の矢印で示すように、停滞水となっている冷却水の自
然対流が頻繁に生じて、核沸騰部分に新しい冷却水が順
次供給され、上下及び円周方向の温度差を減少させた状
態となる。

また、この対流発生状態は、第２の加熱手段９が作動状
態となっていて、熱供給量が核沸騰現象による放熱量と
平衡している間維持され、０点は、第２図に（ロ）（ハ
）で示すように一定の温度に保持される。なお、Ａ−Ｂ
点の温度も、第２図に（イ）（ヌ）（ル）及び（イ）（
へ）（ト　）で示すように上昇するが、予熱することの
他、この温度上界の程度を直接問題とするものではない
。

［セイフェンドの加熱と温度差の発生］このように核沸
騰現象によって、０点を一定の温度に保持した状態を続
けながら、第１の加熱手段７を作動させ、予熱により核
沸騰温度の近傍まで加熱されていたＢ点を含むセイフェ
ンド３を加熱する。この加熱により、第２図の（ト）（
チ）で示すように、Ｂ点の温度を上昇させる。この第１
の加熱手段７による熱供給量は、予熱針を除いた分とな
るため、第３図例で説明した熱量よりも少な（でよい。

また、Ａ部は、サーマルスリーブ５の基部近傍における
筒状中空部６の核沸騰現象に基づく自然対流により、は
ぼ核沸騰温度、第２図（ル）（オ）（ワ）で示すように
、一定の温度に維持される。したがって、第２図に曲線
Ｍと曲線Ｎとで示すように、Ａ−Ｂ点の間に大きな温度
差が発生する。この温度差は、熱応力が降伏点を越える
ために必要な温度差であり、例えば母管壁の厚さ方向に
２００℃以上の温度差が生じるように、Ｂ点では核沸騰
温度に２００℃強の温度を加えたものである。

［冷却による圧縮残留応力発生］ このように、２００℃以上の温度差を付与して、セイフ
ェンド３に降伏点を越える応力を発生させるとともに、
第２の加熱手段９によるセーフエンド３の加熱をしばら
くの間続行して、核沸騰対流を発生させた状態を維持し
ておき、Ｂ点の温度が次第に低下して、言い替えれば、
セイフェンド３の残熱量による再加熱によって、Ａ点が
膜沸騰温度に到達しない状態にしてから、加熱手段９を
停止させ、以下、自然放置により常温に戻す。また、冷
却時間の経過とともに、冷却水及びセイフェンド３等の
熱伝達により、母管壁は、はぼ均一な温度、例えば冷却
水の温度（常温）となり、このような冷却後の状態にお
いて、処理対象部分であるセイフェンド３の内面を圧縮
残留応力を付与した状態とすることができるものである
。

なお、前述した母管の加熱と温度差の発生との処理工程
においては、母管４及びセイフェンド３の表面温度が５
５０℃以下となるように設定して、母管壁の金属組織中
に鋭敏化域が生じないようにする。また、ここまでは、
第１図例の二重管について説明したが、冷却水が停滞す
る類似する他の管体等においても、同様な残留応力改善
方法により実施し得ることは勿論である。

「発明の効果」 以上説明したように本発明の二重金属管等の残留応力改
善方法は、二重管を構成している母管とその内部のサー
マルスリーブとの間に、冷却水を存在させた状態で、後
方に離間した位置の母管を加熱して、停滞水を核沸騰状
態にするとともに、この核沸騰による対流発生状態を維
持するようにしているから、停滞域に円周方向の温度む
ら等が発生しない。また、サーマルスリーブを囲む位置
の母管表面を加熱して母管壁に厚さ方向の温度差を付与
する場合に、核沸騰状態の一定温度との温度差に相当す
る分の加熱を行なうものであるから、加熱が簡単となる
とともに、むらの少ない温度差により、処理対象部分で
ある母管の内面に信頼性の高い圧縮残留応力を付与して
、腐食割れの発生、成長を抑制することができる等の優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における二重金属管等の残留応力改善方
法をオーステナイト系ステンレス鋼管に適用した場合の
一実施例を示す縦断面図、第２図はその処理工程と温度
との関係曲線図、第３図は従来方法を二重管に適用した
例の縦断面図、第４図はその処理工程と温度との関係曲
線図、第５図は第３図の■−Ｖ線矢視部分の対流状態の
説明図である。 セーフエンド、４・・・・・・母管、５・・・・・・サ
ーマルスリーブ、６・・・・筒状中空部、７・・・・・
・加熱手段、８・・・・・溶接継手、９・・・・・第２
の加熱手段。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. オーステナイト系ステンレス鋼からなる母管とその内部
   のサーマルスリーブとの間に、冷却水を存在させた状態
   で、サーマルスリーブの基部から後方に離間した位置の
   母管表面を加熱して、母管及びサーマルスリーブの間の
   停滞水を核沸騰状態にするとともに、サーマルスリーブ
   を囲む位置の母管表面を加熱して母管壁に厚さ方向の温
   度差を付与することを特徴とする二重金属管等の残留応
   力改善方法。