JPS6275190A - 伸縮管継手 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は原子力発電プラント等に用いられる伸縮管継手
に関する。

［発明の技術的背景とその間゛照点］ 原子力発電プラントにおいては、例えば原子炉の冷却材
喪失事故の発生に備えて炉心注水装置が設置されており
、炉心の冷却水が喪失した場合には燃料集合体に直接こ
の炉心注水装置により冷却水をスプレーするようにして
いる。

この炉心注水装置への給水は低圧注水管によって行なわ
れるが、その途中には第３図に示すように圧力容器内壁
１とシュラウド２の間に低圧注水管を接続する伸縮管継
手３が介挿されている。

すなわち、この伸縮管継手３は、低圧注水管の圧力容器
内壁ｌ側に配設されるフランジ管５ａとシュラウド２側
に配設されるフランジ管５ｂとを結合して低圧注水管路
の一部を構成し、フランジ管５ａ、　５ｂの内外の温度
差による熱伸縮を吸収するものである。

第４図は、従来使用されているこのような伸縮管継手の
一実施例を示すもので、この伸縮管継手は、フランジ管
５ａ、　５ｂに接続されるフランジ管８ａ、８ｂ　と、
これらのフランジ管５ａと６ａおよび５ｂと８ｂの間を
夫々結合する内周凹部に撲７．８が挿入されたリング状
クランプ９ａ、　９ｂと、両フランジ管８ａ、　ｅｂ間
を連結するスリーブ１０およびベローズ１１とを備えて
おり、またベローズ１１の外側には一端を７ランジＷ８
ａ、８ｂに固着されたカバー１２ａ、　１２ｂが取付け
られている。

スリーブ１０の両端近傍の外周面は断面半円形状に加工
されており、管路に熱伸縮が生じた場合や圧力容器内壁
ｌとシュラウド２の間に熱膨張差が生じた場合には、フ
ランジ管８ａ、　８ｂの内面を摺動し、熱伸縮等を吸収
する。

なお、図中１３はスリーブ１０の移動を規制するため、
その一端近例とフランジ管６ａの間に設けたビンを示し
ている。

このように構成された従来の伸縮管継手において、フラ
ンジ管８ａ、　ｅｂとスリーブ１０の間には多少の間隙
があるが、シュラウド２側からの熱水のリークや管内温
水のリークはベローズ１１によって防止される。

しかしながらベローズ１１の両端およびカバー１２ａ、
　１２ｂとフランジ管８ａ、　８ｂとの間は、それぞれ
溶接されているため、これらの溶接部にリーク水が滞留
すると、比較的短期間のうちに溶接部に応力腐食割れを
生ずるおそれがあり、これを防止するため溶接部の品質
管理が非常に煩わしいものとなる。

また、ベローズ１１にはカバー１２ａ、　＋２ｂが被嵌
され、図示しない上部の気水分離器や給水スパージャか
らのダウンカマ流に対する流体抵抗を引下げるようにし
ているが、カバー１２ａと１２ｂの間には熱伸縮吸収の
ため所定の間隙が形成されているため、流体抵抗を十分
に下げることができない。

上記したような応力腐食割れ、ダウンカマ流に対する流
体抵抗の問題を解決するため、第１図。

第２図に示す如き構造の伸縮管継手が提案されている。

すなわち、第１図に示す如く、スリーブ１０の両端近傍
外周に環状の溝１０ａ、　１０ｂを形成し、この溝１０
ａ、　１０ｂ内に環状パッキング１４ａ、　１４ｂを装
着して、フランジ管θａ、　８ｂとスリーブ１０との間
を完全に密閉状態にした構造である。この構造とするこ
とにより、従来構造におけるベローズやカバーが不要と
なり、その結果、溶接部における応力腐食割れを回避で
き、ダウンカマ流に対する流体抵抗を大幅に低減するこ
とができる。また、上記構造の伸縮管継手においては、
スリーブ１０の移動を規制するために、第２図に示す如
く、フランジ管１５ａ、　１５ｂの内径をスリーブ１０
の外径以下に構成してもよい。

上記構造を有する伸縮管継手の各部材は、従来、次のよ
うな素材から形成されていた。それは、環状パッキング
１４ａ、　１４ｂには、耐摩耗性が求められることから
通称ステライトと呼ばれるコ／＜ルトを約５０％含有す
るコバルト基合金が使用され、更に、環状パッキングが
接触して摺動するフランジ管８ａ、　８ｂの内面すなわ
ち環状パッキングとの接触面は上記コバルト基合金が使
用されていた。　　、 しかしながら、上記コバルト基合金は、原子カプラント
内において合金中のコバルトがコバルト８０となり放射
線レベルを上昇せしめるという問題を生じて不都合であ
る。

また、上記構造におけるフランジ管Ｂａ、　８ｂはスリ
ーブ１０とも強く接触するので、各部材に使用される全
屈は耐摩耗性に優れたものでなければならない。

［発明の目的］ 本発明は、上記した問題点を解消し、放射線レベルを上
昇せしめることなく耐摩耗性に優れており、しかも応力
腐食割れを抑制しダウンカマ流に対する流体抵抗を低減
させることのできる伸縮管継手の提供を目的とする。

［発明の概要］ 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、全ての部材に上記コバルト合金を用いずに、パッ
キングに析出硬化型鉄基合金を適用し、かつ、管体（フ
ランジ管）に析出硬化型ニッケル基合金を適用すれば、
放射線レベルの上昇の問題が解決できると同時に耐摩耗
性に優れた伸縮管継手が得られ、またスリーブに析出硬
化型鉄基合金を適用すれば更に優れた効果が得られると
の事実を見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の伸縮管継手は、接続端を対向させて
同軸配置された一対の管体；該一対の管体に摺動自在に
内挿されたスリーブ：該スリーブの両端近傍外周に刻設
された環状凹溝内に装着された環状パッキング；とを具
備する伸縮管継手において、該パッキングが析出硬化型
鉄基合金からなり、該管体の少なくともパフキング又は
スリーブとの摺動表面が析出硬化型ニッケル基合金から
なることを特徴とする。

まず、本発明の伸縮管継手は、第１図、第２図　、に示
すような構造の伸縮管継手におし・て、環状　１．。

パッキング１４ａ、　１４ｂはフランジ管（管体）８ａ
、８ｂｌ０１１□ａ６“６７２“５１°’Ｙ、　７５．
７’；’ｆｆ　　。

８ａ、　８ｂと環状パッキング１４ａ、　１４ｂ、フラ
ンジ管６ａ、　ｆ３ｂとスリーブ１０が恒常的に接触状
態に置かれる構造となっている。

本発明においては、パッキングが析出硬化型鉄　は基合
金から形成されており、管体（フラン、ジ管）ｊ゛′′
ノ少ともパッキング又はスリーブとのｔｍ動表　層面が
析出硬化型ニッケル基合金から形成されている。

争 表面が析出硬化型鉄基合金から形成されているこ　し、
、。

上記フランジ管及びスリーブは、全体が上記合　ｋ′１
：し 金から形成されていてもよいし、本体を例えば　ζ１Ｓ
ＯＳ　３１８などとし、　ＳＵＳ　３１Ｂの表面に上記
合金　；。

を肉盛した構成にしてもよい、；１．。

パッキングとスＩループに適用する析出硬化型鉄　）基
合金は、熱処理により酎摩耗性に必要な硬さが容易に得
られて好適である。

このような合金としては、クロム＋１−１４重量％、ニ
ッケル６〜１０重量％、アルミニウム　０．５〜２．０
重量％、モリブデン　１．５〜３重量％、炭素０　、１
　？、量％以下、残部が実質的に鉄よりなる析出硬化型
鉄基合金・・・・・・・・・（ａ）があげられる。

Ｌ記（ａ）合金における成分限定理由は以下のとおりで
ある。

クロムは耐食性を向上させ、また強度を向上させるため
に有効な元素であって少なくとも１１重量％以上は必要
であるが、多量の含有はフェライトの生成をうながし硬
さの低下をまねくことから１４重礒％以下とする。なお
、望ましくは、１１．５〜１３．５重置％とする。

ニッケルは析出硬化現象を起こさせ、フェライトの生成
を抑制するために有効な元素であって　６重量％以上の
添加は必要であるが、過剰の添加はオーステナイトの生
成をうながすことから１０重量％以下とする。なお、望
ましくは、７．０〜９．０重量％とする。

アルミニウムは析出硬化を起こさせるために有効な元素
であって少なくとも　０．５重量％以上は必要であるが
、過剰の添加は加工性を害することから２重量％以下と
する。なお、望ましくは０．７〜１．５重量％とする。

モリブ、デンは耐食性９強度を向上させるために有効な
元素であって少なくとも　１．５重量％以上は必要であ
るが、多量の含有はフェライトの生成をうながすことら
３重量％以下とする。望ましくは　１．７〜２．５重量
％とする。

炭素は強度を向上させ、フェライトの生成を抑制するた
めに有効な元素であるが、多量の含有は耐食性・延性を
害することがら０゜１重量％以下。

望ましくは０．０５重量％以下とする。

次に、クロムｌθ〜３０重量％、マンガン１０〜３０重
量％、バナジウム０．５〜３．０重量％、炭素０．３重
量％以下、窒素０，２〜１．０重量％、残部が実質的に
鉄よりなる析出硬化型鉄基合金・・・・・・・・・（ｂ
）があげられる。

Ｌ記（ｂ）合金における成分限定理由は以下のとおりで
ある。

クロムは耐食性や強度を向上させるに必要な元素で、少
なくとも１０重量％は必要である。しかし多情の含有は
靭性を劣化させることから３０重量％までとした。

マンガンは強度、加工硬化性、耐摩耗性を向上させるた
めに有効な元素であって１０重量％以上の添加が必要で
あるが、過剰の添加は加工性を害することから３０重量
％までとした。なお望ましくは１５〜２５重量％とする
。

バナジウムは析出物を生成して強度、酎摩耗性を向上さ
せめために有効な元素であり少なくとも０．５重量％は
必要で、望ましくは　１．０重量％以上が良いが、多量
の含有は加工性を害することから　３．０重ｒ％までと
した。

炭素はバナジウムと析出物を生成し強度、耐摩耗性の向
上に有効な元素であるが、多量の含有は耐食性を著しく
害することから　０．３重量％以下）−１７だが望まく
しは０．２重語％以下が良い。

窒素はバナジウムと析出物を生成し強度、＃摩耗性の向
上に必要な元素で、少なくとも０．２重量％は必要で、
望ましくは０．３重量％以上が良いが、多量の含有はピ
ンホールやブローホールの発生など溶製が困難になるこ
とから　１．０重量％までとした。なお望ましくは０．
３〜０．６重量％が良い。

上記した鉄基合金の他に、ＳＯＳ　１３３０ステンレス
、ＳＯＳ　８３１　ステンレス、マルエージング鋼（好
ましくはＣＯを含まないもの）などを好適なものとして
あげられる。

次に、フランジ管に適用される析出硬化型ニッケル基合
金は、析出硬化型鉄基合金と同様に＊摩耗性向上にとっ
て必要な硬さが容−易に得られて好適である。

このような合金としては、まず、炭素０．１重量％以下
、ケイ素　１．０重ｆ％以下、マンガン　１．０重量％
以下、クロム１０〜２５重量％、アルミニウム　０．１
−１．０重量％、チタン　０．１〜２．０重量％。

ニオブ１．５〜６．０重量％、鉄２〜２５重１％、モリ
ブデン２．０〜１０重量％、残部が実質的にニー２ケル
よりなる析出硬化型ニッケル基合金・・・・・・・・・
（Ｃ）があげられる。

上記（ｃ）の合金における成分限定理由は以下のとおり
である。

炭素は合金に固溶し強度を向上させるために必要な元素
で好ましくは０．０２〜０．０６重量％程度添加するが
多量の添加は炭化物が結晶粒界に析出し耐粒界腐食性や
靭性を害するので０．１重量％以下とする。

ケイ素は溶解時に脱酸剤として添加するもので、好まし
くは０．１〜０．６重量％程度含有するが、多量の添加
は靭性や加工性を害するので１．０重量％以下とする。

マンガンは溶解時に脱酸、脱硫剤として添加するもので
好ましくは０．１〜０．５重量％程度含有する。しかし
多量に添加してもその効果が小さくなるので　１．０重
量％以下とする。

クロムは合金の強度や耐食性を向上させる作用をなす元
素で１０〜２５重量％特に１５〜２０重量％の範囲が望
ましい。１０重量％未満では添加効果が少なく、また２
５重量％を超えると加工性を害するので上記範囲に規定
した。

アルミニウムはニッケルと金属間化合物を生成して合金
中に析出し合金の強度を向上させる作用をなす元素であ
る。この場合Ｑ、ｌｌｉ％未満では効果が少なく、また
チタンやニオブの含有量との兼ね合いもあるが１．０重
量％を超えて多量に添加すると加工性が悪くなるので、
０．１〜１．０重置％の範囲が良く特に望ましくは０．
２〜０．７重量％が良い。

チタンもアルミニウムと同様に合金の強度を向上させる
元素で０．１重量％以上望ましくは０．２１ｆＬ量％以
上添加する。しかし多量の添加はアルミニウムとニオブ
との兼ね合いもあるが、加工性が悪くなることから　２
．０重量％とした。

ニオブはアルミニウムやチタンと同様にニッケルと化合
物を生成して合金の耐摩耗性と強度を向上させるのに有
効な元素である。この場合　１．５重量％未満では効果
が十分に得られず、また６、０ｆｆｉｆｆｉ％を超える
とアルミニウムやチタンと同様に加工性を害するのでこ
の範囲とした。

鉄は合金の熱間鍛造性を向上させる作用をなす元素であ
る。この場合２重量％未満の添加では効果が少なく、ま
た２５重量％を超える多量の添加は耐食性が悪くなるの
でこれ以下におさえた。

モリブデンは合金の強度を向上させると共に耐食性を向
上させる作用があり、少なくとも　２．０重量％以上の
添加が必要である。しかし１０重量％を超える多量の添
加は加工性を劣化させるのでこれ以下にする必要がある
。

次に、クロム１５〜４５重量％、ニオブ３〜１５重量％
、モリブデン２０重量％以下、鉄２０重贋％以下。

残部が実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケル基
合金・・・・・・・・・（ｄ）があげられる。

（ｄ）の合金における成分限定理由は以下のとおりであ
る。

クロムは耐食性および合金の素地を強化するために必要
な成分でその添加量が１５重量％未満では効果が不充分
であり、また４５重量％を超えると粗大な初晶α相が過
度に析出し靭性の低下がみられる。

ニオブはニッケルと反応して合金の素地の強化と＃摩耗
性の向上に寄与する成分であるがその場が３重量％未満
では効果が不充分で、また１５重量％を超えると靭性の
低下がみられ材料の機械的強度が損なわれるからである
。

モリブデンは耐食性の向上と合金素地を強化し耐摩耗性
の向上に寄与するものであるが２０重Ｍ％を超えると合
金の靭性低下が見られるからである。

鉄は靭性の向上および素地の強化に寄与するものである
がその含有量が２０重量％を超えると素地の強度が低下
し、その結果合金の機械的強度が損なわれる。

上記Ｎｉ基合金は、ニオブの一部をタンタルで置換して
もよい、またモリブデンの一部をタングステンにＦｉ検
することもできる。さらに溶解時に添加する脱酸、脱窒
剤としてのマンガンやシリコンなどを含んでいても差支
えない、」二記Ｎｉ基合金のはカニ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｎｏ
−３ｉ系Ｎｉ基合金、　Ｘｌ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ系Ｎｉ基
合金などもあげられる。また、前述の如くスリーブの摺
動表面は析出硬化型鉄基合金が好ましいが、前述のＸｌ
−Ｃ：ｒ−Ｎｂ−Ｎｏ−Ｆｅ系のＮｉ基合金。

Ｘｌ−Ｃｒ−Ｂ−３ｉ系のＮｉ基合金　（通称コルモノ
イ）等を用いても良い。

なお、本発明に適用されるＦｅ基合金、Ｎｉ基合金は、
−上記（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）の各合金
や他の上記した合金だけに限定されるものではなく、各
種の析出硬化型Ｆｅ基、Ｎｉ基合金も適用可能である。

本発明の伸縮管継手は、強く接触し合う　２部材間すな
わち、パツキングー７ランジ管、フランジ管−スリーブ
において接触面が異種合金の組合せとなり各部材の摩耗
が抑制される。

表１に具体的な組成を有する合金の組合せ例を示す。

表　　　　１ ［発明の実施例］ 表２に示す合金を用意した。　ＳＵＳ　８３０．　ＳＵ
Ｓ　８３１゜ＳＵＳ　３１６の各ステンレス鋼及びステ
ライト１１６．ステライト韓２５は市収のものを用意し
た。その他の合金は高周波誘導溶解炉を用いて溶解し得
られたインゴットに熱間鍛造を行なった後時効処理して
得た。

後述する実施例で選択した上記合金から環状パッキング
、スリーブに相当する幅３ｍｍ　、長さ５ＩＩ１１の各
社試験片を作製した。そして、上記合金から外径４ｍ＋
＋ａの溶接棒を製造し、ＳＯＳ　３１Ｂステンレス表面
に肉盛溶接したものから１幅７０Ｉｌｌｌ、長さ１００
ｍｍ、厚さｉｏ＋ｓ層の板を製作してフランジ管試験片
とした。

実施例１〜１２ 表３で選択された合金からなる試験片の組合せで、摺動
摩耗幅２ｍｍ、総摺動回数２万回、純水中の条件で摩耗
試験を行なった。そして、各部材の摩耗量を測定してそ
の結果を表３に示した。

また、比較例として、ステライトを使用した場合及びＳ
Ｏ３３１Ｂを使用した場合の摩耗試験を行なった。

表３から明らかなように、パッキング及びスリーブの表
面を析出硬化型鉄基合金とし、フランジ管の表面を析出
硬化型ニッケル基合金とすれば、コバルト基合金と同様
に耐摩耗性に優れた伸縮管継手が得られる。

また、上記摩耗試験の後、フランジ管相当部材の摩耗面
を顕微鏡で観察した結果、実施例で用いられた各合金の
表面は、従来材のステライト合金と同様に摩耗痕がわず
かしか認められなかった。

それに対して、比較例２のように、ＳＯ３３１８をフラ
ンジ管相当材とスリーブ相当部材の両部材に適用して摩
耗試験を行なった結果は、摩耗量も多く表面の摩耗痕も
大きかった。

次に１表４に示す合金の組合せで、第１図に示す如き構
造の伸縮管継手を製作した。この場合、フランジ’ｆｆ
５ａの内径を１５４ｍｍとして実規模の伸縮管継手とし
た。また、比較例４として、第４図に示すようなベロー
ズ１１．カバー１２ａ、　＋２ｂを有スる実規模の伸縮
管継手を製作した。

次いで、これらの実規模伸縮管継手の中に圧力１ｋｇ／
−と４　ｋｇ／ｃｍの水を入れ、その時の水のもれ量を
測定した。また、これらの状態でフランジ管の一方を他
方に対し２０■垂直方向に変位させ曲げた状態にした時
の水のもれ量を測定した。その結果を表４に示した０表
４から明らかなように本発明にかかる伸縮管継手は従来
の伸縮管継手に比べてはるかに水のもれ量が少ない。

［発明の効果］ 以上、実施例から明らかなように、本発明の伸縮管継手
は、放射線レベルを上昇せしめることなく耐摩耗性に優
れて、しかも応力腐食割れを抑制しダウンカマ流に対す
る流体抵抗を低減させることができて、その工業的価値
は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の伸縮管継手の構成例を示
す断面図、第３図は原子炉内における伸縮管継手の配置
を示す図、第４図は従来の伸縮管継手を示す断面図であ
る。 ６ａ、　８ｂ：　フランジ管 １４ａ、　１４ｂ：環状パッキング １０：スリーブ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接続端を対向させて同軸配置された一対の管体； 該一対の管体に摺動自在に内挿されたスリーブ； 該スリーブの両端近傍外周に刻設された環状凹溝内に装
   着された環状パッキング；とを具備する伸縮管継手にお
   いて、 該パッキングが析出硬化型鉄基合金からなり、該管体の
   少なくともパッキング又はスリーブとの摺動表面が析出
   硬化型ニッケル基合金からなることを特徴とする伸縮管
   継手。 ２、該スリーブの少なくともパッキングまたは管体との
   摺動表面が析出硬化型鉄基合金からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手。 ３、該パッキングがクロム１１〜１４重量％、ニッケル
   ６〜１０重量％、アルミニウム０．５〜２．０重量％、
   モリブデン１．５〜３重量％、炭素０．１重量％以下、
   残部が実質的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる
   特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手。 ４、該パッキングが、クロム１０〜３０重量％、マンガ
   ン１０〜３０重量％、バナジウム０．５〜３．０重量％
   、炭素０．３重量％以下、窒素０．２〜１．０重量％、
   残部が実質的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる
   特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手。 ５、該パッキングがＳＵＳ６３０ステンレス鋼もしくは
   ＳＵＳ６３１ステンレス鋼からなる特許請求の範囲第１
   項記載の伸縮管継手。 ６、該管体の少なくともスリーブ又はパッキングとの摺
   動表面が、炭素０．１重量％以下、ケイ素１．０重量％
   以下、マンガン１．０重量％以下、クロム１０〜２５重
   量％、アルミニウム０．１〜１．０重量％、チタン０．
   １〜２．０重量％、ニオブ１．５〜６．０重量％、鉄２
   〜２５重量％、モリブデン２．０〜１０重量％、残部が
   実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケル基合金か
   らなる特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手。 ７、該スリーブの少なくともパッキング又はスリーブと
   の摺動表面がクロム１５〜４５重量％、ニオブ３〜１５
   重量％、モリブデン２０重量％以下、鉄２０重量％以下
   、残部が実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケル
   基合金からなる特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手
   。 ８、該スリーブの少なくともパッキング又は管体との摺
   動表面がクロム１１〜１４重量％、ニッケル６〜１０重
   量％、アルミニウム０．５〜２．０重量％、モリブデン
   １．５〜３重量％、炭素０．１重量％以下、残部が実質
   的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる特許請求の
   範囲第１項記載の伸縮管継手。 ９、該スリーブの少なくともパッキング又は管体との摺
   動表面がクロム１０〜３０重量％、マンガン１０〜３０
   重量％、バナジウム０．５〜３．０重量％、炭素０．３
   重量％以下、窒素０．２〜１．０重量％、残部が実質的
   に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる特許請求の範
   囲第１項記載の伸縮管継手。