JPWO2012001882A1 - 蒸気発生器用伝熱管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「蒸気発生器用伝熱管」:原子力や火力発電設備における蒸気発生器等に用いられる小径長尺の伝熱管を指す。特に、原子力発電用の蒸気発生器伝熱管を、ここでは、SG(steam generator)管とも略記する。
(1)冷間加工工程で管を所定の寸法に仕上げる、
(2)固溶化熱処理工程で管の残留応力を除去するとともに、管の組織を均一化する、
(3)固溶化熱処理工程で残留応力により発生する管に曲りおよび楕円を、矯正工程でロール矯正機を用いて矯正する。
(1)被加工材である管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、潤滑油を増圧機により昇圧する、
(2)昇圧された潤滑油が管と高圧容器の開放端に密着するダイスおよび加工位置で固定されたプラグの間に潤滑油膜を形成する、
(3)形成された潤滑油膜により管の内外面を強制潤滑した状態で、管を引き抜いて工具により所定の寸法に仕上げる。
η=(1/R)×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)、オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。
η=1/R×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。
(1)40MPa以上の高圧潤滑油を用いて管に冷間引抜加工を施すことから、冷間引抜加工後であって矯正前における管内面の長手方向の寸法変動量を低減できる。
(2)少なくとも5対の鼓形矯正ロールを設けたスタンド距離が300mm以下のロール矯正機を用い、少なくとも連続する3対の矯正ロールによりηを0.9×10−3以上かつオフセット量を5mm以下にして、管を矯正する。これにより、矯正により管内面の長手方向の寸法変動量が増加するのを低減できる。
(3)本発明の蒸気発生器用伝熱管の製造方法は、上記(1)および(2)により、管内面の長手方向の寸法変動量が4μm以下で、かつ管端から1000mm位置までの曲り量が1mm以下である管を製造することができる。
本発明の蒸気発生器用伝熱管は、管内面の表面粗さを長手方向に測定し、測定された粗さ曲線から抜き取った50mmの範囲における寸法変動量が4μm以下で、かつ管端から1000mm位置までの曲り量が1mm以下であることを特徴とする。
本発明の蒸気発生器用伝熱管の製造方法は、40MPa以上の高圧潤滑油を用いて冷間引抜加工を施され、固溶化熱処理された管を、回転軸の方向が互いに交差する状態で上下方向に対向配置した少なくとも5対の鼓形矯正ロールを設けたスタンド距離が300mm以下のロール矯正機を用いて矯正するに際し、前記ロール矯正機の少なくとも連続する3対の上下矯正ロールの交差位置での管軸心に相当する3位置で形成され、下記(1)式で規定されるηが0.9×10−3以上で、かつ5mm以下のオフセット量を管に付与することを特徴とする。
η=1/R×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。
本発明の蒸気発生器用伝熱管およびその製造方法では、管の化学組成を、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:10.0〜40.0%、Ni:8.0〜80.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下、Al:0.5%以下およびN:0.20%以下を含有し、残部がFeおよび不純物とするのが好ましい。
Cは、0.15%を超えて含有させると、耐応力腐食割れ性が劣化するおそれがある。したがって、Cを含有させる場合には、その含有量を0.15%以下にするのが好ましく、さらに好ましいのは、0.06%以下である。なお、Cは、合金の粒界強度を高める効果を有する。この効果を得るためには、Cの含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Siは製錬時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。このとき、1.00%以下に制限するのが好ましい。その含有量が0.50%を超えると合金の清浄度が低下することがあるため、Si含有量は0.50%以下に制限するのがさらに好ましい。
Mnは、不純物元素であるSをMnSとして固定し、熱間加工性を改善すると共に、脱酸剤として有効な元素である。その含有量が2.0%を超えると合金の清浄性を低下させるので、2.0%以下とするのが好ましい。さらに好ましいのは1.0%以下である。また、Mnによる熱間加工性の改善効果を得たい場合は0.1%以上含有させるのが好ましい。
Pは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が0.030%を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、P含有量は0.030%以下に制限するのが好ましい。
Sは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が0.030%を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、S含有量は0.030%以下に制限するのが好ましい。
Crは、合金の耐食性を維持するのに必要な元素であり、10.0%以上含有させるのが好ましい。しかし、40.0%を超えると相対的にNi含有量が少なくなり、合金の耐食性や熱間加工性が低下するおそれがある。したがって、Crの含有量は10.0〜40.0%が好ましい。特に、Crを14.0〜17.0%含有する場合には、塩化物を含む環境での耐食性に優れ、Crを27.0〜31.0%含有する場合には、さらに、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる。
Niは、合金の耐食性を確保するために必要な元素であり、8.0%以上含有させるのが好ましい。一方、Niは高価であるため、用途に応じて必要最小限含有させれば良く、80.0%以下とするのが好ましい。
Tiは、その含有量が0.5%を超えると、合金の清浄性を劣化させるおそれがあるので、その含有量は0.5%以下とするのが好ましく、さらに好ましいのは0.4%以下である。ただし、合金の加工性向上および溶接時における粒成長の抑制の観点からは、0.1%以上の含有させることが好ましい。
Cuは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が0.6%を超えると合金の耐食性が低下することがある。したがって、Cu含有量は0.6%以下に制限するのが好ましい。
Alは製鋼時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。残存したAlは、合金中で酸化物系介在物となり、合金の清浄度を劣化させ、合金の耐食性および機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Al含有量は0.5%以下に制限するのが好ましい。
Nは、添加しなくてもよいが、本発明が対象とする合金中には、通常、0.01%程度のNが不純物として含有されている。しかし、Nを積極的に添加すれば、耐食性を劣化させることなく、強度を高めることができる。ただし、0.20%を超えて含有させると耐食性が低下するので、含有させる場合の上限は0.20%とするのが好ましい。
管を所定の寸法に仕上げる冷間加工工程と、固溶化熱処理工程と、管の曲りおよび楕円を矯正するロール矯正機による矯正工程とにより管を得た。冷間加工工程では、ピルガー圧延または圧力が120MPaの高圧潤滑油を用いた引抜加工(高圧抽伸)により管を所定の寸法に仕上げた。矯正工程では、3対の矯正ロールを備える(2−2−2−1)型矯正機または5対の矯正ロールを備える(2−2−2−2−2)型矯正機を用いた。
管の化学組成:
材質 ASME SB−163 UNS N06690のNi基合金
質量%でC:0.021%、Si:0.33%、Mn:0.27%、
P:0.013%、S:0.0002%、Cr:29.4%、
Fe:9.8%、Ti:0.25%、Cu:0.03%および
Al:0.11%を含有し、残部がNiおよび不純物からなるNi基合金
固溶化熱処理:1100℃で3分間保持
各試験で、冷間加工後であって矯正前、および矯正後の管における内面の寸法変動量を計測した。また、矯正後の管について、渦流探傷によりS/N比を計測するとともに、曲り状況を評価した。さらに、曲り状況、矯正後における管内面の長手方向の寸法変動およびS/N比の結果に基づき、総合評価を行った。
○:管端から1000mm位置までの曲り量が1mm以下となり、曲りの矯正が良好であることを示す。
×:上記曲り量が1mmを超え、曲りの矯正が不十分であることを示す。
○:矯正後における曲り状況の評価が○、管内面の長手方向の寸法変動量が4μm以下かつS/N比が50以上であることを示す。
×:矯正後における曲り状況の評価が○、管内面の長手方向の寸法変動量が4μm以下およびS/N比が50以上の条件のうち、いずれかの条件を満たさないことを示す。
表1または表2に示すとおり、比較例である試験No.1〜5、11〜14および22〜25では、冷間加工工程をピルガー圧延とし、矯正前における管内面の長手方向の寸法変動量がいずれも4μmを超えた。このため、試験No.1〜5、11〜14および22〜25では、矯正機が備える矯正ロール対の数やスタンド間隔、オフセット量、ηの値といった矯正条件にかかわらず、いずれの試験でも矯正後における管内面の長手方向の寸法変動量が4μmを超え、総合評価が×となった。
(1)40MPa以上の高圧潤滑油を用いて冷間引抜加工を管に施すことから、冷間引抜加工後であって矯正前における管内面の長手方向の寸法変動量を低減できる。
(2)少なくとも5対の鼓形矯正ロールを設けたスタンド距離が300mm以下のロール矯正機を用い、少なくとも連続する3対の矯正ロールによりηを0.9×10−3以上かつオフセット量を5mm以下にして、管を矯正する。これにより、矯正により管内面の長手方向の寸法変動量が増加するのを低減できる。
(3)本発明の蒸気発生器用伝熱管の製造方法は、上記(1)および(2)により、管内面の長手方向の寸法変動量が4μm以下で、かつ管端から1000mm位置までの曲り量が1mm以下である管を製造することができる。
η=1/R×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。
η=1/R×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。
Claims (6)
- 管内面の表面粗さを長手方向に測定し、測定された粗さ曲線から抜き取った50mmの範囲における寸法変動量が4μm以下で、かつ管端から1000mm位置までの曲り量が1mm以下であることを特徴とする蒸気発生器用伝熱管。
- 請求項1に記載の管であって、40MPa以上の高圧潤滑油を用いて引抜加工を行う冷間加工工程と、固溶化熱処理工程と、ロール矯正機による矯正工程とを含む工程により製造されたことを特徴とする蒸気発生器用伝熱管。
- 前記ロール矯正機が、回転軸の方向が互いに交差する状態で上下方向に対向配置した少なくとも5対の鼓形矯正ロールを用いたロール矯正機であることを特徴とする請求項2に記載の蒸気発生器用伝熱管。
- 前記管の化学組成が、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:10.0〜40.0%、Ni:8.0〜80.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下、Al:0.5%以下およびN:0.20%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の蒸気発生器用伝熱管。
- 40MPa以上の高圧潤滑油を用いて冷間引抜加工を施され、固溶化熱処理された管を、回転軸の方向が互いに交差する状態で上下方向に対向配置した少なくとも5対の鼓形矯正ロールを設けたスタンド距離が300mm以下のロール矯正機を用いて矯正するに際し、
前記ロール矯正機の少なくとも連続する3対の上下矯正ロールの交差位置での管軸心に相当する3位置で形成され、下記(1)式で規定されるηが0.9×10−3以上で、かつ5mm以下のオフセット量を管に付与することを特徴とする蒸気発生器用伝熱管の製造方法。
η=1/R×(d/2) ・・・(1)
ただし、管外径をd(mm)、ロール矯正機のスタンド距離をL(mm)オフセット量をδ(mm)とした場合に、R=(δ2+L2)/2δの関係とする。 - 前記管の化学組成が、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:10.0〜40.0%、Ni:8.0〜80.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下、Al:0.5%以下およびN:0.20%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生器用伝熱管の製造方法。
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