(57)【要約】【課題】時効硬化型合金を熱処理によって得る際に、少なくとも局所的に時効処理の進度を制御し、後の加工処理に伴う過時効を抑制する。【解決手段】時効処理中に合金の少なくとも一部における処理温度を変化させて、前記合金の時効処理の進度を制御する。【選択図】図１
2010001540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時効硬化型合金の熱処理方法であって、
時効処理中に前記合金の少なくとも一部における処理温度を変化させて、前記合金の時効処理の進度を制御することを特徴とする、時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項２】
前記合金の前記時効処理の進度が遅い部分に対して、追加の熱処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項３】
前記追加の熱処理が溶接処理であることを特徴とする、請求項２に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項４】
前記合金の前記時効処理の進度は、前記合金の前記少なくとも一部に冷媒又は熱源を接触させて制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項５】
前記合金は、析出硬化型ニッケル基合金であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項６】
前記合金は、ＪＩＳ  Ｇ  ７６０５に定めるＮＷ７２６３、ＮＷ７０９０、ＮＷ７７５７、ＮＷ７７１８及びＮＷ７０８０からなる群より選ばれる一種であることを特徴とする、請求項５に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項７】
前記時効処理の処理温度を、熱酸化被膜の形成温度と一致させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の時効硬化型合金の熱処理方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一に記載の熱処理を経て得た時効硬化型合金を含むことを特徴とする、原子炉内構造物。
【請求項９】
時効硬化型合金の熱処理装置であって、
前記合金に対して時効硬化処理を行うための熱処理炉と、
前記合金の少なくとも一部に接触させ、その時効処理の進度を制御するための処理温度制御手段と、
を具えることを特徴とする、時効硬化型合金の熱処理装置。
【請求項１０】
前記処理温度制御手段は、冷媒又は熱源であることを特徴とする、請求項９に記載の時効硬化型合金の熱処理装置。
【請求項１１】
前記合金の前記処理時間をモニタリングする温度センサを具えることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の時効硬化型合金の熱処理装置。
【請求項１２】
前記合金は、析出硬化型ニッケル基合金であることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の時効硬化型合金の熱処理装置。
【請求項１３】
前記合金は、ＪＩＳ  Ｇ  ７６０５に定めるＮＷ７２６３、ＮＷ７０９０、ＮＷ７７５７、ＮＷ７７１８及びＮＷ７０８０からなる群より選ばれる一種であることを特徴とする、請求項１２に記載の時効硬化型合金の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に原子力発電プラントの構造材等として好適に用いることのできる時効硬化型合金の熱処理方法、その熱処理方法を経て得た原子炉内構造物、並びにその熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
析出硬化型合金は、均一な結晶系の相を有する合金に対して熱処理を行い、前記結晶系の相から新たな相を析出させて、複数の結晶系の相が混在するようにして作製する。このように複数の結晶系の相が混在することによって、得られた合金、すなわち析出硬化型合金は、変形に対して高い抗力を呈するようになるため、高い機械強度を呈するようになる。このため、原子力発電プラントの構造材等として好適に使用することができる。
【０００３】
しかしながら、上述した熱処理の時間が長時間化してしまうと、過時効となって新たに析出した結晶系の相が肥大してしまい、前記析出硬化型合金の機械強度が劣化してしまう原因となっていた。
【０００４】
上述のような過時効は、特に所定の析出硬化型合金を得た後に、再度前記合金に対して熱処理を伴うような加工処理を行う場合に顕著に発現する。例えば、前記析出硬化型合金を含む構造材に対して溶接処理を行う場合は、前記溶接処理に伴う再度の加熱処理によって時効処理が進行してしまい、上述した過時効を生ぜしめる場合がある。さらに、前記析出硬化型合金を含む構造材に酸化被膜を形成して耐腐食性を付与する場合において、前記酸化被膜を形成する際の熱処理によって上述した過時効が生じてしまう場合がある。
【０００５】
酸化被膜を形成する際の過時効を抑制するために、特許文献１では、時効処理と同時に酸化被膜を形成して、上述した過時効を抑制することが開示されている。また、特許文献２では、過時効が生じないような比較的低い温度で酸化被膜を形成することが開示されている。
【特許文献１】特開平０３−３６２５５号
【特許文献２】特開平０５−２７３３７３号
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術は、酸化被膜形成時の過時効を抑制する技術が開示されているのみであって、その他の過時効誘発要因、例えば溶接処理に伴って生じる過時効を抑制することについては何ら言及していない。また、上述した技術においても、例えば特許文献２に記載の技術では、処理温度が低いために十分に高い耐腐食性を呈するような酸化被膜が得られていないのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、時効硬化型合金を熱処理によって得る際に、少なくとも局所的に時効処理の進度を制御し、後の加工処理に伴う過時効を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、時効硬化型合金の熱処理方法であって、
時効処理中に前記合金の少なくとも一部における処理温度を変化させて、前記合金の時効処理の進度を制御することを特徴とする、時効硬化型合金の熱処理方法に関する。
【０００９】
また、本発明の一態様は、時効硬化型合金の熱処理装置であって、前記合金に対して時効硬化処理を行うための熱処理炉と、前記合金の少なくとも一部に接触させ、その時効処理の進度を制御するための処理温度制御手段と、を具えることを特徴とする、時効硬化型合金の熱処理装置に関する。
【００１０】
上記態様によれば、時効硬化型合金を熱処理によって得る際に、処理温度制御手段を用い、この処理温度制御手段を処理中の合金の少なくとも一部に接触させ、かかる部分の時効処理進度を制御するようにしている。したがって、前記処理温度制御手段として冷媒又は熱源を用いれば、前記合金の前記少なくとも一部を冷却又は加熱して時効処理進度を遅くすることができる。
【００１１】
したがって、得られた時効硬化型合金の前記時効処理速度の遅い部分に対して、例えば溶接処理を施しても、前記部分は時効処理が十分に進行していないので、前記溶接処理における加熱処理によっても過時効となることがない。また、前記部分は前記溶接処理に基づく前記加熱処理によって時効処理を完了することになる。結果として、得られた時効硬化型合金は、上述のような溶接処理をした後でも過時効となることがなく、さらに当初予定した時効処理を全体に亘って行うことができるようになるので、前記溶接処理の後においても、前記時効硬化型合金は当初予定したとおりの機械強度を呈することができるようになる。
【００１２】
なお、前記合金の前記少なくとも一部を冷却又は加熱して時効処理進度を遅くすることができるのは、時効硬化型合金における相変態の処理温度と処理時間との特殊な関係に起因するものである。
【００１３】
本発明の一例においては、前記時効処理の処理温度を、熱酸化被膜の形成温度と一致させることができる。これによって、時効硬化型合金を熱処理によって得る際に、併せて酸化被膜の形成も行うことができるので、前記時効硬化型合金に対して前記酸化被膜を形成して耐腐食性を付与することが要求される場合の、全体の処理時間を短縮化することができる。
【００１４】
また、本発明の一例においては、前記合金の前記処理時間を温度センサでモニタリングすることができる。この場合、モニタリング結果を適宜フィードバックさせることによって、上述した時効処理の進度を適切に調整することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、時効硬化型合金を熱処理によって得る際に、少なくとも局所的に時効処理の進度を制御し、後の加工処理に伴う過時効を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細、並びに特徴、利点について、実施形態に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の時効硬化型合金の熱処理装置の一例を示す概略構成図であり、図２は、時効処理の進度を説明するための等温線図（ＴＴＴ線図）である。
【００１８】
図１に示すように、本例における熱処理装置１０は、断面が略円形状であって長さ方向に延在してなる熱処理炉１１と、熱処理炉１１の側壁１１Ａに対して断熱部材１３を介して固定された一対の温度制御部材１２が設けられている。また、一対の温度制御部材１２間には時効処理を行うべき合金材１６が固定配置されている。なお、熱処理炉１１内は、不活性ガス雰囲気あるいは真空状態に保持されている。また、単に大気中雰囲気とすることもできる。
【００１９】
温度制御部材１２は、熱伝導性に優れる材料、例えば金、銀、銅、アルミニウム、ＳＵＳなどの金属部材から構成することができる。
【００２０】
温度制御部材１２を冷却部材として使用する場合は、温度冷却部材１２の端部を熱処理炉１１内から外部に露出させた際に、大気中に放置することによって放熱させ、前記冷却部材としての機能を奏するようにすることもできる。またさらには、温度制御部材１２の熱処理炉１１内から外部に露出させた端部を適当な冷媒に接触させることによって前記冷却部材としての機能を奏することができる。
【００２１】
なお、前記冷媒としては液体の他、ガス等を用いることができる。
【００２２】
今、熱処理炉１１内の温度をＴ１とし、温度冷却部材１２の温度をＴ２とする。この場合、合金材１６の中央部１６Ａは温度Ｔ１に加熱される一方、合金材１６の、温度制御部材１２と接触する端部１６Ｂは温度Ｔ２に加熱される。
【００２３】
この場合、図２から明らかなように、温度Ｔ１においては、時効処理に開始から比較的早い時間ｔ１が経過した後に相変態、すなわち均一な結晶系の相から新たな相が析出してくるのに対し、温度Ｔ２においては時効処理の開始から比較的長い処理時間ｔ２が経過した後に相変態が開始するようになる。したがって、時効処理を時間ｔ４で終了させたとすると、温度Ｔ１で時効処理を行った場合は上述した相変態が完了するが、温度Ｔ２で時効処理を行った場合は上述した相変態が未だ完了していないことになる。
【００２４】
すなわち、合金材１６において、その中央部１６Ａでは時効処理が進行して完了し、目的とする時効硬化型合金となっているのに対し、端部１６Ｂでは時効処理の進度が遅く未完了となっている。
【００２５】
したがって、かかる状態の合金材１６を熱処理炉１１から取り出し、合金材１６の端部１６Ｂに対して溶接等の加工処理を行っても、端部１６Ｂは時効処理が十分に進行していないので、前記溶接等における加熱処理によって再度熱処理を実施しても、過時効となることがない。さらには、前記溶接等に基づく前記加熱処理によって時効処理を完了することができるようになる。
【００２６】
結果として、得られた時効硬化型合金は、上述のような溶接等を実施した後でも過時効となることがなく、さらに当初予定した時効処理を全体に亘って行うことができるようになる。したがって、溶接等の追加の加工処理を施しても、過時効を生じることのない、設計どおりの時効硬化型合金を得ることができるようになる。
【００２７】
温度制御部材１２を熱源として使用する場合は、温度冷却部材１２の端部を熱源に接続する。前記熱源としては、液体や気体等の加熱媒体を用いることもできるが、より簡単には抵抗加熱ヒータ等を用いる。
【００２８】
今、熱処理炉１１内の温度をＴ１とし、温度冷却部材１２の温度をＴ３とする。この場合、合金材１６の中央部１６Ａは温度Ｔ１に加熱される一方、合金材１６の、温度制御部材１２と接触する端部１６Ｂは温度Ｔ３に加熱される。
【００２９】
この場合、図２から明らかなように、温度Ｔ１においては、時効処理について開始から比較的早い時間ｔ１が経過した後に相変態、すなわち均一な結晶系の相から新たな相が析出してくるのに対し、温度Ｔ３においては時効処理の開始から比較的長い処理時間ｔ３が経過した後に相変態が開始するようになる。したがって、時効処理を時間ｔ４で終了させたとすると、温度Ｔ１で時効処理を行った場合は上述した相変態が完了するが、温度Ｔ３で時効処理を行った場合は上述した相変態が未だ完了していないことになる。
【００３０】
すなわち、合金材１６において、その中央部１６Ａでは時効処理が進行して完了し、目的とする時効硬化型合金となっているのに対し、端部１６Ｂでは時効処理の進度が遅く未完了となっている。
【００３１】
したがって、この場合においても、合金材１６を熱処理炉１１から取り出し、合金材１６の端部１６Ｂに対して溶接等の加工処理を行っても、端部１６Ｂは時効処理が十分に進行していないので、前記溶接等における加熱処理によって再度熱処理を実施しても、過時効となることがない。さらには、前記溶接等に基づく前記加熱処理によって時効処理を完了することができるようになる。
【００３２】
結果として、得られた時効硬化型合金は、上述のような溶接等を実施した後でも過時効となることがなく、さらに当初予定した時効処理を全体に亘って行うことができるようになる。したがって、溶接等の追加の加工処理を施しても、過時効を生じることのない、設計どおりの時効硬化型合金を得ることができるようになる。
【００３３】
なお、温度冷却部材１２を冷却部材として用いるか熱源として用いるかは、合金材１６の種類や処理温度などに依存して決定する。
【００３４】
また、特に図示しないが、合金材１６に接触させて、あるいは離隔させて温度センサを設け、合金材１６の温度を適宜モニタリングすることもできる。この場合、モニタリング結果を適宜フィードバックすることができるので、合金材１６に対する上述した時効処理の進度を適切に調整することができるようになる。
【００３５】
なお、上述した熱処理方法は任意の時効硬化型合金に対して用いることができるが、特には、析出硬化型ニッケル基合金の製造に際して好ましく用いることができる。具体的には、ＪＩＳ  Ｇ  ７６０５に定めるＮＷ７２６３、ＮＷ７０９０、ＮＷ７７５７、ＮＷ７７１８及びＮＷ７０８０からなる群より選ばれる一種の製造に際して好ましく用いることができる。
【００３６】
なお、上述した時効処理と同時に、得ようとする時効硬化型合金に対する酸化被膜の形成をも行うことができる。例えば、時効処理を温度Ｔ１及びＴ２で行う場合、温度Ｔ２が前記酸化被膜の形成に対して適する場合は、温度Ｔ２で熱酸化処理を時効処理と同時に行う。この場合、熱処理炉１１内は例えば大気中雰囲気とする。
【００３７】
また、温度Ｔ１が前記酸化被膜の形成に対して適する場合は、温度Ｔ１で熱酸化処理を時効処理と同時に行う。この場合も、熱処理炉１１内は例えば大気中雰囲気とする。但し、酸化被膜の形成に際し、温度Ｔ２の場合は合金材１６の端部１６Ｂにのみ酸化被膜が形成され、温度Ｔ１の場合は合金材１６の中央部１６Ａにのみ酸化被膜が形成されるようになる。
【００３８】
いずれの場合においても、上記酸化被膜の形成を時効処理と同時に行うことができるので、得ようとする時効硬化型合金に対して前記酸化被膜を形成して耐腐食性を付与することが要求される場合の、全体の処理時間を短縮化することができる。
【００３９】
図３は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）２０を示し、ＲＰＶ２０内にはシュラウド２１（上部胴２１ａ，中間胴２１ｂ，下部胴２１ｃ），シュラウドサポートシリンダ２３、上部格子板２４、炉心支持板２５、ジェットポンプ２６、シュラウドサポートレグ２７、シュラウドサポートプレート２８、燃料支持金具２９、ドライヤ３０、シュラウドヘッド３１、制御棒（ＣＲ）３２、制御棒（ＣＲ）案内管３３、炉心スプレー配管３４、給水スプレー配管３５、差圧検出配管(ΔＰ)３６、ホウ酸水注入管（ＳＬＣ）３７等の原子炉内構造物が据え付けられている。
【００４０】
図４は、シュラウド２１と炉心支持板２５、及び上部格子板２４のＲＰＶ２０に対する据付状況を示した図で、シュラウド２１は、据付部材であるシュラウドサポートシリンダ２３を介してＲＰＶ２０内に溶接により取り付けられている。
【００４１】
シュラウド２１の内側には燃料集合体３８を挿荷するための上部格子板２４と炉心支持板２５が組み込まれ、これにより燃料集合体３８は上下方向から支持されている。シュラウド２１の下端と同径の円筒形シュラウドサポートシリンダ２３の上端とは溶接で連結されている。また、シュラウドサポートシリンダ２３の下端とシュラウドサポートレグ２７の上端とは溶接により接続され、シュラウドサポートレグ２７の下端は溶接で、ＲＰＶ２０と接続されている。
【００４２】
このようにシュラウド２１は溶接部を介してＲＰＶ２０と不離一体となっている。そして、シュラウド２１の外側とＲＰＶ２０の間にはジェットポンプ２６がシュラウドサポートプレート２８に溶接で接続され、シュラウドサポートプレート２８はＲＰＶ２０に溶接で接続されている。なお、参照数字３９は、原子炉の緊急停止時に制御棒３２を高速で挿入するためのＣＲＤ４０を収納する、ＲＰＶ２０底部に設けられたＣＲＤハウジングである。
【００４３】
上述のようにして得た時効硬化型合金は、図３及び図４に示すような原子炉内構造物、特にシュラウドサポートレグ２７等のシュラウド内構造物に対して用いることができる。
【００４４】
なお、シュラウドサポートシリンダ２３及びＣＲＤハウジング３９などの曲面を有する部材に対しても用いることができる。このような曲面を有する部材を前記時効硬化型合金で構成し、その曲面に対する時効処理の進度を制御する場合は、前述のような曲面部材を図１に示すような温度制御部材ではなく、液体あるいは気体を直接曲面の所定箇所に接触させることによって行う。
【００４５】
例えば、図１と同一部品には同一の符合を付した図５に示すように、熱処理炉１１内に複数の開口部が設けられたガス管１８を配設し、ガス管１８から所定の冷却ガスあるいは加熱ガスを合金材１６に対して局所的に吹き付けることによって、合金材１６の温度を制御し、時効処理の進度を制御するようにすることができる。
【００４６】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の時効硬化型合金の熱処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】時効処理の進度を説明するための等温線図（ＴＴＴ線図）である。
【図３】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の概略構成を示す図である。
【図４】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）のシュラウドを拡大して示す図である。
【図５】本発明の時効硬化型合金の熱処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  時効硬化型合金の熱処理装置
１１  熱処理炉
１２  温度制御部材
１３  断熱部材
１６  合金材
１８  ガス管
【図１】
2010001540.tif 000003
【図２】
2010001540.tif 000004
【図３】
2010001540.tif 000005
【図４】
2010001540.tif 000006
【図５】
2010001540.tif 000007