(57)【要約】【課題】  ＩＨＳＩを既に一度施工した後に、二度目の施工を行う。【解決手段】  低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部２と同質の試験体を用い、この試験体を所定温度と所定時間で種々加熱した後、これら試験体の脆化状態を示すシャルピー値をそれぞれ計測して、所定の各加熱温度における各加熱時間のシャルピー値を基に、脆化曲線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を所定の各加熱温度ごとに求め、他方、所定の各加熱温度で各加熱時間加熱したときの各シャルピー値とそれらの加熱前の初期シャルピー値とのシャルピー比を求め、これらシャルピー比のうち許容できるシャルピー比の領域を基に、許容シャルピー比曲線Ｌ７を求め、上記脆化曲線Ｌ１２と上記許容シャルピー比曲線Ｌ７とから、上記高周波誘導コイル３での加熱温度と上限加熱時間を決定する。【選択図】  図２２
2006124801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、その溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、且つ上記配管内を水冷しながら上記高周波誘導コイルに高周波電流を流して上記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法を行う際の、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定する加熱条件の評価方法において、
上記溶接継手部と同質の試験体を用い、この試験体を所定温度と所定時間で種々加熱した後、これら試験体の脆化状態を示すシャルピー値をそれぞれ計測して、所定の各加熱温度における各加熱時間のシャルピー値を基に、脆化曲線を所定の各加熱温度ごとに求め、他方、所定の各加熱温度で各加熱時間加熱したときの各シャルピー値とそれらの加熱前の初期シャルピー値とのシャルピー比を求め、これらシャルピー比のうち許容できるシャルピー比の領域を基に、許容シャルピー比曲線を求め、上記脆化曲線と上記許容シャルピー比曲線とから、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法。
【請求項２】
上記各加熱時間ごとに、上記脆化曲線より脆化が許容できるシャルピー値以上となる加熱時間を求めると共に、上記許容シャルピー比曲線より靱性の低下が許容できるシャルピー比以上となる加熱時間を求め、両方の条件を満たす加熱時間を上記各加熱時間における上限加熱時間とする請求項１記載の高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法。
【請求項３】
脆化が許容できる上記シャルピー値を１００Ｊとし、靱性の低下が許容されるシャルピー比を略７５％とした請求項２記載の高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法。
【請求項４】
低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、その溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、且つ上記配管内を水冷しながら上記高周波誘導コイルに高周波電流を流して上記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法を一度施工した後に再度施工する場合において、
上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定すべく、上記溶接継手部と同質の試験体を用い、この試験体を所定温度と所定時間で種々加熱した後、これら試験体の脆化状態を示すシャルピー値をそれぞれ計測して、所定の各加熱温度における各加熱時間のシャルピー値を基に、脆化曲線を所定の各加熱温度ごとに求め、他方、所定の各加熱温度で各加熱時間加熱したときの各シャルピー値とそれらの加熱前の初期シャルピー値とのシャルピー比を求め、これらシャルピー比のうち許容できるシャルピー比の領域を基に、許容シャルピー比曲線を求め、上記脆化曲線と上記許容シャルピー比曲線とから、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定し、上記高周波誘導加熱残留応力改善法の一度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間と、二度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間との和が、上記上限加熱時間を超えないように加熱することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法。
【請求項５】
上記各加熱時間ごとに、上記脆化曲線より脆化が許容できるシャルピー値以上となる加熱時間を求めると共に、上記許容シャルピー比曲線より靱性の低下が許容できるシャルピー比以上となる加熱時間を求め、両方の条件を満たす加熱時間を上記各加熱時間における上限加熱時間とする請求項４記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法。
【請求項６】
脆化が許容できる上記シャルピー値を１００Ｊとし、靱性の低下が許容されるシャルピー比を略７５％とした請求項５記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法。
【請求項７】
上記一度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間は、通常の加熱３回分の時間を加熱に要した最大の加熱時間として算出され、この最大の加熱時間と、上記二度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間との和が、上記上限加熱時間を超えないように加熱する請求項４から６いずれかに記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善するための高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法及び高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおけるＰＬ高周波誘導加熱残留応力改善法のＲ系配管は、オーステナイト系ステンレス鋼にて構成されている。オーステナイト系ステンレス鋼製の配管継手部の溶接においては、継手部内面に残留引張応力が残り、応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking−以下、ＳＣＣと称する）が発生することがある。
【０００３】
そこで、原子力プラントにおいては、ＳＣＣを防止するために、高周波誘導加熱残留応力改善法（Induction Heating Stress Improvement−ＩＨＳＩ）が利用されている。この高周波誘導加熱残留応力改善法は、溶接継手部の配管の内面に生じた残留引張応力を除去するために、溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、配管内に冷却水を流しながら、高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部及びその近傍を加熱し、応力改善に必要な内外面温度差を発生させた後、溶接継手部を常温に戻すことにより、配管内面に残る残留引張応力を低減するようにしている。なお、管内の冷却水は、流れのない停滞水であっても同様の作用を得ることができる。
【０００４】
この高周波誘導加熱残留応力改善法では、非特許文献１に示されているように、溶接部近傍内面（溶接中心から１０ｍｍの位置）での残留引張応力が９８ＭＰａ以下になるように改善することが従来より要求されていた。
【０００５】
しかしながら、ＳＣＣ対策として、上記の条件で残留応力を改善しても、未だＳＣＣの発生を完全になくすことができないことが判明した。すなわち、従来の高周波誘導加熱残留応力改善法においては、デポ部近傍内面の残留応力が９８ＭＰａ以下であればよいとされていたが、実際には、溶接材部（デポ部）と母材部との境界に引張応力が作用し、これがＳＣＣを発生させる原因となる可能性があることが判明した。
【０００６】
そこで、本発明者等は、溶接継手部のデポ部と母材部との境界に残る残留応力に着目し、その境界での残留応力が、少なくとも引張応力ではなく圧縮応力となる、すなわちデポ部と母材部の境界で残留引張応力を０ＭＰａ以下とすることができる高周波誘導加熱残留応力改善法を創作して出願した（特願２００４−２７０３３４号、特願２００４−２７０３９５号）。
【０００７】
ところで、高周波誘導加熱残留応力改善法では、高周波誘導コイルでの加熱温度の上限は従来より５５０℃と定められていた。これは、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化を防止するために定められていた。
【０００８】
しかし、ＳＵＳ３０４（ＬＣ）やＳＵＳ３１６（ＬＣ）等の低炭素量材（炭素量０．０３％以下（本発明では母材は０．０２％以下、溶金部は０．０３％以下））のオーステナイト系ステンレス鋼では、６５０℃で加熱して高周波誘導加熱残留応力改善法を施工しても、一回の加熱時間が１０分程度と短く、オーステナイト系ステンレス鋼が鋭敏化しないので、加熱温度上限を６５０℃とすることができる。
【０００９】
一方、高周波誘導コイルでの加熱温度上限を６５０℃とした場合、加熱時間の上限は、オーステナイト系ステンレス鋼の脆化の観点より、３０分程度と考えられていた。これは、３０分以上加熱すると、オーステナイト系ステンレス鋼に脆化が起こり、好ましくないと考えられていたからである。
【００１０】
【非特許文献１】飯田他、「高周波誘導加熱による応力緩和法に関する指針（ＳＣＣ対策工法）ＴＮＳ−Ｇ２８０４−１９８５」、社団法人火力原子力発電技術協会、原子力発電技術委員会、ｐ．５−２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、高周波誘導加熱残留応力改善法を上述した従来の施工条件（溶接中心から１０ｍｍの位置での残留引張応力を９８ＭＰａ以下にする）で既に一度施工している場合、さらに溶接継手部の残留応力改善を行うために、新たな施工条件（溶接材部（デポ部）と母材部の境界で残留引張応力を０ＭＰａ以下とする）で、高周波誘導加熱残留応力改善法を再度施工することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、新たな施工条件では、上限加熱温度が６５０℃となるため、上述のように、加熱時間の上限が３０分程度であるが、この加熱時間は一度目の施工時の加熱時間と、二度目の施工時の加熱時間との和で、考えなければならず、加熱時間が３０分を超えてしまう場合があり、二度目の施工ができないことがあるといった問題があった。
【００１３】
これは、溶接継手部の一回の加熱に要する時間は１０分程度であるものの、例えば加熱中に配管の温度を測る熱電対が外れたりした場合、温度状態を計測できなくなるため、加熱を最初から行わなければならず、全体としての加熱時間が増加してしまうことがあるためである。
【００１４】
そこで、本発明者等は、従来の上限加熱時間は、定性的に脆化が起こるために定められている点に着目し、高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱がどのくらいの時間まで可能かを定量的に評価する評価方法と、この評価方法で得られた値に基づく施工方法を案出することで、本発明を為すに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記問題を解決するために、請求項１の発明は、低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、その溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、且つ上記配管内を水冷しながら上記高周波誘導コイルに高周波電流を流して上記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法を行う際の、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定する加熱条件の評価方法において、上記溶接継手部と同質の試験体を用い、この試験体を所定温度と所定時間で種々加熱した後、これら試験体の脆化状態を示すシャルピー値をそれぞれ計測して、所定の各加熱温度における各加熱時間のシャルピー値を基に、所定の各加熱温度ごとに脆化曲線を求め、他方、所定の各加熱温度で各加熱時間加熱したときの各シャルピー値とそれらの加熱前の初期シャルピー値とのシャルピー比を求め、これらシャルピー比のうち許容できるシャルピー比の領域を基に、許容シャルピー比曲線を求め、上記脆化曲線と上記許容シャルピー比曲線とから、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、上記各加熱時間ごとに、上記脆化曲線より脆化が許容できるシャルピー値以上となる加熱時間を求めると共に、上記許容シャルピー比曲線より靱性の低下が許容できるシャルピー比以上となる加熱時間を求め、両方の条件を満たす加熱時間を上記各加熱時間における上限加熱時間とする請求項１記載の高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、脆化が許容できる上記シャルピー値を１００Ｊとし、靱性の低下が許容されるシャルピー比を略７５％とした請求項２記載の高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱条件の評価方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、その溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、且つ上記配管内を水冷しながら上記高周波誘導コイルに高周波電流を流して上記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法を一度施工した後に再度施工する場合において、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定すべく、上記溶接継手部と同質の試験体を用い、この試験体を所定温度と所定時間で種々加熱した後、これら試験体の脆化状態を示すシャルピー値をそれぞれ計測して、所定の各加熱温度における各加熱時間のシャルピー値を基に、脆化曲線を所定の各加熱温度ごとに求め、他方、所定の各加熱温度で各加熱時間加熱したときの各シャルピー値とそれらの加熱前の初期シャルピー値とのシャルピー比を求め、これらシャルピー比のうち許容できるシャルピー比の領域を基に、許容シャルピー比曲線を求め、上記脆化曲線と上記許容シャルピー比曲線とから、上記高周波誘導コイルでの加熱温度と上限加熱時間を決定し、上記高周波誘導加熱残留応力改善法の一度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間と、二度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間との和が、上記上限加熱時間を超えないように加熱することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、上記各加熱時間ごとに、上記脆化曲線より脆化が許容できるシャルピー値以上となる加熱時間を求めると共に、上記許容シャルピー比曲線より靱性の低下が許容できるシャルピー比以上となる加熱時間を求め、両方の条件を満たす加熱時間を上記各加熱時間における上限加熱時間とする請求項４記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法である。
【００２０】
請求項６の発明は、脆化が許容できる上記シャルピー値を１００Ｊとし、靱性の低下が許容されるシャルピー比を略７５％とした請求項５記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法である。
【００２１】
請求項７の発明は、上記一度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間は、通常の加熱３回分の時間を加熱に要した最大の加熱時間として算出され、この最大の加熱時間と、上記二度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間との和が、上記上限加熱時間を超えないように加熱する請求項４から６いずれかに記載の高周波誘導加熱残留応力改善法の施工方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高周波誘導加熱残留応力改善法における上限加熱時間を長く設定することができるので、繰り返しの加熱が可能となると共に、一度高周波誘導加熱残留応力改善法を施工した溶接継手部に、再度の施工が可能となるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）は、既設原子力発電所のオーステナイト系ステンレス鋼製配管のＳＣＣ対策工法の一つとして開発されており、溶接線近傍内面熱影響部における残留引張応力を改善する工法である。
【００２４】
高周波誘導加熱残留応力改善法は、まず、図１に示すように、配管１の溶接継手部２の外周に溶接継手部２を中心に高周波誘導コイル３を配置する。或いは溶接継手部２近傍の配管１表面にプラグ等の突起物（図示せず）が形成されている場合には、図２に示すように、高周波誘導コイル３を配管１の溶接継手部２の外周に、コイル端から継手部２の中心までの距離であるコイルかぶり代ｄが所定の値になるようにオフセット配置する。
【００２５】
そして、上記配管１内を水冷しながら（例えば、配管１内に冷却水を流したり、その配管１内に冷却水を満たすようにしてもよい）高周波誘導コイル３に高周波加熱電源４から高周波電流を流して継手部２を加熱し、配管１の厚さ方向に大きな温度差を発生させる。このとき、配管１の加熱部の外面５では圧縮の降伏が生じ、内面６では引張りの降伏が生じる。なお、図１では、高周波誘導コイル３は、一体的な模式図で示したが、導線を複数周巻き付けて構成されている。
【００２６】
次に加熱を停止すると、配管１の内外面５，６の温度差はなくなり、配管１の外面５の圧縮降伏した所では引張りの残留応力が残り、配管１の内面６の引張降伏した所では圧縮の残留応力が生じる。
【００２７】
高周波誘導加熱残留応力改善法は、上述の原理を溶接継手部２に適用して、配管１の内面の残留引張応力を軽減或いは圧縮側にするものである。
【００２８】
従来の改善要求は、上述したように、溶接中心から１０ｍｍの位置で、残留引張応力が９８ＭＰａ以下とすることであった。
【００２９】
この場合の基本条件として、高周波誘導コイルを配置するコイル幅Ｌ（ｍｍ）で、且つ配管の内外面温度差ΔＴとすると、以下の（１）式及び（２）式の条件を満たせばよいことが非特許文献１に規定されていた。なお、この場合の高周波誘導コイルは、溶接継手部を中心として配置されている。
【００３０】
【数１】
2006124801.tif 000003
【００３１】
【数２】
2006124801.tif 000004
【００３２】
ここで、（１）式により求めた配管の内外面温度差ΔＴに基づいて、１．０ΔＴ、１．３ΔＴ、１．６ΔＴ、１．９ΔＴの四種それぞれに２．０√（Ｒｔ）、２．５√（Ｒｔ）、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の条件で、配管内面の溶接中心から１０ｍｍの位置の残留引張応力を解析して、上記要求を満たすことができるコイル幅（コイル長さ）及び配管の内外面温度差を算出した。これによって、図３に示すように、上記従来の要求を満たすための基準は、内外面温度差が１．０ΔＴ以上で、コイル幅が２．７√（Ｒｔ）以上であることが導き出される。
【００３３】
ここで、ΔＴは（１）式より２７０℃（ν＝０．３、Ｅ＝１９５０００、α＝１５．１４×１０-6、σy＝２８５）となり、必要な内外面温度差１．０ΔＴは、２７０℃となる。配管内の冷却水が約５０℃であるので、加熱温度は、３２０℃あればよく、従来の加熱温度上限（５５０℃）を超えることはない。
【００３４】
しかし、上記の条件で残留応力を改善しても、溶接中心から１０ｍｍの位置で残留応力が９８ＭＰａ以下となるように改善できるものの、この値では、溶接継手部に引張応力が残存する可能性があるため、溶接材部（デポ部）と母材部との境界に引張応力が作用し、残留応力低減の程度が低い可能性があることが判明した。
【００３５】
また、例えばＳＵＳ３０４（ＬＣ）やＳＵＳ３１６（ＬＣ）等の低炭素量材（炭素量０．０３％以下）のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＣＣ対策材）では、溶接材部近傍でＳＣＣが発生する知見が得られた。これは、溶接による残留応力が溶接材部と母材部との境界で高くなるためであることを見出した。
【００３６】
そこで、本発明者等は、応力改善の評価点をデポ部と母材部との境界とし、残留応力を少なくとも引張応力ではなく圧縮応力となる、すなわち０ＭＰａ以下とすることを条件とした。
【００３７】
まず、高周波誘導コイル３を溶接継手部２を中心に配置した場合について解析する。
【００３８】
（１）式により求めた配管の内外面温度差ΔＴに基づいて、１．０ΔＴ、１．３ΔＴ、１．６ΔＴ、１．９ΔＴの四種それぞれに、２．０√（Ｒｔ）、２．５√（Ｒｔ）、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の条件で、溶接材部（デポ部）７と母材部８との境界の残留応力を解析して算出した（図３参照）。
【００３９】
一方、コイル幅Ｌが、３．０√（Ｒｔ）、３．２√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の四種のコイルについて、内外面温度差ΔＴ0と、溶接材部（デポ部）７と母材部８との境界の残留応力との関係を解析した（図４参照）。
【００４０】
これらの解析における配管溶接は、図５に示す通常の開先形状で行われている。図示するように、配管１の内面６側には２ｍｍ角のリップが形成され、内面６から１９ｍｍの位置までは開先角度が略３０°になるように形成されている。内面６より１９ｍｍ以上離れた位置では、開先角度は略１０°となっている。隣接する配管１のリップ間にはインサートリング（図示せず）が設けられている。また、高周波誘導コイル３は、溶接継手部２を中心に所定幅で配置されている。
【００４１】
図３及び図４の解析結果より、配管１の内外面温度差ΔＴ0が高いほど引張の残留応力は小さく、圧縮側へと移行し、コイル幅（コイル長さ）Ｌが長いほど、引張の残留応力は小さくなることが判った。
【００４２】
そして、図４のグラフより、引張の残留応力が０ＭＰａ以下になる内外面温度差ΔＴ0は、３．０√（Ｒｔ）のとき４４５℃（＝１．６３ΔＴ（ΔＴ＝２７３℃））以上であり、３．５√（Ｒｔ）のとき４１５℃（＝１．５２ΔＴ）以上であり、４．０√（Ｒｔ）のとき４００℃（＝１．４７ΔＴ）以上であることを見出した。
【００４３】
これらの結果と図４のグラフより、配管１の溶接継手部２の
（１）内外面温度差ΔＴ0が１．７ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．０√（Ｒｔ）以上であること、
（２）内外面温度差ΔＴ0が１．６ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．５√（Ｒｔ）以上であること、
（３）内外面温度差ΔＴ0が１．５ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが４．０√（Ｒｔ）以上であること、
を、通常の開先形状でコイルを中心配置した場合に、上記条件を満たすための新たな基準とした。
【００４４】
すなわち、高周波誘導加熱残留応力改善法において、溶接材部（デポ部）７と母材部８との境界の残留引張応力を０ＭＰａ以下とすべく、配管１の溶接継手部２の内外面温度差をΔＴ0、高周波誘導コイルを配置するコイル幅をＬとし、
【００４５】
【数３】
2006124801.tif 000005
【００４６】
【数４】
2006124801.tif 000006
【００４７】
としたとき、定数Ａが１．７以上となるように配管の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ定数Ｋが３．０以上となるようにコイル幅を設定して高周波誘導加熱する。
【００４８】
また、上記定数Ａが１．６以上となるように配管の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ上記定数Ｋが３．５以上となるようにコイル幅を設定して高周波誘導加熱するようにしてもよい。
【００４９】
さらに、上記定数Ａが１．５以上となるように配管の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ上記定数Ｋが４．０以上となるようにコイル幅を設定して高周波誘導加熱するようにしてもよい。
【００５０】
ところで、配管１の加熱温度上限は、配管１が鋭敏化する温度を超えない温度とする。最高加熱温度は、ステンレス鋼材の種類に応じて決まる。例えば、ＳＵＳ３０４では、５５０℃であるが、この場合ΔＴは下記の（１）式より２７３℃（ν＝０．３、Ｅ＝１９５０００、α＝１５．１４×１０-6、σy＝２８８）となり、１．７ΔＴは、４６４．１℃となる。冷却水が略５０℃であるので、加熱温度は、５１４．１℃あればよく、最高加熱温度を超えることはない。よって、１．６ΔＴ及び１．５ΔＴについても、加熱温度が最高加熱温度を超えることはない。
【００５１】
【数５】
2006124801.tif 000007
【００５２】
次に、高周波誘導コイル３の中心と溶接継手部２の中心が一致させられない（オフセット配置）場合について解析する。
【００５３】
コイル幅Ｌが、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の三種のコイルについて、内外面温度差ΔＴ0と、溶接材部（デポ部）７と母材部８との境界の残留応力との関係を解析した（図６参照）。
【００５４】
この解析における配管溶接は、図５に示す通常の開先形状で行われている。高周波誘導コイル３は、そのコイル端から継手部２中心までの距離であるコイルかぶり代がｄとなるように配置されている。かぶり代ｄは、下記の（５）式で表される。
【００５５】
【数６】
2006124801.tif 000008
【００５６】
図６においては、定数Ｋ’を１．０として、かぶり代ｄを設定し、解析を行っている。
【００５７】
さらに、この解析では、接続される配管１の厚さについても着目した。一方の配管１の溶接継手部２近傍の厚さをｔとし、他方の配管１の溶接継手部２近傍の厚さを定数Ｂ×ｔとし、定数Ｂ＝１．０（配管１の厚さｔが等しい）となる溶接部２の他に、定数Ｂ＝１．５となる溶接部２’（図６参照）についても解析を行った。
【００５８】
図６の解析結果より、定数Ｂ＝１．０及び定数Ｂ＝１．５両方の場合で、配管１の内外面温度差が高いほど引張の残留応力は小さく、圧縮側へと移行することが判った。
【００５９】
そして、図６のグラフより、引張の残留応力が０ＭＰａ以下になる内外面温度差ΔＴ0は、定数Ｂ＝１．０の場合には、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の全てのコイルで、４７０℃（＝１．７２ΔＴ）以上であることを見出した。一方、定数Ｂ＝１．５の場合には、引張の残留応力が０ＭＰａ以下になる内外面温度差ΔＴ0は、３８０℃（＝１．３９ΔＴ）以上であることを見出した。
【００６０】
以上の結果より、
（１）定数Ｂ＝１．０の場合（接続する配管１の継手部２近傍の厚さが等しい場合）には、コイルかぶり代ｄ＝１．０√（Ｒｔ）以上で、配管１の溶接継手部２の内外面温度差ΔＴ0が１．８ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．０√（Ｒｔ）以上であることを、
（２）定数Ｂ＝１．５の場合には、コイルかぶり代ｄ＝１．０√（Ｒｔ）以上で、配管１の溶接継手部２の内外面温度差ΔＴ0が１．４ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．０√（Ｒｔ）以上であることを、
通常の開先形状でコイルをオフセット配置した場合に、上記条件を満たすための新たな基準とした。
【００６１】
ところで、配管１の最高加熱温度は、例えば、ＳＵＳ３０４では、５５０℃であるが、この場合ΔＴは（３）式より２７３℃となり、１．８ΔＴは、４９１．４℃となる。冷却水が略５０℃であるので、加熱温度は、５４１．４℃あればよく、最高加熱温度を超えることはない。これと同様に、１．４ΔＴについても、加熱温度が最高加熱温度を超えることはない。
【００６２】
次に、定数Ｋ’を０．５として、かぶり代ｄを設定して、解析を行った。配管１の厚さが定数Ｂ＝１．０（配管１の厚さｔが等しい）となる溶接部２と、定数Ｂ＝２．０となる溶接部２’’（図７参照）について、解析を行った。
【００６３】
その他の条件は、図６と同様で、コイル幅Ｌが、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の三種のコイルについて、内外面温度差ΔＴ0と、溶接材部（デポ部）７と母材部８との境界の残留応力との関係を解析した。
【００６４】
図７の解析結果より、定数Ｂ＝１．０及び定数Ｂ＝２．０両方の場合で、配管１の内外面温度差が高いほど引張の残留応力は小さく、圧縮側へと移行することが判った。
【００６５】
そして、図７のグラフより、引張の残留応力が０ＭＰａ以下になる内外面温度差ΔＴ0は、定数Ｂ＝１．０の場合には、３．０√（Ｒｔ）、３．５√（Ｒｔ）、４．０√（Ｒｔ）の全てのコイルで、５２５℃（＝１．９２ΔＴ）以上であることを見出した。なお、この値はグラフの測定値に基づいて（外挿）算出している。一方、定数Ｂ＝２．０の場合には、引張の残留応力が０ＭＰａ以下になる内外面温度差ΔＴ0は、４３５°（＝１．５９ΔＴ）以上であることを見出した。
【００６６】
以上の結果より、
（１）定数Ｂ＝１．０の場合（接続する配管１の継手部２近傍の厚さが等しい場合）には、コイルかぶり代ｄ＝０．５√（Ｒｔ）以上で、配管１の溶接継手部２の内外面温度差ΔＴ0が２．０ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．０√（Ｒｔ）以上であることを、
（２）定数Ｂ＝２．０の場合には、コイルかぶり代ｄ＝０．５√（Ｒｔ）以上で、配管１の溶接継手部２の内外面温度差ΔＴ0が１．６ΔＴ以上で、コイル幅Ｌが３．０√（Ｒｔ）以上であることを、
通常の開先形状でコイルをオフセット配置した場合に、上記条件を満たすための新たな基準とした。
【００６７】
すなわち、高周波誘導加熱残留応力改善法において、一方の配管１の溶接継手部２近傍の厚さをｔとし、他方の配管１の溶接継手部２の厚さを定数Ｂ×ｔとした場合の溶接材部７と母材部８との境界の残留引張応力を０ＭＰａ以下とすべく、配管１の溶接継手部２の内外面温度差をΔＴ0、高周波誘導コイル３を配置するコイル幅をＬとし、
【００６８】
【数７】
2006124801.tif 000009
【００６９】
【数８】
2006124801.tif 000010
【００７０】
【数９】
2006124801.tif 000011
【００７１】
としたとき、定数Ｂが１．０の場合に、定数Ａが１．８以上となるように配管１の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ定数Ｋが３．０以上となるようにコイル幅Ｌを設定し、定数Ｋ’が１．０以上となるようにコイルかぶり代ｄを設定して高周波誘導加熱する。
【００７２】
そして、上記定数Ｂが１．５の場合に、上記定数Ａが１．４以上となるように配管１の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ上記定数Ｋが３．０以上となるようにコイル幅Ｌを設定し、上記定数Ｋ’が１．０以上となるようにコイルかぶり代ｄを設定して高周波誘導加熱するようにしてもよい。
【００７３】
また、上記定数Ｂが１．０の場合に、上記定数Ａが２．０以上となるように配管の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ上記定数Ｋが３．０以上となるようにコイル幅Ｌを設定し、上記定数Ｋ’が０．５以上となるようにコイルかぶり代ｄを設定して高周波誘導加熱するようにしてもよい。
【００７４】
さらに、上記定数Ｂが２．０の場合に、上記定数Ａが１．６以上となるように配管の内外面に温度差ΔＴ0を与え、且つ上記定数Ｋが３．０以上となるようにコイル幅Ｌを設定し、上記定数Ｋ’が０．５以上となるようにコイルかぶり代ｄを設定して高周波誘導加熱するようにしてもよい。
【００７５】
この場合ΔＴは（１）式より２７３℃となり、２．０ΔＴは、５４６℃となる。冷却水が略５０℃であるので、加熱温度は、５９６℃となり、５５０℃を越えてしまう。
【００７６】
ところで、配管１の上限加熱温度は、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６では、材料が鋭敏化を起こさないように、５５０℃である。図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、５５０℃では、１０時間を超える加熱を施しても鋭敏化は起こらない。なお、図８及び図９は各種ステンレス鋼における鋭敏化温度と鋭敏化時間との関係を示したグラフである。図８及び図９中、○は鋭敏化が起こっていない領域を示し、●は鋭敏化が起こった領域を示す。
【００７７】
一方、ＳＵＳ３０４（ＬＣ）やＳＵＳ３１６（ＬＣ）等の低炭素量材では、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、６５０℃で３時間加熱しても鋭敏化は起こらない。特に、ＳＵＳ３０４（ＬＣ）では、６５０℃で１０時間加熱しても鋭敏化は起こらない。
【００７８】
高周波誘導加熱残留応力改善法に要する一回の加熱時間は１０分程度と短いので、６５０℃で短時間加熱しても鋭敏化は起こらない。よって、加熱温度上限を６５０℃とすることができる。
【００７９】
ここで、高周波誘導コイルでの加熱温度上限を６５０℃とした場合、加熱時間の上限は、オーステナイト系ステンレス鋼の脆化の観点より、３０分程度と考えられている。これは、３０分以上加熱すると、オーステナイト系ステンレス鋼に鋭敏化は起こらないものの、定性的に脆化が起こり、好ましくないと考えられているからである。
【００８０】
しかし、上限加熱時間が３０分程度だと、既に高周波誘導加熱残留応力改善法を一度施工している溶接継手部に再度施工すると、加熱時間の総和が３０分を超えてしまう場合があり、二度目の施工ができないことがある。
【００８１】
これは、溶接継手部の一回の加熱に要する時間は１０分程度であるものの、例えば加熱中に配管の温度を測る熱電対が外れたりした場合、温度状態を計測できなくなるため、加熱を最初から行わなければならず、全体としての加熱時間が増加してしまうことがあるためである。
【００８２】
そこで、本発明者等は、従来の上限加熱時間は、定性的に脆化が起こるために３０分と定められている点に着目し、高周波誘導加熱残留応力改善法における加熱がどのくらいの時間まで可能かを定量的に評価する評価方法と、この評価方法で得られた値に基づく施工方法を案出することで、本発明を為すに至った。
【００８３】
すなわち、加熱時間の評価を行うに際して、加熱されるオーステナイト系ステンレス鋼に鋭敏化が起こらず、且つ脆化が起こっても配管の強度として問題ない程度であることを条件とした。
【００８４】
上述したように、鋭敏化については図８（ｂ）より、６５０℃で加熱した場合、ＳＵＳ３１６（ＬＣ）では、３時間加熱しても鋭敏化は起こらない。ＳＵＳ３０４（ＬＣ）では、図９（ｂ）より６５０℃で１０時間加熱しても鋭敏化は起こらないことが判っている。これによって、上限加熱時間が３時間であれば、オーステナイト系ステンレス鋼の低炭素量材は鋭敏化しないことが判る。
【００８５】
これより以下、材料の脆化に対する検討について説明する。
【００８６】
脆化については、４７５℃脆化、Ｇ相の析出及びσ相の析出について検討する。
【００８７】
４７５℃脆化は、高クロム鋼（クロム量１６％以上）に発生し、４００℃〜６００℃、特に４７５℃で長時間加熱するか、この温度域を徐冷すると著しく脆くなることをいう。Ｇ相はフェライト相内での金属間化合物を示し、このＧ相を析出すると材料が脆くなる。σ相はステンレス鋼を高温使用するときに発生する硬くて脆い金属間化合物であり、フェライトが多いと多く析出され、このσ相を析出すると材料が脆くなる。
【００８８】
４７５℃脆化についての知見では、δ＋γの２相状態にあるステンレス鋼に４７５℃近傍の熱処理を加えることで、δ（フェライト）が分解され、クロムリッチなα’が生成される。これが４７５℃脆化となる。さらに、このときＧ相と呼ばれる析出物（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ含有）がフェライト相内に確認される。これによって、フェライト相が硬化し、２相ステンレス鋼が脆化した状態となる。
【００８９】
ところで、４７５℃脆化したステンレス鋼は、６００℃で熱処理（焼きなまし）すると、図１０に示すように、α’による脆化分（４７５℃脆化）がキャンセルされ、図中Ａにて示すように、殆どもとの硬さ（靱性値）に戻る。これは、熱処理中に生成されたα’は、５５０℃以上の短時間熱処理で再固溶するためである。なお、図１０において、冷却後のステンレス鋼の硬さが若干硬くなっているが、これは、α’の生成と同時に発生したＧ相の寄与分と考えられる。
【００９０】
４７５℃脆化については、５５０℃以上の加熱でキャンセルされるため、加熱温度上限が５５０℃の場合には、ＩＨＳＩの冷却過程のうちの５５０℃以下の部分についてのα’の影響を考慮することとした。これは、４７５℃脆化のキャンセル後の冷却過程で、ステンレス鋼が４７５℃付近を通過するため、ここで、再度４７５℃脆化が起こるためである。
【００９１】
そこで、α’が析出される加熱時間−加熱温度とＩＨＳＩの冷却過程とを比較する。
【００９２】
α’の析出開始若しくはα’による材料脆化の評価指標として、以下の３点を検討した。
【００９３】
（１）スピノーダル分解によるモトル組織観察点
（２）δ相内の硬さＨｖ３００到達点
（３）１／２シャルピー吸収エネルギー到達点（シャルピー比５０％）
図１１は、α’析出の熱処理時間と熱処理温度との関係を示したグラフである。ここで、図１１中、曲線Ｌ１は（２）のδ相内の硬さＨｖ３００到達点を示し、曲線Ｌ２は（１）のα’析出点（第一観察時）を示し、曲線Ｌ３は（１）のα’析出点（第二観察時）を示し、曲線Ｌ４は（３）のシャルピー１５０Ｊ（５０％）到達点を示す。
【００９４】
図示するように、（１）〜（３）のうち最も短時間側に出てくるのは、（２）のδ相内の硬さＨｖ３００到達点（Ｌ６）である。よってこれを、より安全側の評価として、ＩＨＳＩの冷却曲線と比較し、α’析出を評価した。すなわち、δ相内の硬さＨｖ３００到達点をα’析出開始点として、ＩＨＳＩの冷却過程で、４７５℃脆化が起こるかどうかを評価した。
【００９５】
図１１中、曲線Ｌ５はＩＨＳＩの冷却曲線を示し、破線Ｌ６はα’析出開始曲線を示す。ここでのＩＨＳＩの冷却曲線は、板厚が４０ｍｍで、ＩＨＳＩが施される配管のうち板厚が比較的厚く冷却に時間がかかるステンレス鋼でのデータを用いている。これによって、４７５℃付近の温度が長くなり、より安全側の評価が得られる。
【００９６】
図１１に示すように、ＩＨＳＩの冷却曲線Ｌ５によれば、５００℃から４７５℃まで冷却するのに０．００３時間であるが、α’析出開始曲線Ｌ６によれば、４７５℃加熱で０．４時間でα’が析出されることが判る。
【００９７】
以上の結果より、板厚が厚く冷却に時間がかかるステンレス鋼であっても、ＩＨＳＩの冷却曲線は、α’析出開始の１／１００以下の領域を通過しており、殆ど４７５℃脆化は起こらないと推測される。
【００９８】
また、複数のＩＨＳＩ施工を施しても、施工の度に５５０℃以上に加熱されるので、α’による脆化分（４７５℃脆化）はキャンセルされ、全く問題はない。
【００９９】
次にＧ相の析出についての評価を行う。
【０１００】
ここで、加熱温度が６５０℃の場合のＩＨＳＩの熱履歴を考えると、図１２に示すように、一回の加熱での６５０℃到達領域は加熱時間全体の３０％程度である。一回の加熱に要する時間は１０分〜２０分（Ｍａｘ）であり、これを熱電対の落下等による再加熱を考慮して最大三回加熱するとしても、ＩＨＳＩ一回の施工における加熱時間は、最大でも０．５〜１時間程度である。よって、ＩＨＳＩ施工を二回行ったとしても、加熱時間は１〜２時間程度となり、そのうちの６５０℃到達領域は、１８〜３６分となり１時間を超えることはない。
【０１０１】
図１３に加熱温度ごとの加熱時間に対するフェライト相の硬さ変化を示す。図１３に示すように、加熱温度が４００℃から６５０℃へと高くなるに連れて、Ｇ相析出の加熱時間が短くなり、硬さが減少することが予想される。加熱温度を６５０℃とした場合は、加熱時間が１時間のとき、フェライト相の硬さは、Ｈｖ約６０となる。
【０１０２】
このように、オーステナイト系ステンレス鋼を６５０℃で１時間加熱した場合、定性的には脆化が起こるが、定量的に見ればその脆化は非常に少なく、無視できる程度であると考えられる。
【０１０３】
ところで、δ＋γの２相状態にある鋳造ステンレス鋼の脆化に関しては、加熱温度を６５０℃とした場合、Ｇ相の他にσ相の析出も考慮しなければならない。特に、加熱温度が５００℃〜７００℃範囲で、高温になればなるほどＧ相及びσ相の析出時間は短縮される。
【０１０４】
そこで、ＩＨＳＩの最高加熱温度である６５０℃において、種々の時間熱処理を行い、シャルピー衝撃試験を実施し、Ｇ相及びσ相の析出が材料特性に与える影響を検討した。
【０１０５】
シャルピー衝撃試験の検討材料について説明する。ここで用いた材料は脆化に対して弱いとされている鋳造ステンレス鋼とした。溶接部の金属としてＳＣＳ１６Ａを用い、溶接金属としてＹ３１６及びＹ３０８Ｌを用いた。Ｙ３１６は、母材がＳＵＳ３１６（ＬＣ）のときの溶接材として用いられ、Ｙ３０８Ｌは母材がＳＵＳ３０４（ＬＣ）のときの溶接材として用いられる。
【０１０６】
図１４に上記材料の成分表を示す。図１４に示すように、ＳＣＳ１６Ａは、炭素量（Ｃ量）が０．０２％であり低炭素量材料である。さらに、Ｙ３１６は炭素量が０．０１１％で、Ｙ３０８Ｌは炭素量が０．０１５％であり低炭素量材料である。
【０１０７】
図１５にステンレス鋼のシェフラー組織図を示す。シェフラー組織図は、ステンレス鋼溶接金属の溶接されたままの組織と化学成分（等価Ｎｉと等価Ｃｒ量）との関係を示す図である。図中、Ａはオーステナイト領域、Ｆはフェライト領域、Ｍはマルテンサイト領域、Ａ＋Ｆはオーステナイトとフェライトの混合相を示し、グラフの右側の数字は、フェライトの含有率を示す。図示するように、Ｙ３１６及びＹ３０８Ｌは、共にＡ＋Ｆの領域に位置し、フェライトの含有率略１０％となっている。ＳＣＳ１６Ａは、Ａ＋Ｆの領域に位置し、フェライトの含有率略２０％となっている。
【０１０８】
上記材料を用いて、実機と同様工程・形状の継手の試験体を作成して切り出した後、６５０℃で１０分〜１００時間の加熱処理を行った。これと同時に、比較用として６００℃及び７５０℃でも１０分〜１００時間の加熱処理を行った。その後、各材料ごとにシャルピー衝撃試験（シャルピーＶノッチ試験）と溶接継手部の組織観察を行った。
【０１０９】
まず、ＳＣＳ１６Ａについての試験結果を説明する。図１６はＳＣＳ１６Ａ溶接部境界（溶接線部）の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）での加熱時間とシャルピー衝撃試験の破壊に要した吸収エネルギー（以下、シャルピー値と称する）との関係を示したグラフを示し、図１７はＳＣＳ１６Ａ熱影響部（溶接線付近のＨＡＺ部）の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフを示す。ここで示される各加熱時間におけるシャルピー値は、溶接線部及び母材部（ＨＡＺ）で複数計測した値の平均値を示す。そして、図１６のグラフ上に、各加熱温度ごとに各加熱時間での脆化状態を示すシャルピー値を結んで脆化曲線Ｌ１１（６００℃）、Ｌ１２（６５０℃）、Ｌ１３（７５０℃）を示し、図１７のグラフ上に、各加熱温度ごとに各加熱時間でのシャルピー値を結んで脆化曲線Ｌ１４（６００℃）、Ｌ１５（６５０℃）、Ｌ１６（７５０℃）を示す。
【０１１０】
ここで、配管の材料強度として必要とされるシャルピー値は一般に５０Ｊであるが、ここでは裕度を考慮して、１００Ｊを条件とし、これを脆化が許容できるシャルピー値とした。
【０１１１】
図１６及び図１７に示すように、ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界、ＳＣＳ１６Ａ熱影響部共に、加熱温度が高くなるほど、また加熱時間が長くなるほど、シャルピー値が低下する傾向が得られ、脆化が大きくなっていることが判る。そして、ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界、ＳＣＳ１６Ａ熱影響部共に、脆化曲線Ｌ１２、Ｌ１５より、６５０℃で３時間、加熱処理を行った場合、シャルピー値は１００Ｊ以上であり、配管の材料として必要な強度を有していることが判った。
【０１１２】
図１８はＳＣＳ１６Ａ溶接部境界（溶接線部）の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）における各加熱時間での加熱処理後のシャルピー値の加熱処理前の初期シャルピー値に対する比（以下、シャルピー比と称する）を示したグラフを示し、図１９はＳＣＳ１６Ａ熱影響部（溶接線付近のＨＡＺ部）の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）、各加熱時間におけるシャルピー比を示したグラフを示す。図１８及び図１９中に示すグラフ中の数値は、シャルピー比を表したものである。また、図中、○はシャルピー比が７５％よりも高い領域を示し、△はシャルピー比が５０％よりも高く７５％以下の領域を示し、●はシャルピー比が５０％以下の領域を示す。
【０１１３】
ここで、シャルピー比を問題とするのは、ＩＨＳＩ施工の本質として、必要なシャルピー値を有したとしても、配管の材料性能を低下させてはいけないので、靱性についても着目しているためである。シャルピー比の許容値は略７５％とする。許容値を略７５％としたのは、シャルピー比が５０％程度に低下したときに靱性の低下が顕著に現れ、２０〜３０％程度のシャルピー比の低下で現れる靱性の低下は微小なもので問題とされず許容されるためである。また、７５％の前後５％程度までは許容値としても全く問題はない。そして、各加熱温度での許容値（略７５％）部分を繋いで許容シャルピー比曲線Ｌ７（図１８）、Ｌ８（図１９）を形成した。
【０１１４】
図１８及び図１９に示すように、ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界（溶接線部）及び熱影響部（溶接線付近のＨＡＺ部）両方で、加熱温度が高くなると共に、加熱時間が長くなると、シャルピー比が小さくなり、Ｇ相及びσ相の析出が多くなるという傾向が得られた。これより、上記許容シャルピー比曲線Ｌ７、Ｌ８よりも低温側（下側）及び短時間側（左側）が許容領域となる。
【０１１５】
図１８に示すように、ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界（溶接線部）では、加熱温度が６５０℃で３時間加熱したときのシャルピー比は７３％であり、７５％の±５％で許容範囲に含まれる。許容シャルピー比曲線Ｌ７より、加熱温度６００℃では略６時間まで加熱可能で、加熱温度７５０℃では略１０分まで加熱可能であることが判る。
【０１１６】
ここで、６５０℃で３時間、６００℃で６時間、７５０℃で１０分では、シャルピー比は略７５％（許容シャルピー比）であり、加熱処理後のシャルピー値は略１２７Ｊとなるので、１００Ｊ以上となり、材料強度の条件（許容シャルピー値の条件）も十分にクリアできる。
【０１１７】
図１９に示すように、ＳＣＳ１６Ａ熱影響部（溶接線付近のＨＡＺ部）は、加熱温度が６５０℃で３時間加熱したときのシャルピー比は７４％であり、７５％の±５％で許容範囲となる。また、許容シャルピー比曲線Ｌ８より、加熱温度６００℃では９時間まで加熱可能で、加熱温度７５０℃では２０分まで加熱可能であることが判る。
【０１１８】
ここで、６５０℃で３時間、６００℃で９時間、７５０℃で２０分では、シャルピー比は略７５％（許容シャルピー比）であり、加熱処理後のシャルピー値は略１３５Ｊとなるので、１００Ｊ以上となり、材料強度の条件（許容シャルピー値の条件）も十分にクリアできる。
【０１１９】
次に、継手溶金部（溶接材）となるＹ３１６及びＹ３０８Ｌについての試験結果を説明する。図２０はＹ３１６溶金部の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフを示し、図２１はＹ３０８Ｌ溶金部の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフを示す。
【０１２０】
そして、図２０のグラフ上に、各加熱温度ごとに各加熱時間でのシャルピー値を結んで脆化曲線Ｌ１７（６００℃）、Ｌ１８（６５０℃）、Ｌ１９（７５０℃）を示し、図２１のグラフ上に、各加熱温度ごとに各加熱時間でのシャルピー値を結んで脆化曲線Ｌ２０（６００℃）、Ｌ２１（６５０℃）、Ｌ２２（７５０℃）を示す。
【０１２１】
図２０及び図２１に示すように、Ｙ３１６、Ｙ３０８Ｌ共に、加熱温度が高くなるほど、また加熱時間が長くなるほど、シャルピー値が低下する傾向が得られ、脆化が大きくなっていることが判る。そして、６５０℃で３時間、加熱処理を行った場合でも、シャルピー値は１００Ｊ（許容シャルピー値）以上であり、配管の材料として必要な強度を有していることが判った。
【０１２２】
図２２はＹ３１６溶金部の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）、各加熱時間におけるシャルピー比を示したグラフを示し、図２３はＹ３０８Ｌ溶金部の各加熱温度（６００℃、６５０℃、７５０℃）、各加熱時間におけるシャルピー比を示したグラフを示す。各加熱温度での許容値（略７５％）部分を繋いで許容シャルピー比曲線Ｌ９（図２２）、Ｌ１０（図２３）を形成した。
【０１２３】
図２２及び図２３に示すように、Ｙ３１６溶金部及びＹ３０８Ｌ溶金部両方で、加熱温度が高くなると共に、加熱時間が長くなると、シャルピー比が小さくなり、Ｇ相及びσ相の析出が多くなるという傾向が得られた。これより、上記許容シャルピー比曲線Ｌ９、Ｌ１０よりも低温側（下側）及び短時間側（左側）が許容領域となる。
【０１２４】
図２２に示すように、Ｙ３１６溶金部では、６５０℃で加熱処理を行った場合、３時間加熱したときにシャルピー比が７５％であり許容範囲となる。また、許容シャルピー比曲線Ｌ９より、加熱温度６００℃では１０時間まで加熱可能で、加熱温度７５０℃では加熱不可能であることが判る。
【０１２５】
ここで、６５０℃で３時間、６００℃で１０時間では、シャルピー比は略７５％（許容シャルピー比）であり、加熱処理後のシャルピー値は略１５７Ｊとなるので、１００Ｊ以上となり、材料強度の条件（許容シャルピー値の条件）も十分にクリアできる。
【０１２６】
図２３に示すように、Ｙ３０８Ｌ溶金部は、６５０℃で加熱処理を行った場合、１０時間加熱したときにシャルピー比が８１％であり許容範囲となる。また、許容シャルピー比曲線Ｌ１０より、加熱温度６００℃では３０時間まで加熱可能であることが判る。
【０１２７】
ここで、６５０℃で１０時間、６００℃で３０時間では、シャルピー比は略７５％（許容シャルピー比）以上であり、加熱処理後のシャルピー値は略１９５Ｊ以上となるので、１００Ｊ以上となり、材料強度の条件（許容シャルピー値の条件）も十分にクリアできる。
【０１２８】
以上の結果より、ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界、ＳＣＳ１６Ａ熱影響部、Ｙ３１６溶金部及びＹ３０８Ｌ溶金部は、６５０℃で加熱処理した場合は、一番厳しい条件を採用して、３時間までは、必要な材料強度を得られると共に、靱性の顕著な低下を起こさずに加熱可能であることが判明した。
【０１２９】
また、上記各材料で、６００℃で加熱処理した場合は、一番厳しい条件を採用して、６時間までは、必要な材料強度を得られると共に、靱性の顕著な低下を起こさずに加熱可能であることが判明した。
【０１３０】
次に、溶接継手部の組織観察結果について説明する。
【０１３１】
なお、ここでは、ＩＨＳＩ施工において、必要とされる加熱温度６５０℃での上限加熱時間である３時間についての検討を行う。
【０１３２】
図２４（ａ）は加熱処理前の溶接継手部を示し、（ｂ）は６５０℃で３時間加熱処理した溶接継手部を示し、（ｃ）は６５０℃で３０時間加熱処理した溶接継手部を示す。図２４では、母材部（ＨＡＺ）と溶接材部（ＤＥＰＯ）を示し、これらの境界となる溶接線を実線にて示している。
【０１３３】
図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、加熱前と、３時間加熱後の溶接継手部では、母材部、溶接材部共にσ相は析出されていない。なお、図中、１１はフェライト相を示す。図２４（ｃ）に示すように、３０時間加熱後の溶接継手部では、母材部のフェライト相１１内と溶接材部１２に色の濃くなったσ相１３が明瞭に析出されているのが確認できた。
【０１３４】
ところで、フェライト量とσ相の析出は、密接な関連があると考えられており、上述した試験の結果より、加熱処理時間が増えると、フェライト（δ）量が減り、σ量が増えることが判った。σ相の析出は、１％程度でも大きく靱性値を下げてしまう。
【０１３５】
しかし、図２５に示すデータより、ＳＵＳ３１６ＬＣを６５０℃で３時間加熱処理してもフェライト（δ）相の変化量は１％に満たない。よって、顕著な脆化は起こらないことが判った。
【０１３６】
すなわち、ＩＨＳＩの加熱温度を６５０℃にした場合、脆化が懸念される鋳造ステンレス鋼（ＳＣＳ１６Ａ）及び溶金部（Ｙ３１６及びＹ３０８Ｌ）について、加熱処理を施し、シャルピー衝撃試験を行った結果、（１）６５０℃で長時間（３０時間以上）加熱処理を行うと、σ相が析出し、顕著な脆化を生じる。（２）ＩＨＳＩで想定される加熱時間（最大でも３時間）では、顕著な脆化は認められなかった。という結果が得られた。
【０１３７】
以上の結果をまとめると、５００℃以下のＩＨＳＩの冷却曲線とα’析出開始曲線（α’相の硬さがＨｖ３００を越える時間）とを比べた結果、α’の析出はなく、４７５℃脆化は殆ど発生しないと考えられる。また、シャルピー衝撃試験にて、Ｇ相及びσ相が衝撃特性に及ぼす影響を試験した結果、６５０℃で３時間加熱処理を行っても、顕著な脆化は認められなかった。
【０１３８】
これによって、ＩＨＳＩにおける累積加熱時間が３時間となっても問題ないことが判る。従って、ＩＨＳＩの加熱条件として、加熱温度が５５０℃〜６５０℃の場合、上限加熱時間が３時間（但し、累積加熱時間には、３００℃以下の加熱は含まない）とすることができる。
【０１３９】
そして、低炭素量のオーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、その溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、且つ配管内を冷却しながら上記高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法を一度施工した後に再度施工する場合の施工方法として、上記加熱条件を基に、高周波誘導加熱残留応力改善法の一度目の施工時の高周波誘導コイルでの加熱時間と、二度目の施工時（加熱温度５５０℃〜６５０℃）の高周波誘導コイルでの加熱時間との和が加熱時間の上限である３時間を超えないように加熱することを条件とした。
【０１４０】
具体的には、一度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間は、通常の加熱３回分の時間を加熱に要した最大の加熱時間（１時間）として算出し、この最大の加熱時間と、二度目の施工時の上記高周波誘導コイルでの加熱時間との和（累積加熱時間）が、上記上限加熱時間を超えないように加熱する。
【０１４１】
これによって、一度目の施工時の加熱時間の履歴がない場合でも、累積の加熱時間が３時間を超えないように施工することができるので、脆化が起こっても影響のない範囲で、二度目のＩＨＳＩ施工を行うことができる。
【０１４２】
ここで、一回目の加熱温度は５５０℃以下であるので、それより高い加熱温度を想定して決定された加熱時間内であれば、脆化の問題はない。
【０１４３】
また、上述の評価方法によって上限加熱時間を３時間とできたので、５５０℃を越えるテスト加熱（本番加熱前のためし加熱）を行うことができ、確実なＩＨＳＩ施工を行うことができる。
【０１４４】
なお、上記実施の形態では、シャルピー値が１００Ｊ以上で、且つシャルピー比が略７５％以上であることを所定の加熱温度に対する上限加熱時間を決定する際の条件としたが、配管に求められる強度に応じて上記数値を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係る高周波誘導加熱残留応力改善法を説明するための配管及び高周波誘導コイルの一部破断斜視図である。
【図２】本発明に係る高周波誘導加熱残留応力改善法を説明するための配管及び高周波誘導コイルの一部破断斜視図である。
【図３】溶接中心より１０ｍｍの位置の残留応力とコイル幅との関係を示したグラフである。
【図４】通常開先の溶接継手部にコイルを中心配置した場合のデポ部と母材部との境界の残留応力とコイル幅Ｌとの関係を示したグラフである。
【図５】通常開先を示した側面図である。
【図６】通常開先の溶接継手部にコイルを所定のコイルかぶり代でオフセット配置した場合のデポ部と母材部との境界の残留応力と配管の内外面温度差ΔＴ0との関係を示したグラフである。
【図７】通常開先の溶接継手部にコイルを所定のコイルかぶり代でオフセット配置した場合のデポ部と母材部との境界の残留応力と配管の内外面温度差ΔＴ0との関係を示したグラフである。
【図８】（ａ）はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の鋭敏化温度と鋭敏化時間との関係を示したグラフ、（ｂ）はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）の鋭敏化温度と鋭敏化時間との関係を示したグラフである。
【図９】（ａ）はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の鋭敏化温度と鋭敏化時間との関係を示したグラフ、（ｂ）はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４ＬＣ）の鋭敏化温度と鋭敏化時間との関係を示したグラフである。
【図１０】４７５℃脆化したＳＣＳ１４Ａの焼きなまし温度と硬度との関係を示したグラフである。
【図１１】α’析出の熱処理時間と熱処理温度との関係を示したグラフである。
【図１２】ＩＨＳＩの熱履歴を示した模式図である。
【図１３】Ｇ相析出における加熱時間と硬度を示したグラフである。
【図１４】シャルピー衝撃試験の検討材料の成分表である。
【図１５】ステンレス鋼のシェフラー組織図である。
【図１６】ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフである。
【図１７】ＳＣＳ１６Ａ熱影響部の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフである。
【図１８】ＳＣＳ１６Ａ溶接部境界の各加熱温度における各加熱時間でのシャルピー比を示したグラフである。
【図１９】ＳＣＳ１６Ａ熱影響部の各加熱温度における各加熱時間でのシャルピー比を示したグラフである。
【図２０】Ｙ３１６溶金部の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフである。
【図２１】Ｙ３０８Ｌ溶金部の各加熱温度での加熱時間とシャルピー値との関係を示したグラフである。
【図２２】Ｙ３１６溶金部の各加熱温度における各加熱時間でのシャルピー比を示したグラフである。
【図２３】Ｙ３０８Ｌ溶金部の各加熱温度における各加熱時間でのシャルピー比を示したグラフである。
【図２４】（ａ）は加熱処理前の溶接継手部の組織写真、（ｂ）は６５０℃で３時間加熱処理した溶接継手部の組織写真、（ｃ）は６５０℃で３０時間加熱処理した溶接継手部の組織写真である。
【図２５】ステンレス鋼の加熱時間に対するフェライト相の変化量を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１４６】
１  配管
２  溶接継手部
３  高周波数誘導コイル
５  外面
６  内面
７  溶接材部（デポ部）
８  母材部
Ｌ７  許容シャルピー比曲線
Ｌ８  許容シャルピー比曲線
Ｌ９  許容シャルピー比曲線
Ｌ１０  許容シャルピー比曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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