(57)【要約】【課題】沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域における耐腐食性の低下を抑制し、かつ、溶接性の低下を抑制する。【解決手段】沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域における耐腐食性を向上するために構造材の一部を耐腐食性金属材料で被覆する際、接液領域となる部位を選定し、耐腐食性金属材料である２４質量％以上のＣｒを含むニッケル基合金を用いた溶接を施して、当該部位の表面におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域における耐腐食性を向上するために前記構造材の一部を耐腐食性金属材料で被覆する方法であって、前記接液領域となる部位を選定し、前記耐腐食性金属材料である２４質量％以上のＣｒを含むニッケル基合金を用いた溶接により前記部位を被覆して、前記部位の表面におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とすることを特徴とする耐腐食性向上方法。
【請求項２】
前記部位の一部又は全部に切削加工を施し、前記溶接により前記部位を被覆することを特徴とする請求項１記載の耐腐食性向上方法。
【請求項３】
前記構造材は、使用された後のものであることを特徴とする請求項２記載の耐腐食性向上方法。
【請求項４】
前記構造材の前記部位における寸法は、前記切削加工の前と前記溶接の後とで同等となるようにすることを特徴とする請求項２又は３に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項５】
前記構造材の前記部位における寸法は、前記溶接の後は増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項６】
前記溶接は、複数回上塗りして、前記部位の表面におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項７】
前記溶接は、複数回上塗りするものとし、Ｃｒの含有量を２４質量％未満の層を形成した後、Ｃｒの含有量を２４質量％以上の層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項８】
前記構造材は、基材として低合金鋼を用いたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項９】
前記溶接は、肉盛溶接であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項１０】
前記耐腐食性金属材料は、２４〜３２質量％のＣｒを含むニッケル基合金であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項１１】
前記溶接により形成した層の厚さが１〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の耐腐食性向上方法。
【請求項１２】
接液領域における耐腐食性を向上するために基材を耐腐食性金属材料で被覆した構成を有し、前記接液領域には、前記耐腐食性金属材料であるニッケル基合金の溶接層が形成され、前記溶接層の表面におけるＣｒの含有量は、２４質量％以上であることを特徴とする沸騰水原子力プラントの構造材。
【請求項１３】
前記溶接層は、前記基材と接するＣｒの含有量が２４質量％未満の層と、この層に接するＣｒの含有量が２４質量％以上の層とで構成されていることを特徴とする請求項１２記載の沸騰水原子力プラントの構造材。
【請求項１４】
前記溶接層の厚さは、１〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の沸騰水原子力プラントの構造材。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の構造材を用いたことを特徴とする沸騰水原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水原子力プラント及び改良型沸騰水原子力プラント、これに用いる構造材及び当該構造材の耐腐食性向上方法に係わり、耐腐食性向上のために構造材の接液領域や溶接継手部に使用する高Ｃｒ量ニッケル基合金が基材によって希釈することを抑制する耐腐食性向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントのうち、沸騰水原子力プラント及び改良型沸騰水原子力プラント（本明細書においては「沸騰水原子力プラント」と総称する。以下、「ＢＷＲプラント」ともいう。）では、原子炉圧力容器炉底部の構造材や溶接継手部にニッケル基合金が使用されている。ニッケル基合金の溶接金属であるニッケル基合金溶接金属は、耐腐食性向上を目的として、軽水との接液領域に使用されている。原子炉圧力容器は、圧力に対する強度を確保するために強度の高い低合金鋼で製作されており、接液領域を対象として耐腐食性向上のために使用されるニッケル基合金溶接金属との溶接では異材溶接となる。
【０００３】
このような異材溶接においては、溶接条件によっては、お互いの材料の化学成分が混ざり合うことにより、それぞれの材料が本来有している耐腐食特性といった特性への影響が考えられる。すなわち、耐腐食性向上を目的として適用するニッケル基合金の耐腐食特性が、異材との溶接によって化学成分が変化することにより、本来の特性より低下する可能性が考えられる。したがって、ニッケル基合金溶接金属と低合金鋼といった異材の溶接においては、本来の耐腐食性が保持できるように、可能な限り溶接条件を適切に制御する必要がある。
【０００４】
この懸念を解決する方法のための技術的な背景として、ニッケル基合金溶接金属の応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という。）に及ぼすＣｒ量の影響に関する報告がある（非特許文献１、２及び３）。
【０００５】
非特許文献１には、ＢＷＲプラントの炉内模擬環境中におけるニッケル基合金溶接金属のＳＣＣき裂進展速度の取得結果が示されており、ニッケル基合金溶接金属の化学成分のうち、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％であるニッケル基合金溶接金属と比べて、Ｃｒ量が１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金溶接金属のＳＣＣき裂進展速度が遅い、すなわち、耐ＳＣＣき裂進展特性が優れるという試験結果が記載されている。
【０００６】
非特許文献２には、ニッケル基合金溶接金属のＳＣＣき裂進展速度が記載されており、ニッケル基合金溶接金属の化学成分が２４質量％以上とすることで、Ｃｒ量が１９質量％未満であるニッケル基合金溶接金属と比べて、ＳＣＣき裂進展速度が１００倍程度遅くなることが報告されている。
【０００７】
非特許文献２と同様に、非特許文献３にも、ニッケル基合金溶接金属のＳＣＣき裂進展速度が記載されており、Ｃｒ量が２８〜３０質量％程度のニッケル基合金溶接金属のＳＣＣき裂進展速度は、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％であるニッケル合金溶接金属と比べて３２５〜４００倍程度、Ｃｒ量が１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金溶接金属と比べて１２５〜１５０倍程度遅いことが報告されている。
【０００８】
特許文献１には、原子力発電プラントなどで使用される構造物の溶接方法に関し、応力腐食割れおよび溶接割れの双方の防止を目的として、Ｃｒ量２５質量％以下のＮｉを主成分とするＮｉ基耐熱超合金からなる第１の溶接材料と、Ｃｒ量３０質量％を越えるＮｉを主成分とするＮｉ基耐熱超合金からなる第２の溶接材料とを用いる溶接方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、原子力発電に使用される装置を含む分野において、熱間割れ、冷間割れ、ルート割れおよび応力腐食割れに対する抵抗に加えて、所望の強度と腐食抵抗を備えたニッケルクロム鉄溶接合金、ならびに該合金から作られる溶接物を提供することを目的として、質量％で約２７〜３１．５のクロムを含むニッケルクロム鉄合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１８７６１４号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１５５７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】独立行政法人  原子力安全基盤機構  平成２１年度  Ｎｉ基合金応力腐食割れ進展評価技術実証に関する報告書、10原高報-0014
【非特許文献２】G. A. Young, T. E. Caobianco, R. A. Etien III, J. V. Mullen, S. Leveillee and P. C. Sander, DEVELOPMENT OF A HIGHLY WELDABLE AND CORROSION RESISTANT NICKEL-CHROMIUM FILLER METAL, Proceedings of 13th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems, Whistler, British Columbia, August 19-23, 2007
【非特許文献３】P. L. Andresen, M. M. Morra, J. Hickling, A. Ahluwalia and J. Wilson, PWSCC OF ALLOYS 690, 52 and 152, Proceedings of 13th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems, Whistler, British Columbia, August 19-23, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＢＷＲプラントで使用されているニッケル基溶接金属は、ステンレス鋼と比べて沸騰水原子力プラント炉内水質環境での耐腐食性に優れるが、低合金鋼の表面への肉盛溶接といった異材への溶接施工において、異材の化学成分がニッケル基溶接金属へ取り込まれることにより、本来ニッケル基溶接金属が有している優れた耐腐食性が低下する懸念がある。
【００１３】
具体的には、低合金鋼の化学成分が２４質量％以上のＣｒ量を有するニッケル基合金溶接金属に取り込まれることにより、非特許文献２で示されるような２４質量％以上のＣｒ量を有するニッケル基合金溶接金属の優れた耐腐食性が失われる懸念がある。また、低合金鋼の化学成分がニッケル基溶接金属へ取り込まれることにより、本来ニッケル基溶接金属が有している溶接性が低下し、延性低下割れや凝固割れといった溶接時の高温割れ感受性が増加し、溶接施工時に割れが生じやすくなる懸念がある。
【００１４】
本発明の目的は、沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域における耐腐食性の低下を抑制し、かつ、溶接性の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域における耐腐食性を向上するために構造材の一部を耐腐食性金属材料で被覆する方法であって、接液領域となる部位を選定し、耐腐食性金属材料である２４質量％以上のＣｒを含むニッケル基合金を用いた溶接を施して、当該部位の表面におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とすることができ、耐腐食性の低下を抑制し、かつ、溶接性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属単体からなる溶接試験片と、高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属７５％及び低合金鋼２５％を混合した溶接試験片とを用いた溶接性確認試験の結果を示すグラフである。
【図２】Ｃｒ量が１８．０〜２２．０質量％のニッケル基合金溶接金属からなる溶接試験片と、高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属からなる溶接試験片とを用いた沸騰水原子力プラント模擬環境での耐腐食性評価試験の結果を示すグラフである。
【図３】実施例１に係る沸騰水原子力プラントの構造材において基材である低合金鋼に対して高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接した状態を示す模式断面図である。
【図４】実施例２に係る沸騰水原子力プラントの構造材において基材である低合金鋼に、１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のＣｒを含むニッケル基合金が溶接されている状態を示す模式断面図である。
【図５】図４に示す１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のＣｒを含むニッケル基合金を切削加工により除去する過程を示す模式断面図である。
【図６】図５に示す除去領域を２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金で埋めた状態を示す模式断面図である。
【図７】実施例３に係る沸騰水原子力プラントの構造材において基材である低合金鋼に、１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のＣｒを含むニッケル基合金が溶接されている状態を示す模式断面図である。
【図８】図７に示す除去領域を、２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金で埋めた状態を示す模式断面図である。
【図９】一部を断面にした沸騰水型原子力圧力容器の正面図である。
【図１０】図９の原子力圧力容器のシュラウドサポートシリンダ付近の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、沸騰水型原子力圧力容器の全体構成の概略について説明する。
【００１９】
図９は、一部を断面にした沸騰水型原子力圧力容器の正面図、図１０は、その原子力圧力容器のシュラウドサポートシリンダ付近の断面図である。
【００２０】
これらの図に示すように、シュラウドサポートシリンダ１０２は原子力圧力容器１７の底部にシュラウドサポートレグ１８を介して溶接で取り付けられている。このシュラウドサポートシリンダ１０２は複数枚の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にした大型構造物もので、その上部に炉心シュラウド１０１を支持している。図１０に示すように、炉心シュラウド１０１の下端外周にはバッキングリング１０４が溶接固定され、炉心シュラウド１０１とシュラウドサポートシリンダ１０２は内側からシュラウド溶接部１０３によって連結されている。
【００２１】
シュラウドサポートシリンダ１０２の外側にはジェットポンプ１９が設置されている。
【００２２】
シュラウドサポートシリンダ１０２の母材は、例えばインコネルなどの高ニッケル合金であり、同じく例えばインコネルなどの高ニッケル合金溶接材料で溶接して、ほぼ円筒状のシュラウドサポートシリンダ１０２を製作している。
【００２３】
図１０に示すように、原子力圧力容器１７の内壁は、ニッケル基溶接金属２０を溶接して接液領域を保護している。
【００２４】
本発明は、ＢＷＲプラントの接液領域に２４質量％以上のＣｒ量を有する高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属を適用することにより、接液領域における耐腐食性を向上させるものである。
【００２５】
ＢＷＲプラントの接液領域に２４質量％以上のＣｒ量を有する高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属を適用することにより、２４質量％以上のＣｒ量を有する高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属を使用していない場合に比べて、耐腐食性を向上させることができるため、沸騰水原子力プラントの接液領域のある構造材の耐腐食性を向上させることができる。
【００２６】
一般に、ニッケル基合金は耐腐食性に優れる金属材料であるが、Ｃｒ量が１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金に比べて、高Ｃｒ量のニッケル基合金の溶接性は着目すべき因子であることが知られている。具体的には、溶接の際の割れ形態として凝固割れ及び延性低下割れが知られている。高Ｃｒ量ニッケル基合金では、このうち延性低下割れが着目すべき因子であることが知られている。したがって、低合金鋼といった異材との溶接において、異材の化学成分が取り込まれることによる高Ｃｒ量ニッケル基合金の延性低下割れへの影響を確認することが必要である。ここで、低合金鋼は、Ｃｒの含有量が１０％以下の鋼の総称である。低合金鋼の組成の詳細は、ＪＩＳ、ＡＳＴＭ、ＡＳＭＥといった規格において規定されている。
【００２７】
高Ｃｒ量ニッケル基合金を低合金鋼といった異材へ溶接する際には、前述の溶接性のみならず、異材の化学成分が高Ｃｒ量ニッケル基合金に取り込まれ、高Ｃｒ量ニッケル基合金の化学成分から変化することにより、高Ｃｒ量ニッケル基合金が本来有している優れた耐腐食性が低下する懸念がある。しかし、非特許文献２に示すように、ニッケル基合金に含有されるＣｒ量が２４質量％以上となるように溶接されれば、Ｃｒ量が２４質量％未満のニッケル基合金と比べての耐腐食性が向上すると考えられる。
【００２８】
発明者は、ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器といった強度が必要な部位に使用されている低合金鋼に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接する際、高Ｃｒ量ニッケル基合金に低合金鋼の化学成分が取り込まれる現象、いわゆる希釈が溶接性に及ぼす影響について評価（溶接性確認試験）を行った。
【００２９】
図１は、溶接性確認試験の結果を示したものであり、Ｃｒの含有量による溶接割れ長さ（凝固割れ長さ、延性低下割れ長さ）の違いを示したものである。縦軸は、溶接割れ長さ（凝固割れ長さ、延性低下割れ長さ）を示している。
【００３０】
表１は、この試験で用いた高Ｃｒ量ニッケル基合金の化学成分の例を示したものである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
本表に示すように、高Ｃｒ量ニッケル基合金は、２９．４６質量％（約３０質量％）のＣｒを含む。
【００３３】
図１より、質量基準で、高Ｃｒ量ニッケル基合金と低合金鋼とが７５：２５の割合で混合された溶接試験片の場合、高Ｃｒ量ニッケル基合金（Ｃｒ量が約３０質量％）からなる溶接試験片の場合と比較して、割れ長さは大きくなり、溶接性が低下するものの、その程度は小さいことがわかる。特に、延性低下割れについては、差が小さいことがわかる。
【００３４】
ここで、上記の割合は、低合金鋼からなる基材に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接した実際の溶接部における化学成分を模したものである。すなわち、この試験では、表１に示すように、Ｃｒ量が約３０質量％である高Ｃｒ量ニッケル基合金を用いていることから、溶接試験片の溶接部のＣｒ量が約２２質量％になっていると考えられる。
【００３５】
このような試験結果を考慮すると、高Ｃｒ量ニッケル基合金を低合金鋼に溶接する際に、溶接後の溶接部において高Ｃｒ量ニッケル基合金の割合が７５％以上であれば、高Ｃｒ量ニッケル基合金単体の場合と同等程度の耐溶接割れ性を有していると考えられる。
【００３６】
また、発明者は、前述の異材との希釈の影響を踏まえて、Ｃｒ量が２４質量％以上となる接液領域（液（軽水）が接する領域）における耐腐食性の評価を行うため、ＢＷＲプラントの環境条件を模擬した試験環境における加速試験を行い、高Ｃｒ量ニッケル基合金の耐腐食性を評価した。ここで、耐腐食性は、割れ深さを指標としている。
【００３７】
図２は、耐腐食性評価試験の結果を示したものである。この試験で用いた高Ｃｒ量ニッケル基合金の化学成分は、表１に示すものである。
【００３８】
図２から、２９．４６質量％（約３０質量％）のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金は、Ｃｒ量が１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金と比べて、耐腐食性に優れていることがわかる。したがって、高Ｃｒ量ニッケル基合金をＢＷＲプラントの接液領域に適用することによって、更に耐腐食性を向上させることができる。
【００３９】
以下、高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属を構成する元素の組成範囲について説明する。
【００４０】
高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接金属は、Ｃ量：０．０６５質量％以下、Ｓｉ量：０．５質量％以下、Ｍｎ量：４．５質量％以下、Ｐ量：０．０５質量％以下、Ｓ量：０．０２質量％以下、Ｃｒ量：２４．０〜３２．０質量％、Ｍｏ量：５．５質量％以下、Ａｌ量：１．５質量％以下、Ｆｅ量：１１．０質量％以下、Ｔｉ量：１．５質量％以下、Ｎｂ量：４．０％質量％以下を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる組成であり、好ましくは、Ｃ量：０．０６０質量％以下、Ｓｉ量：０．０５〜０．５質量％以下、Ｍｎ量：０．０２〜４．５質量％以下、Ｐ量：０．０２質量％以下、Ｓ量：０．０２質量％以下、Ｃｒ量：２４．０〜３１．５質量％、Ｍｏ量：５．０質量％以下、Ａｌ量：１．２質量％以下、Ｆｅ量：１１．０質量％以下、Ｔｉ量：１．３質量％以下、Ｎｂ量：３．５質量％以下を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる組成である。
【００４１】
なお、ニッケル基合金においてＣｒの含有量が３２質量％を超えると、割れやすくなり、強度も低下するため、溶接性が低下する。すなわち、溶接材としての使用が困難となる。よって、溶接材として用いるニッケル基合金のＣｒの含有量は、３２質量％以下とすることが望ましい。まとめると、溶接材として用いるニッケル基合金のＣｒの含有量は、２４〜３２質量％とすることが望ましく、接液領域の表面におけるニッケル基合金のＣｒの含有量は、２４〜３２質量％とすることが望ましい。
【００４２】
溶接により形成した層の厚さは、１〜２００ｍｍであることが望ましい。当該厚さが１ｍｍ未満の場合、耐腐食性の効果を十分に得ることができない。一方、当該厚さが２００ｍｍを超えるものは、製造性の観点から不都合が生じる。
【００４３】
また、発明者の検討において得られた試験結果から理解できるように、低合金鋼からの化学成分が取り込まれた高Ｃｒ量ニッケル基合金の溶接性は、高Ｃｒ量ニッケル基合金単体の場合と同等程度であるため、高Ｃｒ量ニッケル基合金の低合金鋼への溶接にあたっては、高Ｃｒ量ニッケル基合金単体と同等の条件で溶接施工が可能である。具体的な溶接方法としては、アーク溶接法、溶射法、及び粉体を用いた溶接法が考えられる。
【００４４】
なお、高Ｃｒ量ニッケル基合金の溶接幅よりも構造材の寸法が大きい場合は、１パスの溶接施工のみで接液領域を覆うように溶接することはできないので、複数の溶接パスで溶接する必要がある。この際、複数の溶接パスによる単層の溶接施工でも接液領域の耐腐食特性を向上させることができるが、溶接パス間の境界部に溶接金属のすき間が生じて構造材の耐腐食性が低下しないように、前溶接パスに対して次溶接パスのすき間が生じないように溶接する必要がある。
【００４５】
これを解決する手段としては、溶接パスの境界部を覆うように複数の層を溶接してもよい。溶接は、肉盛溶接が望ましい。
【００４６】
複数の層を溶接することによって、１層目の溶接時に高Ｃｒ量ニッケル基合金に取り込まれた低合金鋼の化学成分による希釈の影響が層を重ねることにより認められなくなる長所も生まれることから、接液領域に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接する際には複数の層で溶接することが望ましいが、この限りではない。
【００４７】
以上の検討結果を踏まえ、以下に実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００４８】
本実施例は、沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接することにより、接液領域における耐腐食性を向上させるものである。
【００４９】
本実施例は、新規の沸騰水原子力プラントにおいて低合金鋼が基材として使用されている構造材の接液領域における耐腐食性を向上するものである。
【００５０】
図３は、本実施例における構造材の接液領域の断面を示したものである。
【００５１】
本図に示す構造材は、低合金鋼からなる基材２の表面に、２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金からなる高Ｃｒ溶接層１を形成したものである。これにより、基材２が液（軽水）に接することがなくなり、構造材としての耐腐食性を向上させることができる。すなわち、耐腐食性が高い高Ｃｒ溶接層１が液に接するため、溶接層が１層の場合であっても接液領域における耐腐食性を向上させることができる。
【００５２】
本実施例によれば、構造材の接液領域に該当する低合金鋼を高Ｃｒ量ニッケル基合金で覆って低合金鋼が液に接触しないようにすることができ、新規の沸騰水原子炉プラントの接液領域に使用されている構造材の耐腐食特性を向上させることができる。
【実施例２】
【００５３】
本実施例は、構造材の接液領域に溶接施工されているＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金を部分的に除去した後、２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金を重ねて溶接することにより、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金と比べて更に接液領域における耐腐食性を向上させるものである。
【００５４】
本実施例は、既存の沸騰水原子力プラントの構造材であって再使用前のものを対象とするものであり、構造材の接液領域にＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が溶接施工されている場合である。すなわち、構造材は、使用された後のものであってもよい。
【００５５】
本実施例の構造材においては、後述するように、切削加工を施すが、接液領域となる部位における寸法は、切削加工の前と溶接の後とで同等となるようにする。ここで、「同等」とは、寸法誤差の範囲内に収めることをいう。
【００５６】
図４、図５及び図６は、本実施例における構造材の接液領域の溶接工程を示したものである。
【００５７】
図４は、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のニッケル基合金で基材を被覆した構造材の断面を示したものである。
【００５８】
本図においては、構造材は、基材２（低合金鋼）が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のＣｒを含むニッケル基合金からなるニッケル基合金溶接層３で覆われている。
【００５９】
図５は、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のニッケル基合金を切削加工により除去する過程を示すものである。
【００６０】
本図においては、基材２を覆うニッケル基合金溶接層３の一部が除去され、除去領域４が生じている。
【００６１】
図６は、図５に示す除去領域４を２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金で埋めた状態を示すものである。
【００６２】
本図においては、基材２を覆うニッケル基合金溶接層３の上に高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接層１が形成されている。すなわち、基材２と接するニッケル基合金溶接層３は、Ｃｒの含有量が２４質量％未満の層であり、ニッケル基合金溶接層３に接する高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接層１は、Ｃｒの含有量が２４質量％以上の層である。
【００６３】
図４に示すように、接液領域にニッケル基合金溶接層３（Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金）が存在している構造の場合、構造材の使用に伴って接液領域の表面に付着物が存在する場合がある。このような付着物を接液領域に残したまま高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接することは、耐腐食性や溶接性の確保の観点から好ましくない。
【００６４】
そこで、図５に示すように、ニッケル基合金溶接層３を部分的に除去した後、図６に示すように、高Ｃｒ量ニッケル基合金を更に溶接することにより、耐腐食性が必要な接液領域ではＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金と比べて更に耐腐食特性に優れる高Ｃｒ量ニッケル基合金が液と接するようにし、構造材としての耐腐食性を向上させることができる。すなわち、高Ｃｒ量ニッケル基合金が液と接する構造となれば、１層の溶接でも接液領域での耐腐食性を向上させることができる。
【００６５】
また、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金とＣｒ量が２４質量％以上である高Ｃｒ量ニッケル基合金との組み合わせは、図１に示す低合金鋼と高Ｃｒ量ニッケル基合金の組み合わせほどの化学成分の差異がないため、高Ｃｒ量ニッケル基合金単体と同等の条件で溶接施工が可能である。
【００６６】
なお、高Ｃｒ量ニッケル基合金の溶接幅よりも構造材の寸法が大きい場合は、１パスの溶接施工のみで接液領域を覆うように溶接することはできないので、複数の溶接パスで溶接する必要がある。この場合、複数の溶接パスによる単層の溶接施工でも接液領域の耐腐食特性を向上させることができるが、溶接パス間の境界部に溶接金属のすき間が生じて構造材の耐腐食性が低下しないように、前溶接パスに対して次溶接パスのすき間が生じないように溶接する必要がある。
【００６７】
この問題を解決するため、溶接パスの境界部を覆うように複数の層を溶接してもよい。複数の層を溶接することにより、１層目の溶接時に低合金鋼が高Ｃｒ量ニッケル基合金に取り込まれることにより生じたＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金（希釈ニッケル基合金）の化学成分による希釈の影響は、層を重ねることにより認められなくなる長所も生まれることから、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が溶接された接液領域に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接する際には、複数の層で溶接することが望ましい。
【００６８】
本実施例は、再使用前の沸騰水原子力プラントの構造材で、接液領域にＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が溶接施工されている接液領域へ適用することができる。本実施例によれば、構造材の接液領域に耐腐食性向上のために予め溶接施工されたＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金を、高Ｃｒ量ニッケル基合金で覆って、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が液に接触しないようにすることができ、再使用する沸騰水原子炉プラントの接液領域に使用されている構造材の耐腐食特性を更に向上させることができる。
【実施例３】
【００６９】
本実施例は、構造材の接液領域に溶接施工されているＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金を覆うように高Ｃｒ量ニッケル基合金を重ねて溶接することにより、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金と比べて更に接液領域における耐腐食性を向上させるものである。本実施例においては、切削加工をしないで溶接材である高Ｃｒ量ニッケル基合金を上塗りする。よって、構造材の厚さ（寸法）は、溶接の後は上塗りした部位で増加する。
【００７０】
図７及び図８は、本実施例における構造材の接液領域の溶接工程を示したものである。
【００７１】
図７は、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のニッケル基合金で基材を被覆した構造材の断面を示したものである。
【００７２】
本図においては、構造材は、基材２がニッケル基合金溶接層３で覆われている。
【００７３】
図８は、図７に示すニッケル基合金溶接層３を高Ｃｒ量ニッケル基合金で被覆した状態を示すものである。
【００７４】
本図においては、基材２を覆う１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％のＣｒを含むニッケル基合金溶接層３の上に、２４質量％以上のＣｒを含む高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接層１が形成されている。すなわち、基材２と接するニッケル基合金溶接層３は、Ｃｒの含有量が２４質量％未満の層であり、ニッケル基合金溶接層３に接する高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接層１は、Ｃｒの含有量が２４質量％以上の層である。
【００７５】
図７に示すように、接液領域にニッケル基合金溶接層３（Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金）を覆うように更に高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接することにより、耐腐食性が必要な接液領域ではＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金と比べて更に耐腐食特性に優れる高Ｃｒ量ニッケル基合金が液面と接することによって構造材としての耐腐食性を向上させることができる。すなわち、高Ｃｒ量ニッケル基合金が液面と接する構造となればよく、１層の溶接でも接液領域での耐腐食性を向上させることができる。
【００７６】
また、実施例２と同様に、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金とＣｒ量が２４質量％以上である高Ｃｒ量ニッケル基合金との組み合わせは、図１に示す低合金鋼と高Ｃｒ量ニッケル基合金の組み合わせほどの化学成分の差異はない。このため、高Ｃｒ量ニッケル基合金単体と同等の条件で溶接施工が可能である。
【００７７】
なお、高Ｃｒ量ニッケル基合金の溶接幅よりも構造材の寸法が大きい場合は、１パスの溶接施工のみで接液領域を覆うように溶接することはできないので、複数の溶接パスで溶接する必要がある。この際、複数の溶接パスによる単層の溶接施工でも接液領域の耐腐食特性を向上させることができるが、溶接パス間の境界部に溶接金属のすき間が生じて構造材の耐腐食性が低下しないように、前溶接パスに対して次溶接パスのすき間が生じないように溶接する必要がある。
【００７８】
異なる溶接方法による解決手段として、溶接パス境界部を覆うように複数の層を溶接してもよい。複数の層を溶接することによって、１層目の溶接時に高Ｃｒ量ニッケル基合金に取り込まれたＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金の化学成分による希釈の影響が層を重ねることにより認められなくなる長所も生まれることから、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が溶接された接液領域へ高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接する際には複数の層で溶接することが望ましいが、この限りではない。
【００７９】
また、再使用する構造材において、高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接する際に、溶接施工の対象であるＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金の表面を確認した結果として、構造材の使用に伴う付着物のような高Ｃｒ量ニッケル基合金の溶接性に影響を与える因子が認められた場合、可能な限りこれらを取り除いた上で高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接することが望ましい。除染により除去できる付着物は、除染により取り除き、除染で除去できない付着物は、グラインダ加工といった機械的除去を実施することで取り除き、その後、高Ｃｒ量ニッケル基合金を溶接することが望ましい。
【００８０】
本実施例は、新規または再使用前の沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域に、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が溶接施工されている場合である。本実施例によれば、構造材の接液領域に耐腐食性向上のために予め溶接施工されたＣｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金を、高Ｃｒ量ニッケル基合金で覆って、Ｃｒ量が１３．０〜１７．０質量％または１８．０〜２２．０質量％であるニッケル基合金が液に接触しないようにすることができ、新規または再使用する沸騰水原子炉プラントの接液領域に使用されている構造材の耐腐食特性を更に向上させることができる。加えて、実施例２と比べて、接液領域を予め除去する過程が省略できる。
【００８１】
本発明は、新規の又は使用された沸騰水原子力プラントの構造材の接液領域となる部位の表面におけるＣｒの含有量を２４質量％以上とすることにより、耐腐食性を向上するものである。以上の実施例においては、構造材の断面の構成に関する例を示したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、切削加工、溶接等の各工程も本発明の目的を達成するために多様な手法から選択し得る。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、沸騰水原子力プラントの原子炉圧力容器底部のニッケル基合金適用部やニッケル基合金を用いた溶接継手に適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１：高Ｃｒ量ニッケル基合金溶接層、２：基材、３：ニッケル基合金溶接層、４：除去領域、１７：原子力圧力容器、１８：シュラウドサポートレグ、１９：ジェットポンプ、２０：ニッケル基溶接金属、１０１：炉心シュラウド、１０２：シュラウドサポートシリンダ、１０３：シュラウド溶接部、１０４：バッキングリング。
【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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