(57)【要約】【課題】溶接による変形が少ない使用済燃料用貯蔵ラックとその製造方法を提供する。【解決手段】使用済燃料用貯蔵ラック材料にボロンを０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼を用い、重量％でＣ０．０３％以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２  〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％、ＳとＰの合計が０．０３％  以下である２相ステンレス合金溶加材を用いて溶接し貯蔵ラックを組み立てる。重量％でＣ０．０３％  以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％、ＳとＰの合計が０．０３％  以下、残部がＦｅよりなり、δフェライト量が１０〜３５％の２相ステンレス合金よりなる溶着金属を形成することが望ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂを０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼を溶接して製造された使用済燃料用貯蔵ラックにおいて、溶接部の溶着金属が重量％でＣ０．０３％以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％、残部がＦｅと同伴する不純物であり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下の２相ステンレス合金よりなり、前記溶着金属のδフェライト量が１０〜３５％であることを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラック。
【請求項２】
重量％でＢを０．６〜１．０％含有するオーステナイトステンレス鋼を溶接して使用済燃料用貯蔵ラックを製造する方法において、溶加材に重量％でＣ０．０３％以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金を用いることを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラックの製造方法。
【請求項３】
Ｂを０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼を溶接して製造する使用済燃料用貯蔵ラックの製造方法において、
重量％でＣ０．０３％以下，Ｓｉ０．５％  未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金よりなる溶加材を用い、
重量％でＣ０．０３％  以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下であり、δフェライト量が１０〜３５％である２相ステンレス合金よりなる溶着金属を形成することを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラックの製造方法。
【請求項４】
長尺仕切板に複数の切込み部を設け、この複数の切込み部に短尺仕切板の複数の凸部を挿入し、長尺仕切板の複数の切込み部と短尺仕切板の複数の凸部を溶加材を用いて溶接して使用済燃料用貯蔵ラックを製造する方法において、前記長尺仕切板及び前記短尺仕切板の材料に重量％でＢを０．６〜１．０％含有するオーステナイトステンレス鋼を用い、前記溶加材として重量％でＣ０．０３％  以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金を用いることを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラックの製造方法。
【請求項５】
複数の角筒体を格子状に配置し、隣接する角筒体のコーナー部にくさび状の溶接用部材を設け、角筒体のコーナー部同士とくさび状の溶接用部材を溶加材を用いて溶接して使用済燃料用貯蔵ラックを製造する方法において、前記角筒体及び前記くさび状溶接用部材として重量％でＢを０．６〜１．０％含有するオーステナイトステンレス鋼を用い、前記溶加材として重量％でＣ０．０３％  以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金を用いることを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所に設置される使用済燃料用貯蔵ラック及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子炉建屋内の使用済燃料用貯蔵プールの貯蔵容量増大が望まれている。この方策として、使用済燃料用貯蔵ラックの構造及び製造方法が検討されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１には、複数の仕切板を格子状に組み合わせてなる使用済燃料用貯蔵ラックが記載されている。特許文献２には、複数の角筒体を格子状に組み合わせてなる使用済燃料用貯蔵ラックが記載されている。使用済燃料用貯蔵ラックの材料には、通常、放射能遮蔽効果に優れたボロン（Ｂ）添加オーステナイトステンレス鋼が使用される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−８０１８９号公報（要約）
【特許文献２】
特開平５−２４９２８４号公報（要約）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
使用済燃料用貯蔵ラックは、溶接によって組み立て製造されるが、溶接点数が数多く、溶接時のラック全体の溶接熱変形が大きい。
【０００６】
本発明の目的は、溶接時の変形が少ない使用済燃料用貯蔵ラック及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の使用済燃料用貯蔵ラックは、Ｂを０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼を溶接して組み立てたものであり、重量％でＣ０．０３％以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下であり、δフェライト量が１０〜３５％である２相ステンレス合金よりなる溶着金属を形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の使用済燃料用貯蔵ラックは、重量％でＣ０．０３％以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金よりなる溶加材を用いることによって製造することが望ましい。
【０００９】
本発明によれば、溶接時のそり，歪などの変形が少ない、高精度，高信頼の使用済燃料用貯蔵ラックが得られる。また、残留応力の発生も抑えられる。
【００１０】
本発明は、溶着金属のδフェライト量を１０〜３５％と多くしている。この理由は、δフェライト内にＢ，Ｓ，Ｐなどの侵入型元素を固溶させ、硼化物，燐化物，硫化物などの化合物の生成を抑制して、高温割れを抑えるためである。δフェライトを多量に含むと膨張するために、溶接時に発生するそり，変形が抑制され、また残留応力の発生が抑制されるという効果もある。δフェライト量が１０％未満の場合は、Ｂ，Ｓ，Ｐなどの侵入型元素の固溶が少ないため、硼化物，燐化物，硫化物などの化合物が生成し高温割れが発生しやすい。一方、δフェライト量が３５％を超える場合は、延性が低下する。
【００１１】
本発明においては、Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼よりなる長尺仕切板に複数の切込み部を設け、この複数の切込み部にＢ含有オーステナイトステンレス鋼よりなる短尺仕切板の複数の凸部を挿入して、前記長尺仕切板の複数の切込み部と前記短尺仕切板の複数の凸部とを、前記溶加材を用いて溶接することが望ましい。
【００１２】
また、他の製造方法として、Ｂ含有オーステナイトステンレス鋼よりなる複数の角筒体を格子状に配置し、隣接する角筒体のコーナー部にＢ含有オーステナイトステンレス鋼よりなるくさび状をした溶接用部材を設け、前記溶加材を用いて溶接することが望ましい。
【００１３】
溶着金属の化学成分範囲（重量％）の限定理由について説明する。
【００１４】
Ｃ：０．０３％以下
Ｃはオーステナイト安定化元素であり、強度向上に寄与するが、Ｃ量の増加は耐応力腐食割れ性を劣化させるため０．０３％  以下が望ましい。
【００１５】
Ｎｉ：８〜１２％
Ｎｉは２相ステンレス合金の必須成分であり、オーステナイト相を安定化させる効果がある。その効果を発揮するために、８〜１２％とすることが望ましい。
【００１６】
Ｃｒ：２２〜３０％
Ｃｒは２相ステンレス合金の耐食性の向上に寄与する元素であり、２２〜３０％で顕著な効果が得られる。
【００１７】
Ｍｏ：２〜３％
ＭｏもＣｒと同様、耐食性の向上に寄与する元素であり、２〜３％の範囲で顕著な効果が得られる。
【００１８】
Ｔｉ：１〜３％
Ｔｉは溶接部の溶融金属中のＢと反応し、Ｔｉ硼化物を形成し凝固核となり、フェライトの生成を促進する効果がある。また、溶着金属の凝固組織を変化させ、耐高温割れ性を改善させる効果がある。１〜３％の範囲で顕著な効果が得られる。
【００１９】
ＳとＰの合計量：０．０３％以下
ＳとＰは低融点化合物を生成する元素であり、極力抑える必要がある。両者の合計量が０．０３％  を超えないことが望ましい。
【００２０】
次に溶加材の化学成分範囲（重量％）を限定した理由について説明する。
【００２１】
Ｃ：０．０３％以下
Ｃはオーステナイト安定化元素であり、強度向上に寄与するが、Ｃ量の増加は耐応力腐食割れ性を劣化させるため０．０３％  以下とする。
【００２２】
Ｎｉ：８〜１２％
Ｎｉは２相ステンレス合金の必須成分であり、オーステナイト相を安定化させる効果がある。その効果は８〜１２％で顕著に発揮される。
【００２３】
Ｓｉ：０．５％未満
Ｓｉは脱酸剤として用いられる。溶加材のＳｉ含有量は０．５％  未満が望ましく、それ以上多く含有すると耐食性及び靭性が劣化する。
【００２４】
Ｍｎ：０．２〜１％
Ｍｎは溶接時に脱酸作用及び脱硫作用があり、高温割れに有害なＳを固定し、耐高温割れ性を抑制する効果がある。この効果を発揮させるには０．２％  以上必要であり、１％を超えると溶接時の湯流れ性が低下し溶接作業性が悪くなる。
【００２５】
Ｃｒ：２２〜３０％
Ｃｒは２相ステンレス合金の耐食性向上に有効な元素であり、２２〜３０％の範囲で顕著な効果がある。
【００２６】
Ｍｏ：２〜３％
ＭｏもＣｒと同様、耐食性向上に有効な元素であり、２〜３％の範囲で顕著な効果がある。
【００２７】
Ｔｉ：１〜３％
Ｔｉは溶接部の溶融金属中のＢと反応し、Ｔｉ硼化物を形成し凝固核となり、フェライトの生成を促進する効果があるとともに、溶着金属の凝固組織（柱状晶）を変化させ、耐高温割れ性を改善する。１〜３％の範囲で顕著な効果がある。
【００２８】
ＳとＰの合計量：０．０３％以下
Ｂを０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼を溶接して製造する使用済燃料用貯蔵ラックにおいて、前記溶接により形成された溶接部の溶着金属は重量％でＣ０．０３％  以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金であり、前記溶着金属のδフェライト量が１０〜３５％であることを特徴とする使用済燃料用貯蔵ラック。使用済燃料用貯蔵ラックδフェライト量が１０〜３５％である重量％でＣ０．０３％  以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金Ｂ０．６〜１．０重量％含有するオーステナイトステンレス鋼使用済燃料用貯蔵ラック材料重量％でＣ０．０３％以下，Ｓｉ０．５％未満，Ｍｎ０．２  〜１％，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下である２相ステンレス合金よりなる溶加材を用いる重量％でＣ０．０３％  以下，Ｎｉ８〜１２％，Ｃｒ２２〜３０％，Ｍｏ２〜３％，Ｔｉ１〜３％，Ｂ０．４〜０．８％を含有し、残部がＦｅと同伴する不純物よりなり、不純物中のＳとＰの合計量が０．０３％  以下であり、δフェライト量が１０〜３５％である２相ステンレス合金よりなる溶着金属を形成することにある貯蔵ラックＢ含有オーステナイトステンレス鋼前記長尺仕切板に複数の切込み部と短尺仕切板の複数の凸部とＢ含有ＳとＰは低融点化合物を生成する元素であり、極力抑える必要があり、両者の合計量で０．０３％  を超えないことが望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
図１は使用済燃料用貯蔵ラックの平面図である。本実施例の使用済燃料用貯蔵ラック１は、短尺仕切板２と長尺仕切板３から形成されており、両者の仕切板によって囲まれたところが燃料貯蔵セル４となる。
【００３０】
図２は使用済燃料用貯蔵ラック断面の拡大図である。５がシートであり、２ａ，２ｂが短尺仕切板、３ａ，３ｂ，３ｃが長尺仕切板である。長尺仕切板３ａ，３ｂ，３ｃにはスリット６が設けられており、短尺仕切板２ａ，２ｂには突起部７が設けられている。なお、長尺仕切板及び短尺仕切板の材料は、いずれもＢを１．０重量％含むオーステナイトステンレス鋼である。
【００３１】
使用済燃料用貯蔵ラックは、まずシート５に長尺仕切板３ａが水平に設置され、次に長尺仕切板３ａに複数の短尺仕切板２ａが垂直に設置され、本発明の２相ステンレス合金溶加材を添加して隅肉溶接され隅肉溶接部８が形成された。溶加材には、重量％でＣ０．０２％未満，Ｓｉ０．３５％  未満，Ｍｎ０．５％，Ｎｉ９％，Ｃｒ２９％，Ｍｏ２．４％，Ｔｉ１．５％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物からなり、ＳとＰの合計量が０．０３％  未満の２相ステンレス合金を使用した。本発明の２相ステンレス合金溶加材を用いると、隅肉溶接時に、そり，歪などの変形，残留応力発生が極力抑えられるので垂直に設置される。
【００３２】
隅肉溶接部８の溶着金属は、Ｃ０．０２％  未満，Ｎｉ９．１％，Ｃｒ２５．６％，Ｍｏ２．５％，Ｔｉ１．２％，Ｂ０．６５％  を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物よりなり、ＳとＰの合計量が０．０３％  未満の２相ステンレス合金であり、その溶着金属のδフェライト量は約２２％であった。
【００３３】
次に短尺仕切板２ａの上に長尺仕切板３ｂが水平に設置され、この長尺仕切板３ｂのスリット６と短尺仕切板２ａの突起部７とが合わせられ、本発明の２相ステンレス合金溶加材を添加して溶接が行われた。
【００３４】
長尺仕切板３ｂのスリット６と短尺仕切板２ａの突起部７との溶接部９の溶着金属は、Ｃ０．０２％未満，Ｎｉ８．８％，Ｃｒ２４．２％，Ｍｏ２．３％，Ｔｉ１．１％，Ｂ０．６２％、ＳとＰの合計量が０．０３％  未満、残部がＦｅと不可避的不純物からなる２相ステンレス合金溶接部であり、その溶着金属のδフェライト量は約１８％であった。
【００３５】
その後、水平に設置された長尺仕切板３ｂ上に複数の短尺仕切板２ｂが垂直に設置され、本発明の２相ステンレス合金溶加材を用いて隅肉溶接された。
【００３６】
さらに短尺仕切板２ｂの上に長尺仕切板３ｃが水平に設置され、この長尺仕切板３ｃのスリット６と短尺仕切板２ｂの突起部７とが合わせられ、本発明の２相ステンレス合金溶加材を用いて溶接を行われた。
【００３７】
これらの工程を経て所定の層数の使用済燃料用貯蔵ラックが製造された。本実施例による使用済燃料用貯蔵ラックには、そり，歪などの変形はほとんど見られなかった。
【００３８】
【実施例２】
図３はボロン含有オーステナイトステンレス鋼の角管を用いた使用済燃料用貯蔵ラック断面の拡大図であり、図４は角管とくさび状溶接用部材の肉盛溶接部の拡大図である。図３及び図４に示すように、ボロン含有オーステナイトステンレス鋼の角管を用いた使用済燃料用貯蔵ラック１０の外周部は、角管１１，１２と側板１３が隅肉溶接部１４によって接続されている。また角管を用いた使用済燃料用貯蔵ラック１０の内部は、角管１１と角管１５との間にくさび状の溶接用部材１６を設け、くさび状の溶接用部材１６を介して、ＴＩＧによる肉盛溶接によって角管１１と角管１５が肉盛溶接部１７によって接続されている。なお、本実施例で使用した材料は、ボロンを０．７  重量％含むオーステナイトステンレス鋼である。
【００３９】
角管１１，１２と側板１３の隅肉溶接はＴＩＧ溶接にて行い、溶加材には、重量％でＣ０．０２％未満，Ｓｉ０．３５％  未満，Ｍｎ１．０％，Ｎｉ９％，Ｃｒ２９％、Ｍｏ２．４％，Ｔｉ１．５％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物からなり、ＳとＰの合計が０．０３％  未満の２相ステンレス合金を使用した。溶接割れがなく、残留応力の発生も抑えられ、そり，歪などの溶接変形が少ない隅肉溶接部が得られた。
【００４０】
隅肉溶接部１４の溶着金属は、重量％でＣ０．０２％未満，Ｎｉ９．１％，Ｃｒ２４．４％，Ｍｏ２．１％，Ｔｉ１．３％，Ｂ０．４４％を含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ＳとＰの合計が０．０３％  未満の２相ステンレス合金であり、その溶着金属のδフェライト量は約１８％であった。
【００４１】
また角管を用いた使用済燃料用貯蔵ラック内部の角管同士の接続には、角管１１と角管１５との間にくさび状の溶接用部材１６を設け、くさび状の溶接用部材１６を介して、ＴＩＧ肉盛溶接を行った。くさび状の溶接用部材１６の材料にはボロンを０．７  重量％含むオーステナイトステンレス鋼を用いた。くさび状の溶接用部材１６を介してのＴＩＧ肉盛溶接では、溶加材として本発明の２相ステンレス合金系溶加材であるＣ０．０２％未満，Ｓｉ０．３５％  未満，Ｍｎ１．０％，Ｎｉ９％，Ｃｒ２９％，Ｍｏ２．４％，Ｔｉ１．５％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物からなり、ＳとＰの合計が０．０３％  未満の２相ステンレス合金を使用した。
【００４２】
ＴＩＧ肉盛溶接部１７の溶着金属は、重量％でＣ０．０２％未満，Ｎｉ９．０％，Ｃｒ２７．４％，Ｍｏ２．２％，Ｔｉ１．２％，Ｂ０．５６％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物からなり、ＳとＰの合計が０．０３％  未満の２相ステンレス合金であり、その溶着金属のδフェライト量は約２１％であった。
【００４３】
本実施例による使用済燃料用貯蔵ラックには、そり，歪などの変形はほとんど見られなかった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、溶接による変形が少ない使用済燃料用貯蔵ラックが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】使用済燃料用貯蔵ラックの全体構成図である。
【図２】使用済燃料用貯蔵ラック断面の拡大図である。
【図３】ボロン含有オーステナイトステンレス鋼の角管を用いた使用済燃料用貯蔵ラック断面の拡大図である。
【図４】角管とくさび状溶接用部材の肉盛溶接部の拡大図である。
【符号の説明】
１，１０…使用済燃料用貯蔵ラック、２…短尺仕切板、３…長尺仕切板、４…燃料貯蔵セル、５…シート、６…スリット、７…突起部、８，１４…隅肉溶接部、９…溶接部、１１，１２，１５…角管、１３…側板、１６…くさび状の溶接用部材、１７…ＴＩＧ肉盛溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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