(57)【要約】【課題】構造物部材に高残留応力あるいは高硬度部が残留することなく、ＳＣＣの発生を抑制する原子力プラント構造物の予防保全方法を提供する。【解決手段】本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法は、原子力プラント構造物の応力分布・強度分布のいずれか一方、またはその両方を評価する工程１１、１２と、この評価にもとづいて前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域を判定する工程１３と、前記対策が必要と判定された領域の腐食環境に接する領域を除去する工程１４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力プラント構造物の応力分布・強度分布のいずれか一方、またはその両方を評価する工程と、この評価にもとづいて前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域を判定する工程と、前記対策が必要と判定された領域の腐食環境に接する領域を除去する工程とを備えたことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項２】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力分布を評価する工程は、応力測定、数値解析のいずれか一方または両方の組み合わせの工程で行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項３】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の強度分布を評価する工程は、硬さ分布測定、数値解析のいずれか一方または両方の組み合わせの工程で行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項４】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域の判定は、応力分布が予め定められたしきい値以上となる領域を要対策領域としていることを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項５】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域の判定は、強度分布が予め定められたしきい値以上となる領域を要対策領域としていることを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項６】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域の判定は、過去の割れ事例から対策領域を設定することを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項７】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域の判定は、請求項４、請求項５、および請求項６のうち、少なくともいずれか２つ以上を組み合わせて行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項８】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物を除去する工程は、機械的切断、溶断、化学的切断のうち、少なくとも１つ以上で行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項９】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物を除去する工程は、除去後、平滑仕上げあるいは残留応力の改善のいずれか一方、あるいはその両方により表面仕上げを行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項１０】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域の判定は、除去を行う構造物の設計基準に基づいて除去範囲を選定することを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項１１】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の製作過程において除去することを前提として、完成形状に除去分をあらかじめ加えた寸法の構造物を製作することを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【請求項１２】
請求項１記載の原子力プラント構造物の予防保全方法において、前記構造物の除去を、当該構造物の工場製作、現地据付、運転開始後の検査のうち、いずれかの終了後に行うことを特徴とする原子力プラント構造物の予防保全方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラント構造物の予防保全方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉圧力容器の内部に配置された炉内構造物は、オーステナイト系ステンレス鋼あるいは高ニッケル合金等の耐食性および高温強度に優れた材料を使用しているが、高温高圧の環境下での長期に亘る運転および中性子照射に起因して材料劣化の心配がある。
【０００３】
特に、炉内構造物の溶接部あるいはその近傍は、溶接入熱による材料の鋭敏化および引張り残留応力の影響で潜在的に応力腐食割れが発生することがある。
【０００４】
この応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking：以下ＳＣＣと記す）は、腐食性環境におかれた金属材料に引張応力が作用して生ずる割れ現象のことであり、材料、環境、応力の３つの因子が重なったときに発生すると考えられている。
【０００５】
これら３つの因子のうち、応力の因子については、不働態皮膜を継続的に破壊するような引張応力や歪、腐食速度よりも遅くゆっくりした変形の進行がＳＣＣの発生に影響があるとされている。
【０００６】
また、軽水炉の一次冷却系のステンレス鋼やニッケル基合金等の材料に発生したＳＣＣの要因についても、通常のステンレス鋼の溶接熱影響部の粒界応力腐食割れ（Inter granular SSC）は、溶接熱影響による材料の鋭敏化と溶接残留応力とが重なったために発生したとされている。
【０００７】
さらにまた、低炭素ステンレス鋼では、表層部に残留している機械加工等による硬化層、溶接、加工による引張残留応力との３つの要因が重なることがＳＣＣ発生の主要因になっている。
【０００８】
このため、ＳＣＣの発生を防ぐ手段には、材料の耐食性向上、原子炉運転水質の改善など、材料、腐食環境の改善が図られてきた。
【０００９】
また、応力因子については、例えば、非特許文献１にも見られるように、表面圧縮応力を対象部分に与え、あるいは、配管の場合、高周波加熱による内面に圧縮力を与えるなどの施工を行ってきた。
【００１０】
このような技術の推移、進展の中、ＳＣＣ対策に係る技術には、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等数多くの発明が開示されている。
【００１１】
例えば、特許文献１では、原子炉炉内構造物にレーザ光を照射し、残留応力の改善を行い、また、特許文献２では、対象部分にウォータジェットピーニングを施工して残留応力の改善を行い、また、特許文献３では、溶接施工後、溶接変形の矯正処理を行うため、溶接部分の端部に付加ビードとしてマルテンサイト変態開始温度３００〜１５０℃または４００〜２００℃の溶接金属を被着させている。
【００１２】
このように、従来の構造物では、構造物自身に発生する事象に適した施工手段を選択し、高い強度維持への予防保全を行っていた。
【特許文献１】特許第３３０６０４０号公報
【特許文献２】特許第２９９５４５号公報
【特許文献３】特開２００３−１０３３９３号公報
【非特許文献１】原子力百科事典  ＵＲＬ  ｈｔｔｐ：／／ｍｅｘｔ−ａｔｍ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｔｏｍｉｃａ／０２０７０２２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
構造物部材の応力改善対策に、上述特許文献１〜３または非特許文献１を適用する場合、構造物部材の残留応力は改善されるものの、高硬度部は、依然として構造物部材の表面に残留している。
【００１４】
このため、追加補修溶接など何らかの形で外部より新たな負荷が加わった場合などは、再びＳＣＣ発生の可能性が高まるおそれがある。
【００１５】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたものであり、構造物部材の表面処理後、高残留応力あるいは高硬度部が残留することなくＳＣＣ発生を抑制する原子力プラント構造物の予防保全方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法は、上述の目的を達成するために、原子力プラント構造物の応力分布・強度分布のいずれか一方、またはその両方を評価する工程と、この評価にもとづいて前記構造物の応力腐食割れ対策が必要な領域を判定する工程と、前記対策が必要と判定された領域の腐食環境に接する領域を除去する工程とを備えたことを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法は応力腐食割れの要因となる高残留応力部、高強度部を事前に検出し、設定し、除去するので、応力腐食割れの発生を的確に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】
【００１８】
以下、本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法の手順を示すブロック図である。
【００２０】
本実施形態に係る原子力プラント構造物の予防保全方法は、構造物中の応力分布、強度分布のいずれか一方、またはその両方を評価する応力分布、強度分布評価としての第１工程１１と、この評価にもとづいて構造物中で応力腐食割れ対策が必要な領域に予め定められたしきい値を基に判定を行う応力・強度しきい値判定としての第２工程１２と、この第２工程１２における判定結果に基づいて対策範囲を策定する対策範囲策定工程としての第３工程１３と、対策が必要と判定された領域の腐食環境に接する部分の一部と除去する要対策領域除去工程としての第４工程１４とを備える構成になっている。
【００２１】
また、構造物中、高応力、高強度部の除去は、構造物の製作過程において、その一部を除去することを前提とし、構造物の完成形状に除去分の寸法を予め加えて作製した構造物についても上述の各工程を採ることができる。
【００２２】
また、除去施工は、構造物の工場製作工程、現地据付工程、運転開始後の検査工程のいずれの工程終了後に行ってもよい。
【００２３】
このような各工程を採る本実施形態に係る原子力プラント構造物の予防保全方法は、部分除去対策を行った領域において、高温純水中のＳＣＣの要因となる高残留応力部、高強度部を除去しているので、ＳＣＣ割れの発生を未然に防ぐことができる。
【００２４】
一方、上述の各工程中、応力分布・強度分布を評価する第１工程１１の具体的手法は、図２に示すように、実際の製作物あるいは製作物と同様の手順を用いて製作した製作物と同一形状、あるいはその一部の模擬試験体を用い、例えばＸ線法、ひずみゲージ法、光弾性法等に基づいて応力を測定し、応力数値解析を行うか、あるいは、例えばビッカース硬さ、タープ硬さ等により硬さを実測し、数値解析を行うか、さらには構造物の幾何学的形状を基にした数値解析のいずれかの手法を用いて行われる。
【００２５】
応力分布評価手段２１は、例えば、「最新応力・ひずみ測定・評価技術（監修：河田幸三  イーティーエス社  １９９２年５月）」に記載されているように、ひずみゲージ法、光弾性法、Ｘ線応力測定法、数値解析、磁気ひずみ法、ホログラフィ法、スペックル法、画像処理法、音弾性法、赤外線法、アコーステックス法、応力塗料膜法、モアレトポグラフィ・ホログラフィ干渉などのうち、いずれかの手法を用いる。
【００２６】
また、強度（硬さ）分布評価手段２２には、硬さ分布、残留ひずみ分布などのうち、いずれかが用いられる。なかでも、硬さ分布の評価には、ビッカース硬さ、タープ硬さ、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ、ショア硬さ、スーパーフィシャル硬さ、反発硬度などのうち、いずれかが用いられる。
【００２７】
また、残留ひずみ分布の評価には、数値解析が用いられる。
【００２８】
他方、構造物中、応力腐食割れ対策が必要な部分に予め定められたしきい値を基に判定を行う第２工程１２の具体的手法は、図３に示すように、上述の第１工程で求めた応力・強度分布から、実機運転中の各部分について、ＳＣＣ感受性を示すと考えられている応力のしきい値、強度のしきい値を超えるか否かについて判定を行うＳＣＣ発生環境判定工程２３を備えている。
【００２９】
すなわち、このＳＣＣ発生環境判定工程２３は、計測応力値が応力しきい値を超えているか否かの判定を行う応力判定工程２４、強度値が強度しきい値を超えているか否かの判定を行う強度判定工程２５、評価対象の構造物と同様の形状の構造物における割れ事例から実機中の対象部分についてＳＣＣ感受性を示すか否かについて判定を行う割れ事例有無判定工程２６を備えるとともに、これら各判定工程２４、２５、２６のうち、少なくとも二つ以上の判定結果を組み合わせて総合的に検討し、構造物中におけるＳＣＣ発生の可能性の高い領域を定めるＳＣＣ対策必要性領域判定工程２７とを備える構成になっている。
【００３０】
第２工程１２でＳＣＣ対策必要性領域が設定されると、対策範囲策定工程としての第３工程１３では、図４に示すように、第２工程１２で求めたＳＣＣ対策必要性領域の設定結果から除去対策を行う領域の設定をＳＣＣ対策必要性設定判定工程２８で行い、その設定に基づいて対策項目範囲策定工程２９でＳＣＣ対策項目範囲を策定するようになっている。
【００３１】
第３工程１３における対策項目範囲策定工程２９でＳＣＣ対策項目範囲が策定されると、要対策部分除去工程としての第４工程１４では、ＳＣＣ対策項目範囲の策定に基づいて、順次、対策範囲の選定が対策範囲選定工程３０で行われ、対策工法の選定が対策工法選定工程３１で行われ、対策実施の判定が対策実施判定工程３２でそれぞれ行われる。
【００３２】
対策実施の判定は、第３工程１３でのＳＣＣ対策項目範囲の策定について、施工後の強度計算に基づく設計基準との比較による対策範囲の策定、選択した除去加工方法による難易度の検討を行い、これらの検討結果から除去加工実施の最終判定がなされる。そして、最終判定の結果、除去実施を行わない場合、経過監視が行われ、除去加工が行われると、次の手段が採られる。
【００３３】
除去加工手段３３は、「最新切断技術総覧（株）産業技術サービスセンター刊」に記載されているように、（１）機械的切断（バイト・カッタによる切断、のこ切断（丸のこ、帯のこ）、砥粒による切断、研削砥石による切断、電解切断）、（２）溶断（ガス切断、プラズマ切断、ワイヤカット放電加工、放電減肉加工）や（３）化学的切断等のうち、いずれかの切断手法が少なくとも１つ以上用いられる。
【００３４】
また、除去施工後の作業は、仕上げ加工｛粗さ改善（表面みがき加工（ＣＮＳなど））｝や、応力改善（ＳＰ、ＬＰ、ＷＪＰなど）、組織・応力改善（ＳＲ、脱鋭敏化熱処理などのいずれか一つ、あるいは二つ以上組み合わせて行われる。
【００３５】
このように、本実施形態は、構造物のＳＣＣ割れの予防保全にあたり、構造物の応力・強度を評価し、評価する応力・強度のしきい値を基に応力腐食割れ対策が必要な領域を判定し、判定した応力腐食割れ対策領域の範囲を策定した後、その範囲の除去施工を行うので、適切にして的確に応力腐食割れの発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る原子力プラント構造物の予防保全方法の手順を示すブロック図。
【図２】図１における応力分布・強度分布評価としての第１工程を示すブロック図。
【図３】図１における応力・強度しきい値判定としての第２工程を示すブロック図。
【図４】図１における対策範囲策定工程としての第３工程を示すブロック図。
【図５】図１における要対策領域除去工程としての第４工程を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３７】
１１  応力分布・強度分布評価としての第１工程
１２  応力・強度しきい値判定としての第２工程
１３  対策範囲策定工程としての第３工程
１４  要対策領域除去工程としての第４工程
２１  応力分布評価手段
２２  強度（硬さ）分布評価手段
２３  ＳＣＣ発生環境判定工程
２４  応力判定工程
２５  強度判定工程
２６  割れ事例有無判定工程
２７  ＳＣＣ対策必要性領域判定工程
２８  ＳＣＣ対策必要性設定判定工程
２９  対策項目範囲策定工程
３０  対策範囲選定工程
３１  対策工法選定工程
３２  対策実施判定工程
３３  除去加工手段
【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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