(57)【要約】【課題】設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境で、塗膜剥離や著しい腐食を生じることがなく、かつ通常使用環境での耐摩耗性や強度に優れた金属製グレーチングを提供する。 【解決手段】ＪＩＳ  Ａ５０００系のＡｌ−Ｍｇ系合金またはＪＩＳ  Ａ６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウム合金を基材としたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチング、ならびに、前記アルミニウム合金を基材として、その上層にアルマイト処理による厚さ１０μｍ以上１５０μｍ以下の酸化皮膜を設けたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性と耐摩耗性に優れた原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチングである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ  Ａ５０００系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ  Ａ６０００系合金からなるアルミニウム合金を基材としたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性に優れた、原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチング。
【請求項２】
Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ  Ａ５０００系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ  Ａ６０００系合金からなるアルミニウム合金を基材として、その上層にアルマイト処理による厚さ１０μｍ以上１５０μｍ以下の酸化皮膜を設けたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性と耐摩耗性に優れた、原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチング。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軽量金属製グレーチングを、原子炉格納容器内の適所に配設した原子炉格納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所の原子炉格納容器内において設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境で塗膜剥離や著しい腐食を生じず、かつ定常使用環境での耐食性と耐摩耗性に優れた軽量金属製グレーチングに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉格納容器内の気相部分には、金属製のグレーチングが使用されてきた。グレーチングは通常は気相で使用され、耐食性と、作業床として靴で踏まれることから耐摩耗性が要求される。
【０００３】
格納容器の設計事故時に仮想されている高圧熱水の非定常環境では、容器内部を冷却するために大量の冷却水が循環する。その条件下で剥離する塗膜は、循環ポンプに負荷をかける異物として計算される。ＪＥＡＧ４６２８−２０１０「原子炉格納容器内の塗装に関する指針」では、原子炉格納容器内に用いる塗膜等に対して、１７０℃程度の高圧熱水の非定常環境での剥離性を評価するために、放射線照射と高温高圧の熱水環境を模擬した試験が規定されている。
【０００４】
これらの要求特性から、従来は安価で、これらの特性に優れた無塗装の溶融亜鉛めっき鋼材のグレーチングが使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、格納容器の設計事故時に仮想されている非定常環境である１２０℃から１７０℃の高温の熱水や蒸気に溶融亜鉛めっき鋼材を曝した場合、腐食が進行し白色の亜鉛の腐食生成物を大量に生成することが判明した。腐食生成物が冷却水で剥離した場合、原子炉格納容器内の冷却系の循環ポンプの作動に対する負荷となるだけでなく、通常は安定な不活性雰囲気に保持されている格納容器内が、腐食反応によるガスの発生や吸収により気相雰囲気の安定が乱される可能性が考えられる。
【０００６】
また、原子炉格納容器内で冷却機能の低下等による非定常環境に溶融亜鉛めっき鋼材製のグレーチングが曝された場合、その後の復旧時に、亜鉛めっき喪失によるグレーチングの取り換えや、大量の白色の亜鉛腐食生成物の発生による格納容器内の掃除も課題と考えられる。
【０００７】
グレーチングは、原子炉格納容器内の足場や階段となり、作業床として重量物の吊り下げや設置等も行われるため、基材の軽量性と強度が求められる。特許文献２には、バルコニー等に設けた排水溝の溝口を塞ぐためのアルミ合金製グレーチングが報告されているが、当該グレーチングの原子炉格納容器内での高圧熱水に対する腐食性能は不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−０３７５８８号公報
【特許文献２】特開平７−３００８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境で、塗膜剥離や著しい腐食を生じることがなく、かつ通常使用環境での耐食性と耐摩耗性に優れた軽量金属製グレーチング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】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明者らは、グレーチングとして、軽量で扱いやすく強度のあるアルミニウム合金に着目して高温水蒸気環境での腐食試験を行った。ＪＩＳ  Ａ６０００系アルミニウム合金を、陽極酸化処理や化成処理等の表面処理を施さない状態で高温水蒸気環境に曝すと、表面に腐食が生じた。腐食生成物は基材に密着しており、溶融亜鉛めっき鋼材に比較すると軽微であった。そして、ＪＩＳ  Ａ６０００系アルミニウム合金に所定膜厚のアルマイト処理を行うことで、高温水蒸気環境に曝したときに腐食が完全に抑制できることが判った。
【００１１】
上記アルミニウム合金は、ＪＥＡＧ４６２８−２０１０「原子炉格納容器内の塗装に関する指針」に定める条件で耐熱水性を評価しても、気相雰囲気への影響は、溶融亜鉛めっき鋼材の１／１００以下と軽微であり、更にアルマイト処理により所定膜厚の酸化皮膜を形成すると完全に抑制できることが判った。
【００１２】
アルマイト処理による所定膜厚の酸化皮膜を形成したアルミニウム合金は、一般的な道路での長期供用は耐摩耗性の観点から難しいものの、原子炉格納容器内に用いる樹脂底の作業靴で踏まれた際の耐摩耗性は良好であった。グレーチングの上で機械や金属部材を扱う作業を行い、金属とグレーチングがぶつかると、アルマイト層が疵つく場合があることが確認された。しかし、このような疵を想定しアルマイト層に疵をいれて、ＪＥＡＧ４６２８−２０１０「原子炉格納容器内の塗装に関する指針」に定める条件で耐熱水性を評価しても、疵部分から腐食が全面に広がることはなく、アルマイト処理による所定膜厚の酸化皮膜を形成したアルミニウム合金製グレーチングは有効であった。
【００１３】
一方、耐食性に優れるＪＩＳ  Ａ１０００系の純Ａｌ材は、グレーチング等への加工はし易いものの強度が低く、特に原子炉格納容器内の温度が上昇した際の強度低下により機材等の支えに難があるのに対し、ＪＩＳ  Ａ５０００系のＡｌ−Ｍｇ、ＪＩＳ  Ａ６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉからなるアルミニウム合金は、基材として優れていることを知見した。
【００１４】
以上の知見により本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
【００１５】
（１）Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ  Ａ５０００系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ  Ａ６０００系合金からなるアルミニウム合金を基材としたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性に優れた、原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチング。
【００１６】
（２）Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ  Ａ５０００系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ  Ａ６０００系合金からなるアルミニウム合金を基材として、その上層にアルマイト処理による厚さ１０μｍ以上１５０μｍ以下の酸化皮膜を設けたことを特徴とする、高温高圧水蒸気環境での耐食性と耐摩耗性に優れた、原子炉格納容器内に用いる軽量金属製グレーチング。
【００１７】
（３）上記（１）または（２）に記載の軽量金属製グレーチングを、原子炉格納容器内の適所に配設した原子炉格納容器。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の原子炉格納容器内の軽量金属製グレーチングは、高温高圧水蒸気環境での耐食性に優れ、設計時に仮想されている高温高圧水蒸気の非定常環境下でも腐食が軽微あるいは皆無であり、腐食生成物の剥離が生じにくい。その結果、非常時においても冷却水循環ポンプに対する負荷を低減でき、格納容器内の気相雰囲気を安定に保持することが可能となる。また、定常状態に戻った際に腐食生成物の除去等の問題を生じない。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、原子炉格納容器内で用いる軽量金属製グレーチングを対象とする。この軽量金属製グレーチングは、足場、階段等の作業床として使用される。
【００２０】
軽量金属製グレーチングの基材は、グレーチングの設置のし易さ等の作業性や加工性、高温高圧水蒸気環境での耐食性や気相への影響の少なさの点から、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金が望ましい。特に高温における強度の点から、ＪＩＳ  Ａ５０００系のＡｌ−Ｍｇ系マグネシウム合金、またはＪＩＳ  Ａ６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系マグネシウム合金が適切である。一方、ステンレス基材は、耐食性に優れていて気相への影響も小さいが、重量が大きく高価であるという問題がある。ＪＩＳ  Ａ５０００系マグネシウム合金における好ましいＭｇ含量は１．０〜６．０重量％である。ＪＩＳ  Ａ６０００系マグネシウム合金における好ましいＭｇ含量は０．５〜３．０重量％、Ｓｉ含量は０．２〜１．０重量％である。
【００２１】
軽量金属製グレーチングが曝される、想定される事故環境は、高温水蒸気環境である。陽極酸化処理や化成処理等の防食処理を施さない未処理のＪＩＳ  Ａ５０００系およびＪＩＳ  Ａ６０００系のアルミニウム合金は、高温水蒸気環境で腐食するものの、腐食生成物は基材に密着しており、また腐食の程度は溶融亜鉛めっき鋼材の１／１００以下であることから、高温高圧水蒸気環境下でも使用可能である。また、腐食生成物が冷却水で剥離し難いため、原子炉格納容器内の冷却系の循環ポンプの作動に対する負荷となることがない等の利点を有している。
【００２２】
さらに基材の腐食を抑制するためには、ＪＩＳ  Ａ５０００系またはＪＩＳ  Ａ６０００系のアルミニウム合金に、陽極酸化処理あるいは化成処理による防食処理を施すことが好ましい。陽極酸化処理は公知の方法、例えば硫酸、シュウ酸、クロム酸、リン酸、ホウ酸等の酸性浴中で陽極酸化処理することにより行われるが、特に硫酸中での陽極酸化処理（アルマイト処理）が好ましい。
【００２３】
アルマイト処理を施し、表面に酸化アルミニウムの皮膜を形成したＪＩＳ  Ａ５０００系またはＪＩＳ  Ａ６０００系のアルミニウム合金からなる軽量金属製グレーチングは、高温蒸気環境で安定であり十分な耐食性を保持するとともに、耐摩耗性にも優れている。
一般的なアルマイト処理は、上記のアルミニウム合金でグレーチングを成形した後、アルマイト処理する。グレーチング表面のアルマイト処理は、硫酸濃度１０〜２０％、電流密度１〜２Ａ／ｄｍ２、電解液温度１５〜３０℃、通電時間１０〜３０分程度で行われる。その際、アルミニウム合金の表面に微細孔が規則正しく多数形成される。アルマイト処理により発生した微細孔をふさぐ封孔処理は、所定の膜厚の酸化皮膜を形成しておけば、施してもよいし、施さなくてもよい。アルマイト処理による所定の膜厚の酸化皮膜を設けたグレーチングは、封孔処理の有無に拘わらず、高温蒸気環境に曝された場合でも安定した耐食性を示すためである。封孔処理には、煮沸水等が使われる。
【００２４】
アルマイト処理による酸化皮膜の膜厚は、アルマイト処理時の電流密度と通電時間の積である積算電流量で決定される。酸化皮膜の膜厚は、１０μｍ〜１５０μｍの範囲とすることが好ましく、５０〜１００μｍの範囲とすることがより好ましい。酸化皮膜の膜厚が１０μｍ未満では、封孔処理を施しても、高温蒸気環境に曝された場合には部分的に腐食生成物を生じることがある。一方、酸化皮膜の膜厚が１５０μｍを超えると、基材の取り扱い中に皮膜が割れる場合があるだけなく、アルマイト処理にも時間がかかりコスト高となる。
【００２５】
アルマイト処理を施したＪＩＳ  Ａ５０００系またはＪＩＳ  Ａ６０００系のアルミニウム合金からなる軽量金属製グレーチングは、作業靴で踏まれても表面に疵がつくことはない程度の耐摩耗性がある。従って、さらなる保護膜を設けることを必要としないが、任意で設けてもよい。
【００２６】
化成処理は公知の方法、例えば、クロメート処理、リン酸クロメ―ト処理、リン酸ジルコニウム処理、リン酸チタニウム処理等を施すことにより行われる。化成処理を施すことにより形成された皮膜は、高温蒸気環境で若干の変色（黄色化）がみられる。一般的な化成処理では、前処理として、アルカリ脱脂剤を用いた脱脂・エッチング処理が施され、アルミニウム合金板表面の圧延油、摩耗粉、酸化皮膜等が除去される。このアルカリ脱脂・エッチング処理終了後、蒸留水やイオン交換水で洗浄処理を行い、続いて化成処理が施される。化成処理による皮膜を形成したＪＩＳ  Ａ５０００系またはＪＩＳ  Ａ６０００系のアルミニウム合金からなる軽量金属製グレーチングは、アルマイト処理による酸化皮膜を形成したものに比べて、高温高圧水蒸気環境での耐食性や気相への影響の点で若干劣る傾向がある。
【００２７】
ＪＩＳ  Ａ５０００系またはＪＩＳ  Ａ６０００系アルミニウム合金からなる基材の上層に、陽極酸化処理あるいは化成処理による皮膜を形成した軽量金属製グレーチングは、原子炉格納容器内の作業床として用いる場合、作業内容によって水で濡れることもある。従って、陽極酸化処理あるいは化成処理による皮膜の上に、公知の滑り止め塗料を塗布して滑り止め用の塗膜を形成してもよい。
【００２８】
滑り止め性に優れるという観点からは、塗膜表面に適正な凹凸を形成し得るエポキシ樹脂系塗料を用いることが望ましい。滑り止め方法としては、例えば、滑り止め防止剤を含むエポキシ樹脂系塗料を塗布する方法、あるいは、エポキシ樹脂系塗膜が乾燥する前の表面に、適正な形状の滑り止め防止剤をスプレー塗装、刷毛塗り、ローラー塗り等により塗布した後、乾燥することで表面に滑り止め防止剤を固定する方法等を挙げることができる。また、塗装した後、焼付け硬化させることで、強固な塗膜を形成することができる。エポキシ樹脂系塗料としては、エポキシ樹脂と硬化剤とその他添加剤を適宜に配合したもの等を用いることができ、エポキシ樹脂の種類や硬化剤の種類は特に限定されない。
【００２９】
本発明の軽量金属製グレーチングは、高温高圧水蒸気環境での耐食性、耐摩耗性に優れたものであり、各素材の特性に応じて、原子炉格納容器内の適所に配設することにより、経済性に優れ、かつ長期供用可能なものとなる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例および比較例を用いて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００３１】
軽量金属製グレーチング基材の評価は、以下に示す方法により実施した。
【００３２】
（Ａ）引張り試験
ＪＩＳ  Ｈ  ４０００：２０１４「アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条」に準じて、常温での引張強さを評価した。
引張強さが、１５０Ｎ／ｍｍ２未満のものを「不可」として「×」、１５０Ｎ／ｍｍ２以上４００Ｎ／ｍｍ２未満のものを「可」として「○」、４００Ｎ／ｍｍ２以上のものを「可」として「◎」とした。
【００３３】
（Ｂ）１４０℃耐食性試験
腐食生成物が剥離して循環水に混入した場合の循環ポンプへの負荷、および、高温水蒸気環境から定常に戻った際の清掃負荷の評価として、１４０℃の水蒸気に４８時間曝した後に、表面に腐食等の変状が目視で確認できないものを「良」として「◎」、変状の面積が１０％未満で補修して継続使用可能なものを「可」として「○」、変状の面積が１０％以上で腐食時に気相部分への影響や補修しての継続使用が懸念されるものを「不可」として「×」と評価した。
【００３４】
（Ｃ）高温水蒸気環境での気相の安定性試験
１４０℃の水蒸気に４８時間曝した際の、１４０℃に到達した時点から４８時間の試験材からのガスの発生量を評価した。
試験材の表面積を一定として溶融亜鉛メッキ材の発生ガス量を基準（１００）として、発生ガス量が２０／１００以上を「不可」として「×」、２０／１００未満５／１００以上を「可」として「△」、５／１００未満１／１００以上を「良」として「○」、１／１００未満を「優」として「◎」とした。
【００３５】
（Ｄ）耐熱水試験
塗装部材について、ストレーナーへの悪影響を防止するため、ＪＥＡＧ４６２８−２０１０「原子炉格納容器内の塗装に関する指針」に定める条件で耐熱水性を評価しても塗膜の剥離がないものを「良」として「○」、剥がれ落ちるものを「不可」として「×」と評価した。
【００３６】
（Ｅ）耐摩耗性試験
ＪＩＳ  Ｋ  ７２０４「プラスチック−摩耗輪による摩耗試験方法」に定めるテーバー型耐摩耗試験を実施した。摩耗輪にはＣＳ１０の弾力性あるタイプを用い、荷重１０００ｇで５００サイクルの試験を行い、摩耗量および表面の疵の状態を評価した。グレーチングの金属部の摩耗量が１ｍｇ以上を「×」、摩耗量が１ｍｇ未満で表面疵が認められる場合を「○」、摩耗量が１ｍｇ未満で表面疵も認められない場合を「◎」とした。
【００３７】
（実施例１〜１０）
ＪＩＳ  Ａ５０００系アルミニウム基材として、ＪＩＳ  Ａ５０５２合金を使用した。ＪＩＳ  Ａ６０００系アルミニウム基材として、ＪＩＳ  Ａ６０６３合金を使用した。これらの基材への酸化膜の形成および塗膜の形成は以下の方法によった
【００３８】
＜陽極酸化処理＞
以下に示す処理方法によりアルマイト処理を行った。すなわち、基材表面を脱脂（日本ペイント製「サーフクリーナー」を使用）した後、水洗、アルカリエッチング、水洗、中和、水洗、希硫酸溶液中でのアルマイト処理、水洗、封孔処理、水洗の手順で実施した。アルマイト処理では電解時間を変えて皮膜の膜厚を調整した。
封孔処理は、熱水中にて約１０分間行った。
【００３９】
＜化成処理＞
基材表面へのクロメ―ト系の化成処理は、アロジン＃１２００（日本パーカライジング製）を使用して実施した。また、基材表面へのリン酸クロメート系の化成処理は、アルカリエッチング後に、アロジン＃１０００（日本パーカライジング製）を使用して実施した。
【００４０】
＜塗膜形成＞
作業床として滑り防止を付与するノンスリップ型のエポキシ樹脂系塗料として、中国塗料製ハイフロア９３０（表中「ＮＳ−Ｅｐ」で表示）をスプレー塗装した。
【００４１】
（比較例１）
ＪＩＳ  Ａ１０００系アルミニウム基材（純アルミニウム）として、ＪＩＳ  Ａ１１００を使用した。
【００４２】
（比較例２）
溶融亜鉛めっき鋼材として、めっき層内の亜鉛の含量９８ｍａｓｓ％、付着量３５０ｇ／ｍ２のものを使用した。
【００４３】
（比較例３）
ステンレス（ＳＵＳ３０４）鋼材を使用した。
【００４４】
実施例および比較例で作製した軽量金属製グレーチングの評価結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2016099277.tif 000002
【００４６】
表１より、アルミニウム基材としては、引張強さ、１４０℃での耐食性試験、高温水蒸気環境での気相安定性試験の結果から、ＪＩＳ  Ａ５０００系合金およびＪＩＳ  Ａ６０００系合金が適している。これらのアルミニウム系合金は、溶融亜鉛めっき鋼材（比較例）に比較して、軽量、かつ防食性と気相の安定性に優れている。ＳＵＳ３０４ステンレス鋼材（比較例）と比較して、軽量かつ安価である。ＪＩＳ  Ａ１０００系の純アルミニウム（比較例）と比較して、強度の点で優れている。
【００４７】
ＪＩＳ  Ａ５０００系アルミニウム合金およびＪＩＳ  Ａ６０００系アルミニウム合金の上層に、厚さ１０μｍ〜１５０μｍのアルマイト皮膜を形成した基材（実施例１〜６）は、封孔処理の有無に拘わらず、１４０℃での耐食性試験、高温水蒸気環境での気相の安定性試験および耐摩耗性において、より良好な結果が得られることがわかる。アルマイト皮膜の厚さは、１０μｍ以上であれば効果の差は認められず、１００μｍで効果が飽和する傾向があり、１５０μｍを超えて膜厚を厚くしても、処理費用の増大となるため好ましくないことが窺える。
【００４８】
アルマイト皮膜の上に、エポキシ樹脂系塗料による滑り止め塗装を施した基材（実施例６）は、高温水蒸気環境での防食性能や気相安定性は維持されており、塗膜の密着性も良好であった。
【００４９】
搬送時の防食性向上等を目的に、アルマイト処理以外の化成処理を施した基材（実施例７、８）は、無処理（実施例９）の基材と同等の性能が保持されていることがわかる。アルマイト皮膜の厚さが５μｍで封孔処理を施していない基材（実施例１０）は、表面に若干の変状が確認された。