(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の塗膜剥離や著しい腐食、気相の変動を生じることがなく、定常使用環境での耐食性に優れた長期供用可能なグレーチングやダクトカバーなどの金属製部材を提供する。  【解決手段】めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上（ただし、Ｍｇ：３％以下）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材、原子炉格納容器内のダクトあるいは配管類に用いる金属製カバー、原子炉格納容器内に用いる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】
めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材。
【請求項２】
めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内のダクトあるいは配管類に用いる金属製カバー。
【請求項３】
めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、１００〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製グレーチング。
【請求項４】
めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）を含有し、かつ、めっき付着量が、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融Ａｌ系めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の金属製部材、金属製カバーまたは金属製グレーチングのうち、少なくとも１つまたは２つ以上を用いたことを特徴とする原子炉格納容器。
【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の塗膜剥離や気相雰囲気の変動を抑制することが可能で、定常使用環境での耐熱水性と耐食性に優れた金属製部材、金属製カバーおよび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には、金属製のグレーチングやダクトカバーなどに代表される様々な金属製部材が使用されてきた。点検時などは、格納容器内は空気と適度な湿度を有する環境となるため、これら金属製部材には、鋼材からの発錆を抑制するために防食処理が必要とされる。
【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。また、塗膜ほど影響は大きくないが、めっき層の剥離物なども異物となる。
【０００４】
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。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製のグレーチングやダクトカバーが長期使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
格納容器内の気相雰囲気は制御されており、ＪＥＡＧ４６２８−２０１０で定める１２０℃〜１４０℃での数日間の格納容器冷却期間の間、気相が安定することも必要である。しかしながら、溶融亜鉛めっき鋼材を、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曝した場合、急激に腐食が進行し白色の亜鉛の腐食生成物を生成するおそれがある。かかる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。
【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カバーや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カバーやグレーチングの取り換え、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、腐食反応に伴う格納容器内の気相雰囲気のガス組成の安定喪失が課題と考えられる。
【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の塗膜剥離や著しい腐食、気相の変動を生じることがなく、定常使用環境での耐食性に優れた、長期供用可能なグレーチングやダクトカバーなどの金属製部材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、グレーチング類は作業床として、重量物の吊り下げや設置なども行われることから、強度がある廉価な普通鋼材に着目し、疵付きや高温水蒸気環境で剥がれや剥離の可能性の小さい、溶融めっき鋼材で高温水蒸気環境での腐食試験を行った。
【００１１】
その結果、ＪＩＳ  Ｇ  ３１０１：２０１０に定めているＳＳ４００等の炭素鋼は、溶融めっきによる防食作用により、定常環境での長期防食性を確保できることが確認された。一方、１４０℃での高温高圧水蒸気環境では、溶融亜鉛めっき鋼材は、めっき層が劣化して剥落し、気相の組成変動が確認された。しかし、めっき層にＡｌやＭｇを含有させることで、めっき層の剥落および気相の変動が抑制されることが確認された。
【００１２】
めっき付着量は、定常環境での長期防食性には、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０ｇ／ｍ２以上が必要であり、６００ｇ／ｍ２を超えると効果は飽和した。一方、めっき皮膜の平均組成は、１４０℃の高温高圧水蒸気環境では、Ａｌ＋Ｍｇの合計量が６質量％以上になると、剥離や酸化劣化が抑制される傾向が認められ、気相の安定性は、Ａｌ＋Ｍｇの合計量が５質量％では効果が認められず、６質量％以上の添加が必要であることが判明した。
【００１３】
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。
【００１４】
（１）めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材。
（２）めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内のダクトあるいは配管類に用いる金属製カバー。
（３）めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物であり、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、１００〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製グレーチング。
（４）めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）を含有し、かつ、めっき付着量が、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有する溶融Ａｌ系めっき鋼材を基材としたことを特徴とする、耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材。
（５）上記（１）〜（４）いずれかに記載の金属製部材、金属製カバーまたは金属製グレーチングのうち、少なくとも１つまたは２つ以上を用いたことを特徴とする原子炉格納容器。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の原子炉格納容器内に用いるグレーチングやダクトカバーなどの金属製部材は、定常環境では従来の金属製品と同様に長期使用することが可能であり、設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境下でも、塗膜の剥離や気相の変動を従来よりも抑制することが可能である。その結果、非常時での容器内での循環ポンプに対する負荷低減や、格納容器内の雰囲気の安定性向上が可能となり、さらに非常時から定常時に戻る場合の金属製部材の補修、交換や清掃などの費用削減も可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、特に断りの無い限り本明細書中では組成の％表示は質量％を意味する。
【００１７】
本発明の耐熱水性と耐食性に優れた原子炉格納容器内に用いる金属製部材の基材となる溶融めっき鋼材は、めっき層の平均組成が、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物で構成されており、かつ、めっき付着量が、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２である溶融めっき層を有することを特徴とするものである。
【００１８】
金属製部材としては、原子炉格納容器内のダクトや配管類に用いる金属製カバー、原子炉格納容器内に用いる金属製グレーチングなどがある。
【００１９】
上記の溶融めっき鋼材としては、薄板材、線材、厚板材、管材、またはこれらを加工した構造材が挙げられる。使用するめっき原板の組成は特に限定されるものではなく、従来一般的にグレーチング、ダクトあるいは配管類の金属製カバーの原板として使用されているものが適用できる。グレーチングなど強度を要求される用途に対しては、廉価なＪＩＳ  Ｇ  ３１０１：２０１０に定める一般構造用圧延鋼材などが好ましい。反対に、カバーなど強度を要求されない用途に対しては、加工性に優れた一般冷延鋼板などが好ましい。
【００２０】
溶融めっき層がＡｌを含有する溶融亜鉛めっき層である場合、その平均組成は、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる。Ｚｎは防食作用を付与する元素である。不可避的不純物は、それ以外の不純物元素からなり、合計１％以下の範囲が好ましい。本発明では、溶融めっき層中のＡｌ＋Ｍｇの含有量を６％以上にすることにより、１４０℃での高温高圧水蒸気環境におけるめっき層の剥落や、気相の変動を抑制する効果がある。Ａｌの含有量は、より好ましくは３〜５５％、特に好ましくは５〜５５％である。
【００２１】
一般に溶融めっき層においてＭｇは防食効果があるため、溶融亜鉛めっき層中のＭｇ含有量は０．５％以上、３％以下であることが好ましい。一方で、溶融亜鉛めっき浴にＭｇを含有させると、Ｍｇ酸化物系ドロスの生成によりめっき性が低下する恐れがあり、ドロスの付着による製品の表面外観の劣化を抑制するため、３％以下が好ましい。また、前記ドロスの生成は、溶融亜鉛めっき浴中にＡｌを含有させることで抑制されるため、溶融亜鉛めっき層の平均組成は、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上とすることで、防食効果があり、かつめっき性にも優れる溶融めっき鋼材が得られる。
【００２２】
溶融めっき層が溶融Ａｌ系めっき層である場合、その平均組成は、質量％で、Ａｌ＋Ｍｇ：６％以上、Ｍｇ：３％以下（０を含む）を含有し、残部がＡｌからなる。アルミめっきのような高温のめっき浴において、多量のＭｇを含有させることは、めっき層にＭｇ系酸化皮膜が生成することが懸念されため、Ｍｇ含有量を０〜２％とすることがより好ましい。本発明では、溶融めっき層中のＡｌ含有量を１００％とすることにより、１４０℃での高温高圧水蒸気環境におけるめっき層の剥落や、気相の変動を抑制する効果が、亜鉛溶融めっきに比べて顕著になる傾向がある。
【００２３】
溶融めっきの方式は、金属製部材の用途や形状、原板の特性などを考慮して適宜に選択されてよい。すなわち、溶融めっき鋼材が加工性に優れている場合は、先にめっき処理を行い、溶融めっき鋼材を所定形状に加工しても良い。反対に、溶融めっき鋼材が加工性に劣る場合は、先に原板を所定形状に加工し、加工した部材を後でめっきしても良い。
【００２４】
例えば、原子炉格納容器内に用いる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ことから強度が要求されるので、原板として、廉価なＪＩＳ  Ｇ  ３１０１：２０１０に定める一般構造用圧延鋼材が好ましく使用される。前記原板を用いて所定形状のグレーチングを形成し「後めっき」工程により、形成したグレーチングに所定の溶融めっきを施すことで、複雑な加工工程によるめっき層の剥離や疵付きを防止できる。
【００２５】
本発明の原子炉格納容器内に用いる金属製部材においては、めっき付着量は、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜６００ｇ／ｍ２とする必要がある。めっき付着量が３０ｇ／ｍ２未満になると、定常環境での長期防食性が低下し、一方、めっき付着量が増大すると一般に耐食性は向上し、加工性、溶接性等が低下する。
【００２６】
金属製部材が金属製グレーチングである場合、後めっき工程を適用することなどを考慮すると、より優れた防食性を付与するためには、めっき付着量は、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、片面あたり１００ｇ／ｍ２以上とすることが好ましい。めっきの付着量は、６００ｇ／ｍ２を超えても防食効果が飽和するため不経済となる。防食性および経済性の観点からは、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、１００〜３００ｇ／ｍ２とすることが特に好ましい。
【００２７】
金属製部材が原子炉格納容器内のダクトあるいは配管類に用いる金属製カバーである場合、強度が要求されない。ダクトや配管類等のカバーは複雑な形状を有するものが多く、めっき付着量が増大すると加工性、溶接性等が低下するため、「先めっき」工程により、薄い平板形状の原板に所定の溶融めっきを施した後、溶融めっき鋼材を後加工するのが良い。めっき付着量は、加工や溶接のし易さの点より、Ｚｎ＋Ａｌの合計量で、３０〜１００ｇ／ｍ２とすることが特に好ましい。
【００２８】
本発明において基材となる溶融めっき鋼材の後処理は、特に限定されるものではなく、溶融めっき皮膜の上層に、陽極酸化処理あるいは化成処理を施したり、ＪＥＡＧ４６２８−２０１０「原子炉格納容器内の塗装に関する指針」に適合する塗膜を設けたりしても良く、後処理によって本発明による効果が損なわれることはない。
【００２９】
例えば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方法が挙げられる。硫酸による処理（アルマイト処理）では、発生した微細孔をふさぐ封孔処理（煮沸水による処理）は、施しても良いし、施さなくても良い。アルマイト処理による所定の膜厚の酸化皮膜を設けた金属製部材は、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。アルマイト処理を施した溶融めっき鋼材からなる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、任意で設けても良い。
【００３０】
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て良い。化成処理で行われる前処理として、アルカリ脱脂剤を用いた処理を行い、該処理終了後、蒸留水やイオン交換水で洗浄処理を行うことも可能である。
【００３１】
溶融めっき皮膜、あるいは、さらにその上層に陽極酸化処理あるいは化成処理による処理皮膜を形成した溶融めっき鋼材の上に、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良い。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明の金属製部材、金属製カバー、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】
【００３４】
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。
【００３５】
（実施例１〜５、比較例１）
グレーチング等を模擬した後めっき鋼材を用いて実験した。
ＳＳ４００普通鋼材（板厚３．２ｍｍ、縦横７ｃｍ×１５ｃｍ）に、それぞれ、表１に示すめっき層平均組成を有する溶融めっきを施した溶融めっき鋼材を用いた。
【００３６】
（実施例６〜１０、比較例２〜４）
パイプダクト、カバー類等を模擬した先めっき鋼材を用いて実験した。
ＳＳ４００普通鋼材（板厚０．８ｍｍ、縦横７ｃｍ×１５ｃｍ）に、それぞれ、表１に示すめっき層平均組成を有する溶融めっきを施した溶融めっき鋼材を用いた。
【００３７】
【表１】
2016211858.tif 000002
【００３８】
（比較例５）
板厚０．８ｍｍ、縦横７ｃｍ×１５ｃｍの炭素鋼材を用いた。
【００３９】
（比較例６）
板厚３．２ｍｍ、縦横７ｃｍ×１５ｃｍのステンレス鋼材（１８質量％のクロムを含むＳＵＳ３０４）を用いた。
【００４０】
実施例および比較例で用いた鋼材の特性評価は、以下に示す方法で行った。評価結果を表２に示す。
【００４１】
（Ａ）定常環境での長期供用時の発錆
定常環境での長期供用時の発錆をしらべるために、実験室内で水を定期的に噴霧し１２ヶ月間経過後の基材からの赤錆の発生有無を目視にて確認した。
赤錆の発生が認められないものを「○」、赤錆が認められ長期継続使用が懸念されるものを不可として「×」と評価した。
【００４２】
（Ｂ）１４０℃耐食性
気相部分への影響や補修による継続使用は、基材の腐食や塗膜剥離の状態に依存することから、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を評価した。
１４０℃の水蒸気に４８時間曝した後に、表面に腐食生成物が見られないものを「良」として「◎」、全体が変色し腐食生成物が見られるがめっき皮膜の剥離や異物が発生しないものを「可」として「○」、めっき皮膜の剥離が認められ補修して継続使用が懸念されるものを「不可」として「×」と評価した。
【００４３】
（Ｃ）気相の安定性
気相の安定性を評価するために、７ｃｍ×１５ｃｍの試験材を一定量の純水と共にステンレス製圧力容器に入れて密封し１４０℃に４８ｈ保持して圧力変動を記録した。
１４０℃に達した後、圧力変動の無いものは皮膜が安定しているとして「◎」、圧力が腐食反応により低下したものは可として「○」、試験期間中に圧力が不安定な現象が観察されるが２ｈ未満にとどまるものを「△」、試験期間中に圧力が不安定な現象が２ｈ以上続くものを不可として「×」とした。
【００４４】
【表２】
2016211858.tif 000003
【００４５】
表２より、比較例１および比較例２の溶融亜鉛めっき鋼材は、設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境下での耐食性および気相の安定性が劣っていた。
【００４６】
実施例１〜１０および比較例３の評価結果から、定常時の耐食性を確保するためには、めっき付着量は、亜鉛とアルミニウムの合計量として、３０ｇ／ｍ２以上必要であることがわかる。
【００４７】
実施例１〜１０および比較例４の評価結果から、非定常時の気相安定性を確保するためには、めっき層の平均組成が、アルミニウムとマグネシウムが合計で６質量％以上必要であることがわかる。溶融亜鉛めっき鋼材を基材とする板厚３．２ｍｍの金属製部材（実施例１〜４）の場合、Ｚｎ＋Ａｌの合計付着量が１００ｇ／ｍ２以上であることから、全ての評価項目で良好な結果が得られている。溶融亜鉛めっき鋼材を基材とする板厚０．８ｍｍの金属製部材（実施例６〜９）の場合、Ｚｎ＋Ａｌの合計付着量が３０ｇ／ｍ２以上であることから、全ての評価項目で良好な結果が得られている。
【００４８】
実施例５の溶融アルミめっき鋼材は、性能は優れているが、めっき処理温度が７００℃と高温のため対象製品によっては変形などが懸念され、適用に制約がある。
【００４９】
実施例１０のＳｉ含有溶融めっき鋼材は、設計時に仮想されている高圧熱水の非定常環境下での耐食性および気相の安定性が特に優れている。
【００５０】
比較例６のステンレス鋼は、性能は優れているが、普通鋼材に比較して加工性が劣り、鋼材コストも高い欠点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の原子炉格納容器内に用いる金属製部材、金属製グレーチング、ダクトあるいは配管類に用いる金属製カバーは、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、気相の変動を生じることがなく、定常使用環境での耐食性に優れた長期供用可能になるものである。よって、本発明による産業上の寄与は大である。