(57)【要約】【課題】高強度および高耐食性を有するボルトを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のボルト１１の製造方法は、表面４に高硬度高耐食材料２を摩擦攪拌により肉盛して摩擦肉盛層３を形成し、またはステンレス鋼基材の表面に非消耗の高硬度材２２を摩擦攪拌して摩擦攪拌層２３を形成し、この摩擦肉盛層３または摩擦攪拌層２３にねじ山を形成することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高硬度高耐食材料を摩擦攪拌によって基材に肉盛りして形成された摩擦肉盛層を切り出し、この切り出された摩擦肉盛層から形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２】
表面に高硬度高耐食材料を摩擦攪拌により肉盛して摩擦肉盛層を形成し、この摩擦肉盛層にねじ山を形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項３】
請求項１および２記載の高硬度高耐食材料はステンレス鋼、ニッケル基合金、コバルト基合金から選択されて成ることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項４】
ステンレス鋼基材の上に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌させ、ステンレス鋼基材に形成された摩擦攪拌層を切り出し、この切り出された摩擦肉盛層から形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項５】
ステンレス鋼基材の表面に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌して摩擦攪拌層を形成し、この摩擦攪拌層にねじ山を形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項６】
表面に耐食性が良好な箔、粉末、液体のいずれかを塗布または接触させ、その表面に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌して摩擦攪拌層を形成し、この摩擦攪拌層にねじ山を形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項記載の製造方法によって構成されたボルト。
【請求項８】
請求項７に記載のボルトを高強度高耐食性が要求されるボルト締結部に使用することを特徴とする原子炉炉内構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度および耐食性が要求されるボルトおよびボルトの製造方法、原子炉炉内構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子炉内構造物に使用されるボルト材には、強度および耐食性が要求されることから、析出硬化型ニッケル基合金や冷間加工したオーステナイト系ステンレス鋼などが使用されている。しかし、加圧水型原子炉ではバッフルフォーマーボルトと呼ばれる冷間加工したオーステナイト系ステンレス鋼製のボルトが使用されているが、硬度および耐食性に課題があった。
【０００３】
そこで、高硬度および高耐食性材料を得る技術として低入熱プロセスである摩擦攪拌技術を利用した表面改質技術が考えられる。近年、開発された摩擦攪拌接合技術は、アルミニウムを中心に実用化されているが、鉄を中心とした高強度部材においては実用化されておらず、中でも表面改質技術については研究段階である。
【特許文献１】特開２００７−１３２８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−０７４５３４号公報
【特許文献３】特開２００６−２５５７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の析出硬化型ニッケル基合金や冷間加工したオーステナイト系ステンレス鋼製ボルトにおいては、原子炉運転中の高温高圧水環境下において硬度および耐食性に劣るという課題があった。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、ボルト材料を低温プロセスである摩擦攪拌接合技術を用いて製造することにより、高強度および高耐食性を有するボルト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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明のボルトの製造方法は、高硬度高耐食材料を摩擦攪拌によって基材に肉盛りして形成された摩擦肉盛層、またはステンレス鋼基材の上に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌させ、ステンレス鋼基材に形成された摩擦攪拌層を切り出し、この切り出された摩擦肉盛層または摩擦攪拌層から形成することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のボルトの製造方法は、表面に高硬度高耐食材料を摩擦攪拌により肉盛して摩擦肉盛層を形成し、またはステンレス鋼基材の表面に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌して摩擦攪拌層を形成し、この摩擦肉盛層または摩擦攪拌層にねじ山を形成することを特徴とする。
【０００８】
またさらに、本発明のボルトの製造方法は、表面に耐食性が良好な箔、粉末、液体のいずれかを塗布し、その表面に非消耗の高硬度材を摩擦攪拌して摩擦攪拌層を形成し、この摩擦攪拌層にねじ山を形成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は上記製造方法によって製造されたボルトおよびこのボルトが形成された原子炉炉内構造物を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高硬度高耐食材料を摩擦攪拌により形成された肉盛層をボルト材料とすることにより、高硬度かつ高耐食性を有するボルトおよび原子炉炉内構造物を得ることが出来る。
【００１１】
また、本発明によれば、非消耗型の高硬度材料を摩擦攪拌により形成された摩擦攪拌層をボルト材料またはボルトのねじ部とすることにより、高硬度かつ高耐食を有するボルトおよび原子炉炉内構造物を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る摩擦攪拌技術を用いたボルトの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施例１）  
まず、図１を参照して実施例１を説明する。本実施例１は、基材１、高硬度高耐食材料による回転治具２、摩擦攪拌により形成された肉盛層３から構成されている。
【００１４】
このように構成された本実施の形態において、図１（a）に示すように基材１に対し回転治具２を摩擦攪拌により肉盛りする。
【００１５】
図２に高硬度ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを回転冶具２とし、基材１をＳＵＳ３１６Ｌで加圧荷重２２５００Ｎ、回転数４００ｒｐｍの施工条件で摩擦攪拌による肉盛を行った後の肉盛層の断面観察例を示す。肉盛層の結晶粒は１μｍ以下と微細になっており、一般的に微細材料は高硬度で、耐食性に優れていることがわかっている。
【００１６】
従って、図１（ｂ）に示すように、肉盛層３からボルト材３aを採取することにより、高硬度かつ高耐食を有するボルト材料３aを得ることが出来る。そして採取されたボルト材３aからボルトを切り出し、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを製作することができる。
【００１７】
また、図３に示すようにボルト１１のねじ部４となる丸棒状態の部材の表面に回転冶具２による摩擦攪拌による肉盛層３を形成させた場合においても、肉盛層３からねじを切り出してねじ部４を形成することにより、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを得ることが出来る。
【００１８】
また、本実施例に示した耐食性材料による回転治具２に肉盛溶接材料として実績があるコルモノイなどのニッケル基合金を適用することで、高硬度かつ高耐食を有するボルト材料を得ることが出来る。
【００１９】
また、本実施例に示した耐食性材料による回転治具２に肉盛溶接材料として実績があるステライトなどのコバルト基合金を適用することで、高硬度かつ高耐食を有するボルト材料を得ることが出来る。
【００２０】
本実施の形態によれば、高硬度高耐食材料を摩擦攪拌により形成された肉盛層をボルト材料とすることにより、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを得ることが出来る。
【００２１】
（実施例２）
次に、本発明に係る実施例２について図４を参照して説明する。本実施例２は、基材１、非消耗型の高硬度を有する回転治具２２、摩擦攪拌層２３から構成されている。
【００２２】
このように構成された本実施の形態において、基材１に対し非消耗型の高硬度を有する回転治具２２を摩擦攪拌することにより基材１内に摩擦攪拌層２３が形成される。摩擦攪拌層２３は、結晶粒が微細化することから高硬度かつ高耐食性材料に変換される。従って、摩擦攪拌層２３から図１（ｂ）と同様にボルト材を採取することにより、高硬度かつ高耐食を有するボルト材を得ることが出来る。そして採取されたボルト材からボルトを切り出し、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを製作することができる。
【００２３】
また、図３と同様にボルト１１のねじ部となる丸棒状態の部材の表面に非消耗型の高硬度を有する回転治具２２を摩擦攪拌することによりボルト１１表面に摩擦攪拌層２３を形成する。従って、摩擦攪拌層２３からねじを切り出してねじ部を形成することにより、ボルト１１表面に高硬度かつ高耐食を有する摩擦攪拌層２３を有するボルトを得ることが出来る。
【００２４】
本実施の形態によれば、非消耗型の高硬度材料を摩擦攪拌により形成された摩擦攪拌層をボルト材料またはボルトのねじ部とすることにより、高硬度かつ高耐食を有するボルトを得ることが出来る。
【００２５】
（実施例３）
次に、本発明に係る実施例３について図５を用いて説明する。本実施例３は、基材１、耐食性材料３１、非消耗型の高硬度を有する回転治具２２、摩擦攪拌層２３から構成されている。
【００２６】
このように構成された本実施の形態において、基材１に対し耐食性が良好な薄板、箔、粉末、液体のいずれかから成る耐食性材料３１を塗布または接触させ、非消耗型の高硬度を有する回転治具２２を摩擦攪拌することにより基材１と耐食性材料３１を接合させる。形成された摩擦攪拌層２３は、耐食性材料３１と同一材料であるため、基材に比べ耐食性が良好である。
【００２７】
本実施の形態によれば、基材に耐食性材料を接触させ、非消耗型の高硬度を有する回転治具を用いて摩擦攪拌することにより摩擦攪拌層を得ることが出来る。
【００２８】
従って、摩擦攪拌層２３から図１（ｂ）と同様にボルト材を採取することにより、高硬度かつ高耐食を有するボルト材を得ることが出来る。そして採取されたボルト材からボルトを切り出し、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを製作することができる。
【００２９】
また、図３と同様にボルト１１のねじ部となる丸棒状態の部材の表面に非消耗型の高硬度を有する回転治具２２を摩擦攪拌することによりボルト１１表面に摩擦攪拌層２３を形成する。従って、摩擦攪拌層２３からねじを切り出してねじ部を形成することにより、ボルト１１表面に高硬度かつ高耐食を有する摩擦攪拌層２３を有するボルトを得ることが出来る。
【００３０】
本実施の形態によれば、非消耗型の高硬度材料を摩擦攪拌により形成された摩擦攪拌層をボルト材料またはボルトのねじ部とすることにより、高硬度かつ高耐食性を有するボルトを得ることが出来る。
【００３１】
また、上記実施例１から３のボルトを原子炉炉内構造物を構成する沸騰水型原子炉においてはシュラウドヘッドボルト、加圧水型原子炉ではバッフルフォーマーボルトに採用することによって当該部分の硬度かつ耐食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のボルトの製造方法の第１の実施例を示し、（a）は摩擦攪拌により肉盛りする概念を説明する斜視図、（ｂ）は肉盛層からボルト材を採取する概念を説明する縦断面図。
【図２】摩擦肉盛試験後の断面を示す顕微鏡写真。
【図３】本発明のボルトの製造方法の第１の実施例をボルトの表面に適用した状態を示す概略斜視図。
【図４】本発明のボルトの製造方法の第２の実施例を示す斜視図。
【図５】本発明のボルトの製造方法の第３の実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３３】
１…基材
２…耐食材料で構成された回転冶具
３…肉盛層
１１…ボルト
２２…非消耗型回転冶具
２３…摩擦攪拌層
３１…耐食材料
【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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