JP2021055819A - 弁 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る弁10の構成を模式的に示す部分断面図である。図2は、実施形態に係る弁10の一部を拡大して示す部分断面図である。図1および図2では、弁10が全て閉じられた全閉状態である場合を示している。
弁箱11は、図1に示すように、水平方向に沿った内部空間11Sを含む。弁箱11の内部空間11Sは、流体が流れる流路である。そして、鉛直方向において内部空間11Sの上側には、内部空間11Sに連通する開口11Kが形成されている。
弁蓋12は、図1に示すように、弁箱11の上方に設置されており、弁箱11の開口11Kを塞いでいる。ここでは、弁蓋12は、鉛直方向に貫通する貫通孔12Kが形成されている。
弁棒13は、図1に示すように、鉛直方向に延在するように弁蓋12の貫通孔12Kを貫通している。
弁体14は、図1に示すように、鉛直方向において弁棒13の下端に設置されている。ここでは、弁体14は、弁箱11の開口11Kを貫通している。
弁駆動装置21は、図1に示すように、鉛直方向において弁棒13の上端に設置されている。弁駆動装置21は、ハンドル211およびモータ212を含み、弁棒13に設置された弁体14を鉛直方向に移動させることによって、弁10の開閉動作を実行する。
[B−1]弁箱シート部111
図2に示すように、弁箱11には、弁箱シート部111が設けられている。弁箱シート部111は、弁箱11において弁座として機能する。ここでは、弁箱シート部111は、環状であって、開口11K、貫通孔12K(図1参照)、および、弁棒13に対して同軸に設置されている。
そして、図2に示すように、弁体14には、弁体シート部141が設けられている。弁体シート部141は、弁体14において弁座として機能する。ここでは、弁体シート部141は、環状であって、弁体14の外周面に設けられている。
弁箱シート部111と弁体シート部141とのうち一方は、Ni基合金の肉盛材で形成されている。そして、弁箱シート部111と弁体シート部141とのうち他方は、Fe基合金の肉盛材で形成されている。つまり、弁箱シート部111をNi基合金の肉盛材で形成する場合には、弁体シート部141をFe基合金の肉盛材で形成する。これに対して、弁体シート部141をNi基合金の肉盛材で形成する場合には、弁箱シート部111をFe基合金の肉盛材で形成する。
Fe基合金である肉盛材の化学組成は、たとえば、質量百分率表示で、下記であることが好ましい。
・Cr:23.0%以上26.0%以下
・Mo:1.8%以上2.2%以下
・Si:3.1%以上3.5%以下
・C:1.1%以上1.35%以下
・Ni:3.7%以上5.0%以下
・Mn:4.0%以上5.0%以下
・B:0%以上0.002%未満
・S:0%以上0.01%未満
・P:0%以上0.020%未満
・N:0%以上0.18%未満
・Oが0%以上0.020%未満
・残部:Feおよび不可避的不純物
Ni基合金である肉盛材の化学組成は、たとえば、質量百分率表示で、下記であることが好ましい。
・Cr:16.5以上18.5%以下
・B:0.75以上1.05%以下
・Si:6.5以上7.0%以下
・Fe:4.5以上6.0%以下
・C:0.1以上0.5%以下
・W:0.9以上1.5%以下
・Sn:0.35以上0.95%以下
・残部:Niおよび不可避的不純物
[D−1]ビッカース硬度の差
本実施形態では、Ni基合金の肉盛材のビッカース硬度がFe基合金の肉盛材のビッカース硬度よりも大きく、かつ、Ni基合金の肉盛材とFe基合金の肉盛材との間のビッカース硬度の差が、HV170以上である。なお、ビッカース硬度は、「JIS Z 2244:2009 ビッカース硬さ試験」で示される試験法によって求めることができる。
Fe基合金の肉盛材は、ビッカース硬度がHV380以上400以下であることが好ましい。上記範囲の下限値未満の場合には、Fe基合金の肉盛材において摩耗が発生しやすいので、耐摩耗性の低下が発生する場合がある。HV400を超える場合には、Fe基合金の形成時に溶接割れなどが発生する場合がある。
Fe基合金の肉盛材で弁箱シート部111または弁体シート部141を形成する場合には、たとえば、上記化学組成を有するFe基合金の粉末を用いて肉盛施工を実行する。ここでは、たとえば、粉体プラズマ溶接(PTA溶接によって肉盛施工を実行することが好ましい。
以上のように、本実施形態では、弁箱シート部111と弁体シート部141とのうち一方は、Ni基合金の肉盛材で形成されている。これに対して、弁箱シート部111と弁体シート部141とのうち他方は、Fe基合金の肉盛材で形成されている。ここでは、Ni基合金の肉盛材のビッカース硬度がFe基合金の肉盛材のビッカース硬度よりも大きく、かつ、Ni基合金の肉盛材とFe基合金の肉盛材との間のビッカース硬度の差が、HV170以上250未満である。無欠陥で製作可能なNi基合金の硬さの上限はHV630であり、耐摩耗性から許容できるFe基合金の硬さの下限がHV380であることから両者の硬さの差の上限はHV250とする。NI基合金の硬度がHV630を超えると溶接時に割れなどの欠陥が生じる難点がある。
また、Ni基合金の肉盛材とFe基合金の肉盛材との間のビッカース硬度の差が、HV170以上であるので、良好な弁座シール性の効果を奏することができる。
上記の実施形態では、弁箱シート部111を環状部材112の内面に形成し、その環状部材112を弁箱11の内面に固定する場合について説明した。この場合には、弁10について容易かつ効率的に製造することができる。しかしながら、これに限らない。たとえば、弁箱シート部111を環状部材112の内面に形成せずに、弁箱シート部111を弁箱11の内面に直接的に形成してもよい。
実施例1では、表1に示すように、Fe基合金をPTA溶接で肉盛することによって弁箱シート部111を形成した。そして、Ni基合金をPTA溶接で肉盛することによって弁体シート部141を形成した。
実施例1において、弁箱シート部111の作製で用いたFe基合金は、質量百分率表示で下記に示す組成の材料である。
・Mo:2.1%
・Si:3.3%
・C:1.20%
・Ni:4.1%
・Mn:4.4%
・N:0.13%
・B:0.002%
・残部:Feおよび不可避的不純物
実施例1において、弁体シート部141の作製で用いたNi基合金は、質量百分率表示で下記に示す組成の材料である。
・B:0.9%
・Siが6.5%
・Fe:5.31%
・C:0.3%
・W:1.2%
・Sn:0.7%
・残部:Niおよび不可避的不純物
比較例1では、表1に示すように、Co基合金をガス盛溶接で肉盛することで、弁箱シート部111の形成を行った。これに対して、弁体シート部141の形成についても同様に、Co基合金をガス盛溶接で肉盛した。弁体シート部141の形成は、弁箱シート部111の形成と同様な条件で実施した。
比較例2では、表1に示すように、Ni基合金をPTA盛溶接で肉盛することで、弁箱シート部111および弁体シート部141の形成を行った
比較例3では、表1に示すように、Ni基合金を溶射することで、弁箱シート部111および弁体シート部141の形成を行った
(1)リーク量(摺動試験機を用いた摺動試験)
表1に示すように、各例に関して、リーク量の測定を実施した。ここでは、リーク量の測定のために、摺動試験機を用いて摺動試験を実行した。摺動試験は、温度が288℃である飽和水中において、面圧が200MPaの条件で弁の開閉動作を複数回行うことによって、実行された。
・A…リーク量Lが0mL/minである場合
・B…リーク量Lが0mL/minを超え、60mL/min以下である場合
・C…リーク量Lが60mL/minを超え、90mL/min以下である場合
・D…リーク量Lが90mL/minを超え、180mL/min以下である場合
・E…リーク量Lが180mL/minを超える場合
表1に示すように、各例について、摺動試験後の摩擦係数を測定した。表1では、摩擦係数の結果について、下記の基準で示している。
・B…摩擦係数が0.5を超え、1.0以下である場合
・C…摩擦係数が1.0を超える場合
各例に関して、上記の摺動試験を実行した後に、弁を分解し、弁箱シート部111および弁体シート部141の摺動面に関して、算術平均表面粗さRa(JIS B 0601−2001)を測定した。
・弁箱シート部111を構成するFe基合金のRa:0.74μm
・弁体シート部141を構成するNi基合金のRa:0.34μm
・弁体シート部141を構成するCo基合金のRa:1.00μm以下
・弁箱シート部111を構成するCo基合金のRa:1.00μm以下
エロージョン試験においては、実施例1と同様な条件でFe基合金を肉盛することによってテストピースを製作した後に、そのテストピースに関して機械加工を施すことによって、エロージョン試験片1を作製した。また、実施例1と同様な条件でNi基合金を肉盛することによってテストピースを製作した後に、そのテストピースに関して機械加工を施すことによって、エロージョン試験片2を作製した。更に、比較例1と同様な条件でCo基合金を肉盛することによってテストピースを製作した後に、そのテストピースに関して機械加工を施すことによって、エロージョン試験片3を作製した。
・差圧:24.5MPa
・流速:216m/s
・試験時間:50hr
上記した摺動試験とは別に、600Aの仕切弁における摺動試験を行った。この摺動試験の結果について説明する。実施例1の場合と同様に弁体シート部141および弁箱シート部111が形成された600Aの仕切弁において、摺動試験を実行した。摺動試験は、温度が288℃である飽和蒸気中において、差圧が7.13MPaの条件で弁の開閉動作を、50回、行うことによって、実行された。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (4)
- 弁箱シート部が設けられている弁箱と、
弁体シート部が設けられている弁体と
を有する弁であって、
前記弁箱シート部と前記弁体シート部とのうち一方は、Ni基合金の肉盛材で形成され、
前記弁箱シート部と前記弁体シート部とのうち他方は、Fe基合金の肉盛材で形成され、
前記Ni基合金の肉盛材のビッカース硬度が前記Fe基合金の肉盛材のビッカース硬度よりも大きく、かつ、前記Ni基合金の肉盛材と前記Fe基合金の肉盛材との間のビッカース硬度の差が、HV170以上であることを特徴とする、
弁。 - 前記Fe基合金の肉盛材は、ビッカース硬度がHV380以上400以下である、
請求項1に記載の弁。 - 原子力プラントにおいて使用される、
請求項1または2に記載の弁。 - 請求項1または2記載の弁を用いて構成されることを特徴とするプラント。
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