JP2664242B2

JP2664242B2 - 軽水炉配管用弁

Info

Publication number: JP2664242B2
Application number: JP8794389A
Authority: JP
Inventors: 良照千葉; 紀之大中; 慶享児島; 篤小田; 菊男竹島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1997-10-15
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JPH02268981A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、軽水炉配管用弁に係り、特に、耐磨耗及び
耐腐食性に優れた弁に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭62−1837号公報で開示のよう
に、弁座表面がNi基とFe基の組合せからなり、Ni基はCO
基と同様に炉心に入り⁵⁸Coとなり、配管、タービンその
他の機器の放射能を上げる原因となる事に対し考慮され
ていない、また、Fe基では析出硬化型の合金を使用して
おり、肉盛溶接後に高温での熱処理が必要とされてい
る。しかし、析出硬化熱処理による肉盛溶接部の割れ発
生の恐れがある事に対して考慮されていない。本発明
は、弁座表面をFe基同士の組合せにすることにより、析
出硬化熱処理をせずに、耐磨耗、及び、耐腐食性に優れ
た弁座の製作を可能にした。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の軽水炉配管用弁は、耐磨耗性、及び、耐エロー
ジヨン性を付与するためにCo、及び、Ni基合金が肉盛溶
接されている。

しかし、Co、及び、Ni基合金は軽水炉の高温高圧水、
あるいは、蒸気の高速流体に接しているので、エロージ
ヨンによってCo及びNiが炉水中に溶出し、また金属同士
の摺動磨耗によつてCo及びNiが炉水中に混入する。これ
らのCo及びNiは炉心に入り放射化されCoは⁶⁰Coとなり、
Niは⁵⁸Coとなり、配管、タービン、その他の機器に循
環、付着し、軽水炉プラント全体の放射能を上げるとい
う欠点がある。

本発明の目的は、肉盛溶接材にCoを含まず、低Ni合
金、つまり、Fe基合金を使用し、耐エロージヨン、及
び、耐磨耗性に優れた弁体弁座、及び、弁箱弁座を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はJIS規格のSUS304鋼からなる弁箱及び弁体を
有する軽水炉配管用弁において、前記弁箱弁座の表面及び弁体弁座の表面に前記弁箱及
び弁体より硬い肉盛溶接層を有し、前記弁箱弁座表面の肉盛溶接層が重量でCr20〜30％,N
i10〜20％,Mo5〜15％,W1〜５％,C1.0以下、及び残部がF
eであるFe基合金からなり、前記弁体弁座表面の肉盛溶
接層が重量で、Cr10〜20％,Ni5〜15％,Mo2〜10％,Nb2〜
10％,Mn2〜10％,N0.01〜0.1％,C1.0％以下及び残部がFe
であるFe基合金からなることを特徴とする軽水炉配管用
弁にある。

また、本発明の弁箱弁座表面と弁体弁座表面との肉盛
溶接層は互いに逆の組成を有するものである。

上記目的は、Co基及びNi基合金を用いることなく、Co
基合金と同等の耐エロージヨン、及び、耐磨耗性を得る
ことができるかと研究開発を進めた。

弁の摺動時に接触する弁座同士がNi基合金系の材料で
あれば磨耗量も多く、弁座表面の粗さも大になる。ま
た、弁座表面がNi基とFe基合金の組合せであると、Ni基
合金弁座の表面の粗さが大になり弁としての機能が果せ
なくなる。従つて、Fe基合金系の材料を弁座に用いるこ
とにより、Co基、及び、Ni基合金を用いることなくCo基
合金同等の特性が得られることを実験室的に解明し本発
明に至つた。

〔作用〕

本発明は、弁箱及び弁体弁座表面に互いに耐腐食及び
耐磨耗性の良好なCr−Ni−Mo−Ｗ−Fe系のFe合金と、耐
腐食、及び、耐磨耗性の良好なCr−Ni−Mo−Nb−Mn−Fe
系のFe基合金を組合せた肉盛溶接層を形成させることに
より、耐腐食及び耐磨耗性に優れた弁座を得ることがで
きる。

本発明に用いたCr−Ni−Mo−Ｗ−Fe系のFe基合金はオ
ーステナイトとフエライトの二相ステンレス鋼が好まし
い。

特に、重量比でCr20〜30％,Ni10〜20％,Mo5〜15％,W1
〜５％,C1.0％以下、及び、残部Feの組成をもつFe基合
で、耐腐食及び耐磨耗性ともに優れているため、本発明
の弁座に用いるのに好適である。

Crは耐腐食性向上のため必須であり、20％以上は必要
である。しかし、多量の含有はフエライトの生成を促
し、硬度を低下させるため30％以下とする。好ましくは
25〜28％である。

Niはフエライトの生成を抑制するため10％以上の添加
は必要である。しかし、多量の含有はオーステナイトの
生成を促し、強度が不足するため、20％以下とする事が
望ましい、好ましくは15〜18％である。

Moは耐腐食、及び、耐磨耗性を向上させるために必要
な成分であるが、過剰な添加は靭性を害することから５
〜15％とする、好ましくは８〜９％である。

Ｗは合金基質部に固溶し硬さを向上させるために必要
な成分であるが、過剰な添加は靭性を損なうことから１
〜５％とする。好ましくは1.5〜2.5％である。

Ｃは合金の強度を向上させ、フエライトの生成を抑制
する成分である。多量の含有は耐腐食性及び鋼の延性を
害するので1.0％以下とする。好ましくは0.2〜0.4％で
ある。

他方の弁座表面のFe基合金はCr−Ni−Mo−Mn−Fe系の
Fe基合金で耐腐食、及び、耐エロージヨン性に優れた合
金として使用されている。Cr−Ni−Mo−Ｗ−Fe系のFe基
合金と組合せると耐磨耗が良好とする。

特に、Cr10〜20％,Ni5〜15％,Mo2〜10％,Nb2〜10％,M
n2〜10％,N100〜1000ppm,C1.0％以下及び残部Feの化学
組成をもつFe基合金である。

Crは耐腐食性向上のための必須な元素である。Crは10
％未満では耐腐食性が劣る。多量の含有はフエライトの
生成を促し、20％を越えるとＣと結合が多くなり脆くな
り、硬度も低下するため最も好ましい範囲は16〜18％で
ある。

Niは、フエライトの生成を抑制するために、５％以上
の添加が必要である。しかし、多量の含有はオーステナ
イトの生成を促す。また、耐腐食性を向上させるが、強
度を低下させる原因にもなるので、最も好ましい範囲は
８〜９％である。

Mo及びNbは耐腐食性、及び、耐磨耗性を向上させるた
めに必要であるが、過剰な添加は靭性、及び、溶接性を
害するので、２〜10％、好ましくは４〜６％である。

Mnはオーステナイト生成元素であるが、10％を越える
と耐腐食性を損うことから２〜10％とする。

最も好ましい範囲は５〜８％である。

Ｎは本発明合金で重要な元素であり、耐磨耗性の向上
から多い程良いが、ＮはCrと結合してCr₂N窒化物を作り
耐腐食性を低下するため1000ppm以下であるのが良い。
最も好ましくは600ppm以下である。

Ｃは1.0％を越えるとCrと結合して炭化物を作り易く
なり、耐腐食性を低下させる。また、溶接性及び合金の
延性も低下する。最も好ましくは0.1〜0.2％である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を示す。

第１表に供試材合金の化学組成を示す。

試料No.1は市販材を使用した。No.2〜No.16に付いて
は高周波真空溶解炉を用いて溶解した。溶解後ガスアト
マイズ法により供試材合金の粉末を製造した。粉末の粒
径は−70〜＋250メツシユのものである。その粉末を用
いてプラズマ粉体肉盛溶接法でSUS304板材の上に二層肉
盛溶接を行なつた。肉盛溶接条件は溶接電流165〜180
A、溶接電圧30〜33V、溶接速度60〜65mm/min、ウイービ
ング巾50〜54mm、Arガス流量は３/minである。母材と
溶接金属の希釈率は３〜４％であつた。以上の溶接条件
で二層肉盛溶接を行なつたものから磨耗試験片を採取し
た。磨耗条件は面圧25,50,75及び100kg/cm²とし、磨耗
速度3.1m/min、磨耗時間は0.5hで水中で行い、磨耗体積
減（cm³）及び磨耗面の粗さを測定した。第１図に磨耗
試験結果の一例を示す。第１図により明らかなように、
本発明の試料No.3とNo.11の組合せが従来材の試料No.1C
o基合金材と同等の磨耗体積減を示した。第２図は弁の
シール性の生命である磨耗面の表面粗さを示す。第２図
で明らかなように本発明の組合せが従来材と同等である
事を確認した。

次に、試料No.1,3,11,13,14,15,及び、16の合金を用
いて第２表に示す組合せで第３図に示す4B管用弁を製作
し、高温高圧水中で弁の開閉作動試験をした。

作動試験条件は弁の開閉回数百回、弁の面圧は200kg/
cm²とし、弁の気密性を確認した。その結果を第２表に
示す。第２表で明らかなように、弁箱弁座に試料No.3、
弁体弁座試料No.11を使用した弁は百回の開閉試験で水
漏れは確認されず、気密性を保持し、弁の機能を十分に
示した。一方、弁箱弁座に試料No.13、弁体弁座に試料N
o.14の組合せは58回で気密性は破壊された。同じく弁箱
弁座に試料No.15、弁体弁座に試料No.16の組合せは71回
の弁の開閉で気密性は破壊された。従来材である試料N
o.1同士のCo基合金組合せも弁の開閉試験を行つた。そ
の結果、本発明材の組合せと同等である事を確認した。

以上の結果、従来弁座に使用されているCo及びNi基合
金を用いた弁と本発明合金組合せ弁と同等である事を確
認した。

＜実施例２＞第１表に供試材合金の化学組成を示す。試料No.1は市
販材を使用した。試料No.2〜４までは溶解中に吸込方法
により4.0φ×500mmの溶接棒を製作した。試料No.5〜16
については溶解後鍛造、圧延及び線引をし、4.0φ×500
mmの溶接棒を製作した。その溶接棒を用いてTIG（ダン
グステン電極不活性ガスアーク）溶接方法でSUS304の板
材の上に二層肉盛溶接を行なつた。肉盛溶接条件は、溶
接電流150A、溶接電流25Vである。以上の溶接条件で肉
盛溶接を行なつたものから、磨耗試験片を採取した。磨
耗条件、及び、試験結果は実施例１と同じ及び同等であ
る。

次に、第３図に示すネツキブツシユ上部、及び、下部
にTIG溶接で二層肉盛溶接を行つた上部、及び、下部の
組合せは実施例１と同じである。試験も実施例１の高温
高圧水中での開閉試験と同じに行なつた。ネツキブツシ
ユ部からの気密の破壊はすべての組合せから確認され
ず、従来材であるCo基合金と同等であることを確認し
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、軽水炉配管、及び、配管に接続され
ている周辺機器の放射線を従来の半分以下におさえ、定
期検査時の作業時間を二倍以上に確認することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は磨耗試験結果で体積減と磨耗面圧の関係を示す
線図、第２図は磨耗試験結果で表面粗さと磨耗面圧の関
係を示す線図、第３図は仕切弁の断面図を示す。１……ハンドル、２……ボンネツト、３……弁棒、４…
…弁箱、５……弁体弁座、６……弁体、７……弁箱弁
座、８……ネツキブツシユ上部、９……ネツキブツシユ
下部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田篤茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者竹島菊男茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特開昭60−162725（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】JIS規格のSUS304鋼からなる弁箱及び弁体
を有する軽水炉配管用弁において、前記弁箱弁座の表面及び弁体弁座の表面に前記弁箱及び
弁体より硬い肉盛溶接層を有し、前記弁箱弁座表面の肉盛溶接層が重量でCr20〜30％,Ni1
0〜20％,Mo5〜15％,W1〜５％,C1.0％以下、及び残部がF
eであるFe基合金からなり、前記弁箱弁座表面の肉盛溶
接層が重量で、Cr10〜20％,Ni5〜15％,Mo2〜10％,Nb2〜
10％,Mn2〜10％,N0.01〜0.1％,C1.0％以下及び残部がFe
であるFe基合金からなることを特徴とする軽水炉配管用
弁。
【請求項２】JIS規格のSUS304鋼からなる弁箱及び弁体
を有する軽水炉配管用弁において、前記弁箱弁座の表面及び弁体弁座の表面に前記弁箱及び
弁体より硬い肉盛溶接層を有し、前記弁箱弁座表面の肉盛溶接層が重量でCr20〜30％,Ni1
0〜20％,Mo5〜15％,W1〜５％,C1.0％以下、及び残部がF
eであるFe基合金からなり、前記弁体弁座表面の肉盛溶
接層が重量で、Cr10〜20％,Ni5〜15％,Mo2〜10％,Nb2〜
10％,Mn2〜10％,N0.01〜0.1％,C1.0％以下及び残部がFe
であるFe基合金からなることを特徴とする軽水炉配管用
弁。