JP3721300B2 - 弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な摺動部に耐食・耐摩耗合金を拡散接合した弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グローバルバルブ，ゲートバルブ，バタフライバルブ等の弁類は、実運転中の弁座付近での流体によるエロージョン損傷を防止するため、或いは弁作動時のかじり防止のために、耐食・耐摩耗性に優れた高硬度のコバルト（Ｃｏ）基合金，ニッケル（Ｎｉ）基合金，鉄（Ｆｅ）基合金等の表面溶着合金を弁の摺動部に肉盛して用いられている。
【０００３】
しかし、近年、タービン発電設備等では循環水の水質調整のために循環水系統に過酸化水素水等の薬剤が注入されるようになり、該薬剤の注入点より下流の溶存酸素量が増加し、その結果、弁の弁座面等にエロージョン・かじりによる損傷が発生している。これは弁の摺動部に肉盛しているコバルト（Ｃｏ）基合金等の共晶炭化物が選択的に腐食損傷する恐れがあるためである。高速流体中では前記共晶炭化物の腐食損傷に続いて、鋳造組織の基地（マトリックス）が脱落し、エロージョンが発生する場合がある（「火力原子力発電」：３０巻，Ｎo.５，６７頁，「機械の損害」：１９８２年，Ｎo.２，９０頁，及び「材料と環境」：４７巻，Ｎo.３，２０７頁）。
【０００４】
従来、弁類の摺動部にエロージョン防止・かじり防止のために、高硬度のＣｏ基合金，Ｎｉ基合金，Ｆｅ基合金等が表面溶着合金として肉盛されている。
【０００５】
しかし、溶存酸素量の多い高温高圧の水・蒸気雰囲気下で、Ｃｏ基合金等を肉盛した弁等を使用すると、鋳造組織の基地（マトリックス）と網目状に鋳造組織の基地を包み込んでいる共晶炭化物のうち網目状の共晶炭化物が選択的に腐食され、弁座の面荒れが著しくなると共に、鋳造組織の基地も流れによって容易に脱落する可能性がある。このため、弁の耐漏洩性能が低下したり、制御特性や作動特性が変化する等の不具合を生じる可能性がある。
【０００６】
又、特開昭６０―８６２３９号公報には、各種プラントで用いられるバルブ弁座に耐摩耗、耐エロージョン特性を付与するために、Ｃｏ基合金の肉盛溶接、Ｃｒ１０〜４５％、Ａｌ，Ｔｉの少なくとも１つを１．５〜６％、Ｍｏ２０％以下、残部Ｎｉ合金が拡散接合することが開示されている。
【０００７】
又、原子力発電設備においては、炉水と接する摺動部及び炉内に冷却水を供給する系統設備の弁類ではこれらの部位に肉盛されている高硬度のＣｏ基合金等は、腐食・エロージョンによって系統中に混入する恐れがある。
【０００８】
なお、従来の弁類の部材としては炭素鋼，構造用合金鋼，低合金鋼、ステンレス鋼等が多く用いられており、これら炭素鋼，構造用合金鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等の表面に耐摩耗性のＣｏ基合金，Ｎｉ基合金，Ｆｅ基合金等の表面溶着合金を肉盛すると、炭素鋼，構造用合金鋼、低合金鋼、ステンレス鋼表面が急熱・急冷を受けるために(1）残留応力の発生，(2）形状寸法の変化，(3）破壊靭性や衝撃値の低下，(4）各種の腐食に対する耐食性や疲労特性の低下が生じる可能性がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のいずれの公報においても、弁の摺動部の耐食性・耐エロージョン性を向上させるための構造上の特定の工夫については全く示されていない。
【００１０】
本発明の目的は、摺動部の耐食性・耐エロージョン性を向上させると共に、作業性とせん断力に対する抵抗力の高い弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フェライトとパーライトを主にした炭素鋼、構造用合金鋼，低合金鋼又は、ステンレス鋼からなる基材部の摺動部表面に、共晶炭化物を有する合金中の前記共晶炭化物を複数の粒状又は複数の塊状に集合形成して、粒径３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の共晶炭化物を非連続的に分散させた耐食・耐摩耗コバルト基合金，ニッケル基合金あるいは鉄基合金からなる耐摩耗性部材が前記摺動部表面に設けられた突起の外周、又はリング状突起の内周に接して接合されており、好ましくはリング状の耐摩耗性部材が円形の突起の外周、又はリング状突起の内周に接して前記接合されている弁にある。
【００１２】
共晶炭化物を連続した網目状から粒径が３０μｍ以下である粒状又は塊状に不連続化することで、例えば、ＪＩＳ Ｇ０５７５のストラウス試験における耐食性を約３００倍と大きく向上できる。又、共晶炭化物の粒径を３０μｍ以下とするより小さい方が好ましく、延性、靭性、耐衝撃性等の機械的特性が良好となる。
【００１３】
本発明の弁は、炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼からなる基材の摺動部表面に、粒径が３０μｍ以下である共晶炭化物を有するコバルト基合金，ニッケル基合金又は鉄基合金からなるリング状耐摩耗性部材が接合され、該耐摩耗性部材が前記基材より熱膨張係数が大きいとき前記摺動部表面に設けられた円形の突起の外周に接して前記接合され、又は前記耐摩耗性部材が前記基材より熱膨張係数が小さいとき前記摺動部表面に設けられたリング状突起の内周に接して前記接合されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の摺動部表面に設けられた円形の突起又はリング状突起の厚さは耐摩耗性部材の厚さよりも小さくし、接合の際に耐摩耗性部材がそれらの突起に密着して安定して設置されるような厚さを有するものが好ましい。
【００１５】
コバルト基合金は、重量で、Ｃ０.６ 〜３％，Ｓｉ２％以下，Ｃｒ２５〜３２％，Ｗ１５％以下、好ましくは４〜１５％、Ｆｅ０〜３％，Ｎｉ０〜３％，Ｍｏ０〜６％を含むものが好ましい。
【００１６】
ニッケル基合金は、重量で、Ｃ１％以下、好ましくは０.２〜０.５％、Ｓｉ７％以下，Ｃｒ７〜２０％，Ｗ５％以下、好ましくは０.５ 〜２％、Ｂ３．５％以下を含むものが好ましい。
【００１７】
また、Ｆｅ基合金は、重量で、Ｃ１.５以下、好ましくは０.３〜１.０％、Ｓｉ４％以下、好ましくは０.５〜３％、Ｃｒ１５〜２７％，Ｍｏ８％以下、好ましくは０.５ 〜２％を含むものが好ましい。
【００１８】
本発明に係る炭素鋼は、接合後の冷却速度を制御することにより摺動部のベース金属の組織をフェライト及びパーライトを主にした組織にするものが好ましい。その硬さはＨｖ１００〜２５０程度とするのが好ましい。
【００１９】
前述の耐食・耐摩耗コバルト基合金，ニッケル基合金あるいは鉄基合金からなる耐摩耗性部材は、鋳造組織基地と共晶炭化物とを有する合金に熱間鍛造又は熱間圧延による塑性加工や加熱処理を加えて前記共晶炭化物を非連続分布とした耐食・耐摩耗合金が拡散接合により摺動部に接合されていることが好ましい。
【００２０】
更に言えば、前記の拡散接合が母材よりも低融点のインサート材を接合界面に挿入し融点降下元素を母材中に拡散させ凝固・接合を進行させる液相拡散接合であることが好ましく、前記インサート材が重量で、Ｓｉ８％以下、Ｂ５％以下及びＰ１２％以下、好ましくはＳｉ１〜８％，Ｂ１〜５％、より好ましくはＳｉ３〜６％，Ｂ２〜４％を含むニッケル基合金或いはこれにさらにＣｒ５〜２０％を含有するニッケル基合金が好ましい。
【００２１】
共晶炭化物を不連続化した耐食・耐摩耗合金の摺動部への接合は拡散接合、なかでも液相拡散接合によって容易に実現することができる。液相拡散接合では、母材（非接合材）よりも融点の低いインサート材を接合界面に挿入し、接合（加熱）時にインサート材に含有されるＢ，Ｓｉ，Ｐ等の融点降下元素を母材中に拡散させることで凝固・接合を進行させるために、いわゆる固相拡散接合に比較して接合時の加圧力を小さくすることができ、接合による変形も少ない。また、接合面の機械加工仕上げ精度もＲmax ２０μｍ程度でも良好な接合が可能である。
【００２２】
本発明は、高温での拡散接合後における室温までの冷却速度を制御することが好ましい。従来の表面溶着合金を肉盛する方法では、摺動部基材の炭素鋼，構造用合金鋼や低合金鋼の表面が急熱・急冷を受けるために基材肉盛部のミクロ組織中にマルテンサイトやベイナイト等が存在して、大きな残留応力の発生，破壊靭性や衝撃値の低下，耐食性や疲労特性の低下等の問題点を生ずる恐れがあった。これに対して本発明では、拡散接合後の温度−時間曲線すなわち冷却曲線が、摺動部基材である炭素鋼，構造用合金鋼や低合金鋼の連続冷却変態（ＣＣＴ）図におけるマルテンサイトあるいはベイナイトを含む領域を横切らないように制御することにより、フェライトとパーライトを主体としたミクロ組織とＨｖ２５０以下の硬さにすることにより、たとえばＨ2Ｓ を含む環境下での基材の耐食性・耐応力腐食割れ性等を大きく向上できるものである。
【００２３】
なお、液相を介して母材（非接合材）を接合する方法として、従来からろう接が知られているが、ろう接では主にろう材と母材との間の化学的結合力と物理的粘着力とを利用しており、ろう材・母材間の相互拡散は液相拡散接合に比較して少なく、従って接合強度等接合部の信頼性も液相拡散接合が優れている。
【００２４】
本発明によれば、共晶炭化物が基地（マトリックス）に非連続的に分布したＣｏ基、Ｎｉ基、Ｆｅ基等の耐食、耐摩耗性合金を各種機器及び弁類の摺動部に拡散接合することにより、過酸化水素水等の注入によって生じた溶存酸素がもたらす共晶炭化物の腐食損傷を抑制し、同時に機器・弁類の摺動部の摩擦抵抗の増加や弁座面等の荒れによる耐漏洩性能の低下も抑制し、耐衝撃性・保守性能に優れた各種機器・弁類を得ることができる。又、本発明によれば、摺動部基材とリング状耐摩耗性部材の接合時の位置合わせ（中心合わせ）が容易に行えると同時に、弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００２５】
又、本発明によれば、鍛造又は圧延等の塑性加工と加熱処理（焼鈍）を施した板材・棒材から切り出した粒状又は塊状の共晶炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基，Ｆｅ基等の耐食・耐摩耗合金を弁座等に拡散接合、特に液相拡散接合することで、溶存酸素がもたらす弁座等の腐食損傷やエロージョン損傷を低減した耐衝撃性の良好な安全弁，仕切り弁，玉型弁等を得ることができる。
【００２６】
更に、本発明によれば、火力、原子力発電設備の弁類に使用されるＣｏ基合金の腐食・エロージョン・摩耗等によるＣｏの飛散・拡散を抑制することで、保守性に優れた発電プラントを得ることができる。
【００２７】
本発明のＣｏ基耐食・耐摩耗合金では、鍛造・圧延等の塑性加工とその後の加熱処理（焼鈍）等、あるいは高温で熱間鍛造・熱間圧延を行う等により、粒径３０μｍ以下に形成された共晶炭化物は鋳造組織基地中に粒状又は塊状に不連続に分布しており、溶存酸素による炭化物の腐食損傷は溶存酸素に接する面の炭化物にのみ限られ、鋳造組織基地の脱落も少ない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
１０００℃以上の温度での熱間鍛造と熱間圧延によって共晶炭化物を粒径３０μｍ以下の粒状又は塊状とした１.０重量％Ｃ−２９.４重量％Ｃｒ−３.９重量％Ｗを含むリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を液相拡散接合によって、図１に示す模擬弁Ａの摺動部に接合した。リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１は外径１５４mm，内径９０mm，厚さ７mmである。模擬弁Ａの摺動部基材２の材質は炭素鋼Ｓ２５Ｃで、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して小さいため、熱膨張差による応力の発生を防止するために、Ｓ２５Ｃの摺動部基材表面には接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１に内接して直径が８９.５mm ，高さが２mmの凸型の突起３を設けた。これによって、位置合わせを容易に行えると同時に、模擬弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００２９】
模擬弁の摺動部基材２，リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を脱脂・洗浄した後、摺動部基材２上に外径１５４mm，内径９０mm，厚さ約４０μｍの接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状としたリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は４.５重量％Ｓｉ，３重量％Ｂ を含むＮｉ基合金で、約１０４０℃以上で完全に溶融する。液相拡散接合条件は、接合温度：１１００℃，保持時間：１ｈ，真空度：１〜２×１０-4Torr，加圧力：１５ｇ／cm2とした。
【００３０】
接合後に接合界面近傍の断面光学顕微鏡観察を行ったところ、ピンホールやボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示していた。
【００３１】
模擬弁Ａと同一のリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ合金板１を液相拡散接合によって、図２に示す模擬弁Ｂの摺動部に接合した。模擬弁Ｂの摺動部基材４の材質はオーステナイト系ステンレス鋼で、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して大きいため、熱膨張差による応力の発生を防止するために、オーステナイト系ステンレス鋼の摺動部基材表面には接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１に外接して直径が１５４.５mm，高さ２mmの凹型の円形の突起５を設けた。これによって、位置合わせを容易に行えると同時に、模擬弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００３２】
模擬弁Ｂの摺動部基材４，リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を脱脂・洗浄した後、摺動部基材４上に外形１５４mm，内径９０mm，厚さ約４０μｍの接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状としたリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は４.５ 重量％Ｓｉ，３重量％Ｂ，７重量％Ｃｒ，３重量％Ｆｅを含むＮｉ基合金で、約１０００℃以上で完全に溶融する。液相拡散接合条件は、接合温度：1100℃，保持時間：１ｈ，真空度：１〜２×１０-4Torr，加圧力：１５ｇ／cm2とした。接合後に接合界面近傍の断面光学顕微鏡観察を行ったところ、ピンホールやボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示していた。また、接合後の冷却は１１００℃から６５０℃までを約１５０℃／ｈ，６５０℃から４２５℃までを約１００℃／ｈ，４２５℃以下を空冷とした。
【００３３】
上述によって作製した模擬弁Ａ及びＢを組み合わせて、面圧２０００気圧の焼付摩耗試験を常温水中及び２８８℃高温水中で実施した。
【００３４】
その結果、摺動回数１００回後の摩擦係数は常温水中で約０.３、また288℃高温水中で約０.２ と、従来の表面肉盛溶着合金を摺動部に用いた弁に比較して、同等またはそれ以下であることを確認した。
【００３５】
又、前述で作製した模擬弁Ａから図３（ａ）に示すせん断試験片を切り出して、耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板１と模擬弁Ａの摺動部基材２である炭素鋼Ｓ２５Ｃとの液相接合界面９のせん断強度を測定した。
【００３６】
その結果、Ｃｏ基合金／Ｓ２５Ｃ界面の室温でのせん断強度は約３７kg／mm2となったが、摺動部基材Ｓ２５Ｃ表面に設けた高さ２mmの段差も含めた形の図３（ｂ）に示すせん断試験片では当然のことながらせん断応力が３７kg／mm2を越えても破断せず、本発明において摺動部基材表面に設けた凸型あるいは凹型の段差は弁摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高める効果があることを確認した。
【００３７】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板１を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００３８】
（実施例２）
図４は、実施例１と同様に製造した仕切り弁の断面図である。熱間鍛造と熱間圧延によって共晶炭化物を３０μｍ以下の粒状又は塊状とした１.０重量％Ｃ−３０.０重量％Ｃｒ−３.９重量％Ｗ を含むリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を液相拡散接合によって、図４に示すように溶存酸素雰囲気下で使用する仕切り弁の弁箱・弁座７及び弁体・弁座８に接合した。図４の（ａ）は仕切り弁本体の断面図、（ｂ）は弁体・弁座８の正面図、（ｃ）は弁箱・弁座７部分の断面図である。仕切り弁の弁体・弁座８は図４（ｂ）に示す様に、円盤状で、上部が厚く、下部が薄く、上下に駆動して図中左右に流入する水や水蒸気の流れを開閉するものである。テーパの無い弁体・弁座においても同様の構造である。仕切り弁の弁体・弁座８の左右両表面に円形の段差３を設けた後に、これらの上に接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状とした厚さ約７mmのリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は実施例１の模擬弁Ａで用いたと同一化学組成のもので、液相拡散接合条件も実施例１の模擬弁Ａと同一条件とした。
【００３９】
本実施例における弁体・弁座基材の材質は機械構造用炭素鋼Ｓ２５Ｃで、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して小さいため、弁体・弁座の摺動部基材表面には図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６に内接して高さが２mmのリング状の突起３（段差）を設けた。これによって、接合時の位置合わせを容易に行えると同時に、仕切り弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に接する抵抗力を高めることができる。図４（ｂ）の弁体・弁座８は紙面に対して各々左右から見て、いずれも円形であり、更にリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６は、弁体・弁座８の左右両側に凸型円形の突起３の外周に接して接合されている。弁箱・弁座７は円筒体であり、その摺動面に紙面に対して左側から見て、リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６がリング状の突起３の外周に接して接合されている。いずれの突起３もその高さは、リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６の厚さよりも小さいものである。
【００４０】
本発明の方法で作製した仕切り弁では、溶存酸素による共晶炭化物の連続的な腐食発生が抑制され、鋳造組織の基地の脱落が抑制されるために、弁座の腐食・エロージョンの進行が抑止され、耐漏洩性能の低下が防止される。
【００４１】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００４２】
なお、本実施例ではインサート材として低融点のＮｉ基合金を用いたが、Ｆｅ基又はＣｏ基の低融点インサート材を用いることもできる。また、本発明の方法は上記仕切り弁のみならず、逆止弁，安全弁，玉型弁等の弁座部等の摺動部に適用することで、耐漏洩性能の低下，制御性・作動性能の低下を抑制する効果がある。
【００４３】
（実施例３）
図５は本実施例の逆止弁の縦断面図である。本実施例では、１０００℃以上での熱間鍛造によって粒径３０μｍ以下の共晶炭化物を粒状又は塊状とした高硬度の１.１重量％Ｃ−２９.７重量％Ｃｒ−４.５ 重量％Ｗを含むリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を、前述と同様に液相拡散接合によって、溶存酸素雰囲気下で使用する逆止弁の弁箱・弁座７及び弁体・弁座８に接合した。本実施例における逆止弁本体は実施例２と同じベース金属によって構成されている。リング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６は円筒形の弁箱・弁座７に設けられたリング状の突起３の外周に沿って、又、円盤型の弁体・弁座８に設けられた凸型円形の突起３の外周に接して各々接合されている。接合の際のリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６の取り付けが極めて容易で、正確に行うことが出来た。
【００４４】
接合に用いたインサート材はいずれも厚さ約４０μｍの７重量％Ｃｒ−３重量％Ｆｅ−４.５ 重量％Ｓｉ−３.２ 重量％Ｂを含むＮｉ基合金で、その固相線温度及び液相線温度はそれぞれ約９７０℃及び約１０００℃である。液相拡散接合条件は、接合温度：1090℃，保持時間：１ｈ，真空度：２×１０-4Torr，加圧力：５０ｇ／cm2 とした。
【００４５】
接合後に接合界面の断面観察を実施したところ、ボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示した。
【００４６】
また、本実施例で作製した逆止弁は溶存酸素による共晶炭化物の連続的な腐食発生が抑制され、鋳造組織の基地の脱落が抑制されるために、弁座１の腐食が抑止され、耐漏洩性能の低下が防止される。
【００４７】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００４８】
なお、本実施例３ではインサート材として低融点のＮｉ基合金を用いたが、Ｆｅ基又はＣｏ基等の低融点インサート材を用いることもできる。また、インサート材には耐食性に有効なＣｒを含有させることが好ましく、これによって接合部の耐食性、特に溶存酸素の多い高温高圧の水・蒸気雰囲気下での接合部の耐食性を保持できる。
【００４９】
又、以上の実施例では、円形の突起やリング状の突起について述べたが、位置（中心合わせ）やせん断力に対する抵抗力のためにはこれ以外の形状の突起が有効のこともあり、本発明では形状を円形やリング状に限られるものではない。
【００５０】
（実施例４）
図６は実施例２及び３に記載の仕切弁及び逆止弁を給水系に用いた原子力プラントの配管系統図の例である。これらの本発明に係る弁は給水系配管に非常に多く存在しているので、図示は省略する。
【００５１】
原子炉圧力容器１４で得られた高温高圧蒸気は主蒸気管１５を通って高圧タービン１８に導入される。次いで、高圧タービン１８から排出蒸気は低圧タービン１９に導入され発電機２０を駆動する。高圧タービン１８及び低圧タービン１９からの排出蒸気はグランド蒸気復水器２６を経た後、本発明の弁を有する給水弁系６により給水ポンプ３０，高圧給水加熱器３１を経て給水管４９を通って原子炉圧力容器１４に往復水する。
【００５２】
本発明は、原子力発電プラント内の機器や弁の寿命が延命に効果があり、プラント内の作業員の放射線被曝を低減することができる。
【００５３】
また、本発明の仕切り弁や逆止弁のみならず、安全弁，玉型弁等の弁座部の摺動部に適用することで、耐漏洩性能の低下、制御性・作動性能の低下を抑制する効果がある。
【００５４】
以上の弁を組み合わせて使用することで、タービン発電設備等のプラント設備で行われている、水質調整の目的からの過酸化水素水の注入等による溶存酸素の影響による弁類の弁座等の摺動部の腐食・エロージョンを抑制でき、タービン発電設備等のプラント設備の安全性向上に効果がある。
【００５５】
特に、原子力発電設備においては炉水の接する摺動部及び炉内に冷却水を供給する系統設備の弁の弁座・ケージ等のＣｏ基合金の共晶炭化物の腐食脱落とそれに伴う、共晶炭化物内のＣｏの系統内への流出・拡散を抑制すると共に、共晶炭化物の腐食脱落によって耐エロージョン性能の低下したＣｏを主成分とする鋳造組織の基地の脱落を抑制でき、原子力発電所内での作業者の被曝の低減を顕著に図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の機器及び弁によれば、作業性が良好で、良好な接合が得られることにより、流体中の溶存酸素による共晶炭化物の腐食損傷に伴う弁の摺動部又は弁座部の荒れが少なく、摺動部や弁座部での摩擦抵抗の増加抑制や弁座部での漏洩の防止を確実に維持できる。また、本発明の原子力発電プラントは、そのプラント内の機器や弁の寿命が延命される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 模擬弁Ａの分解断面図。
【図２】 模擬弁Ｂの分解断面図。
【図３】 せん断試験片の断面図。
【図４】 仕切り弁の断面図及びその部分拡大図。
【図５】 逆止弁の断面図及び弁座部の拡大図。
【図６】 本発明の弁を給水系に用いた原子力プラントの配管系統図。
【符号の説明】
１，６…リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板、２…模擬弁Ａの摺動部基材、３…突起、４…模擬弁Ｂの摺動部基材、５…凹型の円形の突起、７…弁箱・弁座、８…弁体・弁座、９…接合界面、１０…主復水器、１１…ＳＬＣタンク、１２…ＳＬＣポンプ、１３…格納容器、１４…原子炉圧力容器、１５…主蒸気管、１６…給水管、１７…分湿分分析器、１８…高圧タービン、１９…低圧タービン、２０…発電機、２１…主変圧器、２２…排気管、２３…オフガス処理系、２４…空気抽出器、２５…低圧復水ポンプ、２６…グランド蒸気復水器、２７…復水貯蔵槽、２８…復水ろ過装置、２９…復水脱塩装置、３０…給水ポンプ、３１…高圧給水加熱器、３２…制御棒駆動系、３３，３６…熱交換器、３４…ろ過脱塩器、３５…原子炉隔離時冷却系、４５…冷却材浄化系熱交換器、４６…給水弁系、４７…給水加熱器、４８…再循環系配管、４９…給水管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な摺動部に耐食・耐摩耗合金を拡散接合した弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グローバルバルブ，ゲートバルブ，バタフライバルブ等の弁類は、実運転中の弁座付近での流体によるエロージョン損傷を防止するため、或いは弁作動時のかじり防止のために、耐食・耐摩耗性に優れた高硬度のコバルト（Ｃｏ）基合金，ニッケル（Ｎｉ）基合金，鉄（Ｆｅ）基合金等の表面溶着合金を弁の摺動部に肉盛して用いられている。
【０００３】
しかし、近年、タービン発電設備等では循環水の水質調整のために循環水系統に過酸化水素水等の薬剤が注入されるようになり、該薬剤の注入点より下流の溶存酸素量が増加し、その結果、弁の弁座面等にエロージョン・かじりによる損傷が発生している。これは弁の摺動部に肉盛しているコバルト（Ｃｏ）基合金等の共晶炭化物が選択的に腐食損傷する恐れがあるためである。高速流体中では前記共晶炭化物の腐食損傷に続いて、鋳造組織の基地（マトリックス）が脱落し、エロージョンが発生する場合がある（「火力原子力発電」：３０巻，Ｎo.５，６７頁，「機械の損害」：１９８２年，Ｎo.２，９０頁，及び「材料と環境」：４７巻，Ｎo.３，２０７頁）。
【０００４】
従来、弁類の摺動部にエロージョン防止・かじり防止のために、高硬度のＣｏ基合金，Ｎｉ基合金，Ｆｅ基合金等が表面溶着合金として肉盛されている。
【０００５】
しかし、溶存酸素量の多い高温高圧の水・蒸気雰囲気下で、Ｃｏ基合金等を肉盛した弁等を使用すると、鋳造組織の基地（マトリックス）と網目状に鋳造組織の基地を包み込んでいる共晶炭化物のうち網目状の共晶炭化物が選択的に腐食され、弁座の面荒れが著しくなると共に、鋳造組織の基地も流れによって容易に脱落する可能性がある。このため、弁の耐漏洩性能が低下したり、制御特性や作動特性が変化する等の不具合を生じる可能性がある。
【０００６】
又、特開昭６０―８６２３９号公報には、各種プラントで用いられるバルブ弁座に耐摩耗、耐エロージョン特性を付与するために、Ｃｏ基合金の肉盛溶接、Ｃｒ１０〜４５％、Ａｌ，Ｔｉの少なくとも１つを１．５〜６％、Ｍｏ２０％以下、残部Ｎｉ合金が拡散接合することが開示されている。
【０００７】
又、原子力発電設備においては、炉水と接する摺動部及び炉内に冷却水を供給する系統設備の弁類ではこれらの部位に肉盛されている高硬度のＣｏ基合金等は、腐食・エロージョンによって系統中に混入する恐れがある。
【０００８】
なお、従来の弁類の部材としては炭素鋼，構造用合金鋼，低合金鋼、ステンレス鋼等が多く用いられており、これら炭素鋼，構造用合金鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等の表面に耐摩耗性のＣｏ基合金，Ｎｉ基合金，Ｆｅ基合金等の表面溶着合金を肉盛すると、炭素鋼，構造用合金鋼、低合金鋼、ステンレス鋼表面が急熱・急冷を受けるために(1）残留応力の発生，(2）形状寸法の変化，(3）破壊靭性や衝撃値の低下，(4）各種の腐食に対する耐食性や疲労特性の低下が生じる可能性がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のいずれの公報においても、弁の摺動部の耐食性・耐エロージョン性を向上させるための構造上の特定の工夫については全く示されていない。
【００１０】
本発明の目的は、摺動部の耐食性・耐エロージョン性を向上させると共に、作業性とせん断力に対する抵抗力の高い弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フェライトとパーライトを主にした炭素鋼、構造用合金鋼，低合金鋼又は、ステンレス鋼からなる基材部の摺動部表面に、共晶炭化物を有する合金中の前記共晶炭化物を複数の粒状又は複数の塊状に集合形成して、粒径３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の共晶炭化物を非連続的に分散させた耐食・耐摩耗コバルト基合金，ニッケル基合金あるいは鉄基合金からなる耐摩耗性部材が前記摺動部表面に設けられた突起の外周、又はリング状突起の内周に接して接合されており、好ましくはリング状の耐摩耗性部材が円形の突起の外周、又はリング状突起の内周に接して前記接合されている弁にある。
【００１２】
共晶炭化物を連続した網目状から粒径が３０μｍ以下である粒状又は塊状に不連続化することで、例えば、ＪＩＳ Ｇ０５７５のストラウス試験における耐食性を約３００倍と大きく向上できる。又、共晶炭化物の粒径を３０μｍ以下とするより小さい方が好ましく、延性、靭性、耐衝撃性等の機械的特性が良好となる。
【００１３】
本発明の弁は、炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼からなる基材の摺動部表面に、粒径が３０μｍ以下である共晶炭化物を有するコバルト基合金，ニッケル基合金又は鉄基合金からなるリング状耐摩耗性部材が接合され、該耐摩耗性部材が前記基材より熱膨張係数が大きいとき前記摺動部表面に設けられた円形の突起の外周に接して前記接合され、又は前記耐摩耗性部材が前記基材より熱膨張係数が小さいとき前記摺動部表面に設けられたリング状突起の内周に接して前記接合されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の摺動部表面に設けられた円形の突起又はリング状突起の厚さは耐摩耗性部材の厚さよりも小さくし、接合の際に耐摩耗性部材がそれらの突起に密着して安定して設置されるような厚さを有するものが好ましい。
【００１５】
コバルト基合金は、重量で、Ｃ０.６ 〜３％，Ｓｉ２％以下，Ｃｒ２５〜３２％，Ｗ１５％以下、好ましくは４〜１５％、Ｆｅ０〜３％，Ｎｉ０〜３％，Ｍｏ０〜６％を含むものが好ましい。
【００１６】
ニッケル基合金は、重量で、Ｃ１％以下、好ましくは０.２〜０.５％、Ｓｉ７％以下，Ｃｒ７〜２０％，Ｗ５％以下、好ましくは０.５ 〜２％、Ｂ３．５％以下を含むものが好ましい。
【００１７】
また、Ｆｅ基合金は、重量で、Ｃ１.５以下、好ましくは０.３〜１.０％、Ｓｉ４％以下、好ましくは０.５〜３％、Ｃｒ１５〜２７％，Ｍｏ８％以下、好ましくは０.５ 〜２％を含むものが好ましい。
【００１８】
本発明に係る炭素鋼は、接合後の冷却速度を制御することにより摺動部のベース金属の組織をフェライト及びパーライトを主にした組織にするものが好ましい。その硬さはＨｖ１００〜２５０程度とするのが好ましい。
【００１９】
前述の耐食・耐摩耗コバルト基合金，ニッケル基合金あるいは鉄基合金からなる耐摩耗性部材は、鋳造組織基地と共晶炭化物とを有する合金に熱間鍛造又は熱間圧延による塑性加工や加熱処理を加えて前記共晶炭化物を非連続分布とした耐食・耐摩耗合金が拡散接合により摺動部に接合されていることが好ましい。
【００２０】
更に言えば、前記の拡散接合が母材よりも低融点のインサート材を接合界面に挿入し融点降下元素を母材中に拡散させ凝固・接合を進行させる液相拡散接合であることが好ましく、前記インサート材が重量で、Ｓｉ８％以下、Ｂ５％以下及びＰ１２％以下、好ましくはＳｉ１〜８％，Ｂ１〜５％、より好ましくはＳｉ３〜６％，Ｂ２〜４％を含むニッケル基合金或いはこれにさらにＣｒ５〜２０％を含有するニッケル基合金が好ましい。
【００２１】
共晶炭化物を不連続化した耐食・耐摩耗合金の摺動部への接合は拡散接合、なかでも液相拡散接合によって容易に実現することができる。液相拡散接合では、母材（非接合材）よりも融点の低いインサート材を接合界面に挿入し、接合（加熱）時にインサート材に含有されるＢ，Ｓｉ，Ｐ等の融点降下元素を母材中に拡散させることで凝固・接合を進行させるために、いわゆる固相拡散接合に比較して接合時の加圧力を小さくすることができ、接合による変形も少ない。また、接合面の機械加工仕上げ精度もＲmax ２０μｍ程度でも良好な接合が可能である。
【００２２】
本発明は、高温での拡散接合後における室温までの冷却速度を制御することが好ましい。従来の表面溶着合金を肉盛する方法では、摺動部基材の炭素鋼，構造用合金鋼や低合金鋼の表面が急熱・急冷を受けるために基材肉盛部のミクロ組織中にマルテンサイトやベイナイト等が存在して、大きな残留応力の発生，破壊靭性や衝撃値の低下，耐食性や疲労特性の低下等の問題点を生ずる恐れがあった。これに対して本発明では、拡散接合後の温度−時間曲線すなわち冷却曲線が、摺動部基材である炭素鋼，構造用合金鋼や低合金鋼の連続冷却変態（ＣＣＴ）図におけるマルテンサイトあるいはベイナイトを含む領域を横切らないように制御することにより、フェライトとパーライトを主体としたミクロ組織とＨｖ２５０以下の硬さにすることにより、たとえばＨ2Ｓ を含む環境下での基材の耐食性・耐応力腐食割れ性等を大きく向上できるものである。
【００２３】
なお、液相を介して母材（非接合材）を接合する方法として、従来からろう接が知られているが、ろう接では主にろう材と母材との間の化学的結合力と物理的粘着力とを利用しており、ろう材・母材間の相互拡散は液相拡散接合に比較して少なく、従って接合強度等接合部の信頼性も液相拡散接合が優れている。
【００２４】
本発明によれば、共晶炭化物が基地（マトリックス）に非連続的に分布したＣｏ基、Ｎｉ基、Ｆｅ基等の耐食、耐摩耗性合金を各種機器及び弁類の摺動部に拡散接合することにより、過酸化水素水等の注入によって生じた溶存酸素がもたらす共晶炭化物の腐食損傷を抑制し、同時に機器・弁類の摺動部の摩擦抵抗の増加や弁座面等の荒れによる耐漏洩性能の低下も抑制し、耐衝撃性・保守性能に優れた各種機器・弁類を得ることができる。又、本発明によれば、摺動部基材とリング状耐摩耗性部材の接合時の位置合わせ（中心合わせ）が容易に行えると同時に、弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００２５】
又、本発明によれば、鍛造又は圧延等の塑性加工と加熱処理（焼鈍）を施した板材・棒材から切り出した粒状又は塊状の共晶炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基，Ｆｅ基等の耐食・耐摩耗合金を弁座等に拡散接合、特に液相拡散接合することで、溶存酸素がもたらす弁座等の腐食損傷やエロージョン損傷を低減した耐衝撃性の良好な安全弁，仕切り弁，玉型弁等を得ることができる。
【００２６】
更に、本発明によれば、火力、原子力発電設備の弁類に使用されるＣｏ基合金の腐食・エロージョン・摩耗等によるＣｏの飛散・拡散を抑制することで、保守性に優れた発電プラントを得ることができる。
【００２７】
本発明のＣｏ基耐食・耐摩耗合金では、鍛造・圧延等の塑性加工とその後の加熱処理（焼鈍）等、あるいは高温で熱間鍛造・熱間圧延を行う等により、粒径３０μｍ以下に形成された共晶炭化物は鋳造組織基地中に粒状又は塊状に不連続に分布しており、溶存酸素による炭化物の腐食損傷は溶存酸素に接する面の炭化物にのみ限られ、鋳造組織基地の脱落も少ない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
１０００℃以上の温度での熱間鍛造と熱間圧延によって共晶炭化物を粒径３０μｍ以下の粒状又は塊状とした１.０重量％Ｃ−２９.４重量％Ｃｒ−３.９重量％Ｗを含むリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を液相拡散接合によって、図１に示す模擬弁Ａの摺動部に接合した。リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１は外径１５４mm，内径９０mm，厚さ７mmである。模擬弁Ａの摺動部基材２の材質は炭素鋼Ｓ２５Ｃで、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して小さいため、熱膨張差による応力の発生を防止するために、Ｓ２５Ｃの摺動部基材表面には接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１に内接して直径が８９.５mm ，高さが２mmの凸型の突起３を設けた。これによって、位置合わせを容易に行えると同時に、模擬弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００２９】
模擬弁の摺動部基材２，リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を脱脂・洗浄した後、摺動部基材２上に外径１５４mm，内径９０mm，厚さ約４０μｍの接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状としたリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は４.５重量％Ｓｉ，３重量％Ｂ を含むＮｉ基合金で、約１０４０℃以上で完全に溶融する。液相拡散接合条件は、接合温度：１１００℃，保持時間：１ｈ，真空度：１〜２×１０-4Torr，加圧力：１５ｇ／cm2とした。
【００３０】
接合後に接合界面近傍の断面光学顕微鏡観察を行ったところ、ピンホールやボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示していた。
【００３１】
模擬弁Ａと同一のリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ合金板１を液相拡散接合によって、図２に示す模擬弁Ｂの摺動部に接合した。模擬弁Ｂの摺動部基材４の材質はオーステナイト系ステンレス鋼で、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して大きいため、熱膨張差による応力の発生を防止するために、オーステナイト系ステンレス鋼の摺動部基材表面には接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１に外接して直径が１５４.５mm，高さ２mmの凹型の円形の突起５を設けた。これによって、位置合わせを容易に行えると同時に、模擬弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高めることができる。
【００３２】
模擬弁Ｂの摺動部基材４，リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１を脱脂・洗浄した後、摺動部基材４上に外形１５４mm，内径９０mm，厚さ約４０μｍの接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状としたリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板１をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は４.５ 重量％Ｓｉ，３重量％Ｂ，７重量％Ｃｒ，３重量％Ｆｅを含むＮｉ基合金で、約１０００℃以上で完全に溶融する。液相拡散接合条件は、接合温度：1100℃，保持時間：１ｈ，真空度：１〜２×１０-4Torr，加圧力：１５ｇ／cm2とした。接合後に接合界面近傍の断面光学顕微鏡観察を行ったところ、ピンホールやボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示していた。また、接合後の冷却は１１００℃から６５０℃までを約１５０℃／ｈ，６５０℃から４２５℃までを約１００℃／ｈ，４２５℃以下を空冷とした。
【００３３】
上述によって作製した模擬弁Ａ及びＢを組み合わせて、面圧２０００気圧の焼付摩耗試験を常温水中及び２８８℃高温水中で実施した。
【００３４】
その結果、摺動回数１００回後の摩擦係数は常温水中で約０.３、また288℃高温水中で約０.２ と、従来の表面肉盛溶着合金を摺動部に用いた弁に比較して、同等またはそれ以下であることを確認した。
【００３５】
又、前述で作製した模擬弁Ａから図３（ａ）に示すせん断試験片を切り出して、耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板１と模擬弁Ａの摺動部基材２である炭素鋼Ｓ２５Ｃとの液相接合界面９のせん断強度を測定した。
【００３６】
その結果、Ｃｏ基合金／Ｓ２５Ｃ界面の室温でのせん断強度は約３７kg／mm2となったが、摺動部基材Ｓ２５Ｃ表面に設けた高さ２mmの段差も含めた形の図３（ｂ）に示すせん断試験片では当然のことながらせん断応力が３７kg／mm2を越えても破断せず、本発明において摺動部基材表面に設けた凸型あるいは凹型の段差は弁摺動部・接合部に負荷されるせん断力に対する抵抗力を高める効果があることを確認した。
【００３７】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板１を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００３８】
（実施例２）
図４は、実施例１と同様に製造した仕切り弁の断面図である。熱間鍛造と熱間圧延によって共晶炭化物を３０μｍ以下の粒状又は塊状とした１.０重量％Ｃ−３０.０重量％Ｃｒ−３.９重量％Ｗ を含むリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を液相拡散接合によって、図４に示すように溶存酸素雰囲気下で使用する仕切り弁の弁箱・弁座７及び弁体・弁座８に接合した。図４の（ａ）は仕切り弁本体の断面図、（ｂ）は弁体・弁座８の正面図、（ｃ）は弁箱・弁座７部分の断面図である。仕切り弁の弁体・弁座８は図４（ｂ）に示す様に、円盤状で、上部が厚く、下部が薄く、上下に駆動して図中左右に流入する水や水蒸気の流れを開閉するものである。テーパの無い弁体・弁座においても同様の構造である。仕切り弁の弁体・弁座８の左右両表面に円形の段差３を設けた後に、これらの上に接合用インサート材を置き、次いで該材料の上に共晶炭化物を粒状又は塊状とした厚さ約７mmのリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６をはめ合わせて、液相拡散接合を行った。接合に用いたインサート材は実施例１の模擬弁Ａで用いたと同一化学組成のもので、液相拡散接合条件も実施例１の模擬弁Ａと同一条件とした。
【００３９】
本実施例における弁体・弁座基材の材質は機械構造用炭素鋼Ｓ２５Ｃで、その熱膨張係数はＣｏ基合金に比較して小さいため、弁体・弁座の摺動部基材表面には図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、接合されるリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６に内接して高さが２mmのリング状の突起３（段差）を設けた。これによって、接合時の位置合わせを容易に行えると同時に、仕切り弁の作動時に摺動部・接合部に負荷されるせん断力に接する抵抗力を高めることができる。図４（ｂ）の弁体・弁座８は紙面に対して各々左右から見て、いずれも円形であり、更にリング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６は、弁体・弁座８の左右両側に凸型円形の突起３の外周に接して接合されている。弁箱・弁座７は円筒体であり、その摺動面に紙面に対して左側から見て、リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６がリング状の突起３の外周に接して接合されている。いずれの突起３もその高さは、リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板６の厚さよりも小さいものである。
【００４０】
本発明の方法で作製した仕切り弁では、溶存酸素による共晶炭化物の連続的な腐食発生が抑制され、鋳造組織の基地の脱落が抑制されるために、弁座の腐食・エロージョンの進行が抑止され、耐漏洩性能の低下が防止される。
【００４１】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００４２】
なお、本実施例ではインサート材として低融点のＮｉ基合金を用いたが、Ｆｅ基又はＣｏ基の低融点インサート材を用いることもできる。また、本発明の方法は上記仕切り弁のみならず、逆止弁，安全弁，玉型弁等の弁座部等の摺動部に適用することで、耐漏洩性能の低下，制御性・作動性能の低下を抑制する効果がある。
【００４３】
（実施例３）
図５は本実施例の逆止弁の縦断面図である。本実施例では、１０００℃以上での熱間鍛造によって粒径３０μｍ以下の共晶炭化物を粒状又は塊状とした高硬度の１.１重量％Ｃ−２９.７重量％Ｃｒ−４.５ 重量％Ｗを含むリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を、前述と同様に液相拡散接合によって、溶存酸素雰囲気下で使用する逆止弁の弁箱・弁座７及び弁体・弁座８に接合した。本実施例における逆止弁本体は実施例２と同じベース金属によって構成されている。リング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６は円筒形の弁箱・弁座７に設けられたリング状の突起３の外周に沿って、又、円盤型の弁体・弁座８に設けられた凸型円形の突起３の外周に接して各々接合されている。接合の際のリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６の取り付けが極めて容易で、正確に行うことが出来た。
【００４４】
接合に用いたインサート材はいずれも厚さ約４０μｍの７重量％Ｃｒ−３重量％Ｆｅ−４.５ 重量％Ｓｉ−３.２ 重量％Ｂを含むＮｉ基合金で、その固相線温度及び液相線温度はそれぞれ約９７０℃及び約１０００℃である。液相拡散接合条件は、接合温度：1090℃，保持時間：１ｈ，真空度：２×１０-4Torr，加圧力：５０ｇ／cm2 とした。
【００４５】
接合後に接合界面の断面観察を実施したところ、ボイド等の接合欠陥はほとんど認められず、良好な接合状態を示した。
【００４６】
また、本実施例で作製した逆止弁は溶存酸素による共晶炭化物の連続的な腐食発生が抑制され、鋳造組織の基地の脱落が抑制されるために、弁座１の腐食が抑止され、耐漏洩性能の低下が防止される。
【００４７】
なお、本実施例ではいずれもリング状の耐食・耐摩耗Ｃｏ基合金板６を用いたが、共晶炭化物を非連続分布としたＮｉ基合金あるいはＦｅ基合金なども同様に用いることができる。
【００４８】
なお、本実施例３ではインサート材として低融点のＮｉ基合金を用いたが、Ｆｅ基又はＣｏ基等の低融点インサート材を用いることもできる。また、インサート材には耐食性に有効なＣｒを含有させることが好ましく、これによって接合部の耐食性、特に溶存酸素の多い高温高圧の水・蒸気雰囲気下での接合部の耐食性を保持できる。
【００４９】
又、以上の実施例では、円形の突起やリング状の突起について述べたが、位置（中心合わせ）やせん断力に対する抵抗力のためにはこれ以外の形状の突起が有効のこともあり、本発明では形状を円形やリング状に限られるものではない。
【００５０】
（実施例４）
図６は実施例２及び３に記載の仕切弁及び逆止弁を給水系に用いた原子力プラントの配管系統図の例である。これらの本発明に係る弁は給水系配管に非常に多く存在しているので、図示は省略する。
【００５１】
原子炉圧力容器１４で得られた高温高圧蒸気は主蒸気管１５を通って高圧タービン１８に導入される。次いで、高圧タービン１８から排出蒸気は低圧タービン１９に導入され発電機２０を駆動する。高圧タービン１８及び低圧タービン１９からの排出蒸気はグランド蒸気復水器２６を経た後、本発明の弁を有する給水弁系６により給水ポンプ３０，高圧給水加熱器３１を経て給水管４９を通って原子炉圧力容器１４に往復水する。
【００５２】
本発明は、原子力発電プラント内の機器や弁の寿命が延命に効果があり、プラント内の作業員の放射線被曝を低減することができる。
【００５３】
また、本発明の仕切り弁や逆止弁のみならず、安全弁，玉型弁等の弁座部の摺動部に適用することで、耐漏洩性能の低下、制御性・作動性能の低下を抑制する効果がある。
【００５４】
以上の弁を組み合わせて使用することで、タービン発電設備等のプラント設備で行われている、水質調整の目的からの過酸化水素水の注入等による溶存酸素の影響による弁類の弁座等の摺動部の腐食・エロージョンを抑制でき、タービン発電設備等のプラント設備の安全性向上に効果がある。
【００５５】
特に、原子力発電設備においては炉水の接する摺動部及び炉内に冷却水を供給する系統設備の弁の弁座・ケージ等のＣｏ基合金の共晶炭化物の腐食脱落とそれに伴う、共晶炭化物内のＣｏの系統内への流出・拡散を抑制すると共に、共晶炭化物の腐食脱落によって耐エロージョン性能の低下したＣｏを主成分とする鋳造組織の基地の脱落を抑制でき、原子力発電所内での作業者の被曝の低減を顕著に図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の機器及び弁によれば、作業性が良好で、良好な接合が得られることにより、流体中の溶存酸素による共晶炭化物の腐食損傷に伴う弁の摺動部又は弁座部の荒れが少なく、摺動部や弁座部での摩擦抵抗の増加抑制や弁座部での漏洩の防止を確実に維持できる。また、本発明の原子力発電プラントは、そのプラント内の機器や弁の寿命が延命される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 模擬弁Ａの分解断面図。
【図２】 模擬弁Ｂの分解断面図。
【図３】 せん断試験片の断面図。
【図４】 仕切り弁の断面図及びその部分拡大図。
【図５】 逆止弁の断面図及び弁座部の拡大図。
【図６】 本発明の弁を給水系に用いた原子力プラントの配管系統図。
【符号の説明】
１，６…リング状の耐食・耐摩耗性Ｃｏ基合金板、２…模擬弁Ａの摺動部基材、３…突起、４…模擬弁Ｂの摺動部基材、５…凹型の円形の突起、７…弁箱・弁座、８…弁体・弁座、９…接合界面、１０…主復水器、１１…ＳＬＣタンク、１２…ＳＬＣポンプ、１３…格納容器、１４…原子炉圧力容器、１５…主蒸気管、１６…給水管、１７…分湿分分析器、１８…高圧タービン、１９…低圧タービン、２０…発電機、２１…主変圧器、２２…排気管、２３…オフガス処理系、２４…空気抽出器、２５…低圧復水ポンプ、２６…グランド蒸気復水器、２７…復水貯蔵槽、２８…復水ろ過装置、２９…復水脱塩装置、３０…給水ポンプ、３１…高圧給水加熱器、３２…制御棒駆動系、３３，３６…熱交換器、３４…ろ過脱塩器、３５…原子炉隔離時冷却系、４５…冷却材浄化系熱交換器、４６…給水弁系、４７…給水加熱器、４８…再循環系配管、４９…給水管。
Claims (4)
- 炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼からなる基材の表面に、コバルト基合金又はニッケル基合金又は鉄基合金からなり、粒径が３０μｍ以下である共晶炭化物を有する耐摩耗性部材が接合されてなる弁であって、前記基材の表面に円形の突起を有し、該突起の外周に前記耐摩耗性部材のリングが接合されていることを特徴とする弁。
- 炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼からなる基材の表面に、コバルト基合金又はニッケル基合金又は鉄基合金からなり、粒径が３０μｍ以下である共晶炭化物を有する耐摩耗性部材が接合されてなる弁であって、前記基材の表面にリング状の突起を有し、該突起の内周に前記耐摩耗性部材のリングが接合されていることを特徴とする弁。
- 請求項１又は２において、前記耐摩耗性部材のリングは前記基材に拡散接合されていることを特徴とする弁。
- 請求項１又は２において、前記耐摩耗性部材のリングと前記基材が、接合界面に前記耐摩耗性部材よりも低融点のインサート材を介して液相拡散接合されていることを特徴とする弁。
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