JPS62211325A - 二重金属管等の残留応力改善方法 - Google Patents
二重金属管等の残留応力改善方法Info
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- JPS62211325A JPS62211325A JP61052060A JP5206086A JPS62211325A JP S62211325 A JPS62211325 A JP S62211325A JP 61052060 A JP61052060 A JP 61052060A JP 5206086 A JP5206086 A JP 5206086A JP S62211325 A JPS62211325 A JP S62211325A
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- Japan
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- heating
- cooling water
- main pipe
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- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 20
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- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、金属管の残留応力改善方法に係わり、特にサ
ーマルスリーブを有して流体の停滞域が発生し易い構造
の二重金属管に用いて好適な残留応力改善方法に関する
ものである。
ーマルスリーブを有して流体の停滞域が発生し易い構造
の二重金属管に用いて好適な残留応力改善方法に関する
ものである。
「従来の技術」
一般に、金属材料、例えば原子力や化学プラント等に多
用されているオーステナイト系ステンレス鋼等において
は、引っ張り応力と腐食因子とが共存する場合、腐食割
れが急速に進行することが知られている。
用されているオーステナイト系ステンレス鋼等において
は、引っ張り応力と腐食因子とが共存する場合、腐食割
れが急速に進行することが知られている。
従来、このような金属管の応力を改善する場合、金属管
の中に冷却水を挿通させながら、金属管を誘導加熱して
、金属管の内外面に降伏点以上の熱応力が生じる温度差
を与えて、金属管の継ぎ目等の溶接部付近の内面に、残
留圧縮応力を発生させた状態とする応力改善方法が考え
られている。
の中に冷却水を挿通させながら、金属管を誘導加熱して
、金属管の内外面に降伏点以上の熱応力が生じる温度差
を与えて、金属管の継ぎ目等の溶接部付近の内面に、残
留圧縮応力を発生させた状態とする応力改善方法が考え
られている。
「発明が解決しようとする問題点」
しかしながら、このような方法は、直管等の単純な形状
には適用可能であるが、サーマルスリーブを有する二重
管等であると、母管とサーマルスリーブとの間に冷却水
の停滞域が生じて、冷却水の対流現象が妨げられること
になるため、残留応力改善に必要な温度差を付与するこ
とが困難となるという問題点がある。
には適用可能であるが、サーマルスリーブを有する二重
管等であると、母管とサーマルスリーブとの間に冷却水
の停滞域が生じて、冷却水の対流現象が妨げられること
になるため、残留応力改善に必要な温度差を付与するこ
とが困難となるという問題点がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を有効に解決す
ることを目的とするものである。
ることを目的とするものである。
「問題点を解決するだめの手段」
本発明における二重金属管等の残留応力改善方法は、母
管とその内部のサーマルスリーブとの間に、冷却水を存
在させた状態で、母管表面を加熱時間がフーリエ数の２
０％ないし５０％、加熱浸透深さが母管壁厚さの２０％
ないし６０％、表面温度が４５０℃以上となる範囲で急
速加熱した後、徐冷するようにしているものであり、加
熱による温度上昇時間と母管内壁への熱伝達時間との間
に差が生じることを利用して、母管壁の外面近傍を高温
状態に導き、このときの内面近傍との温度差によって、
降伏点以上の熱応力を発生させ、次いで冷却して母管壁
の温度差を除去することにより、処理対象部分である内
面に圧縮残留応力を付与した状態を形成するものである
。
管とその内部のサーマルスリーブとの間に、冷却水を存
在させた状態で、母管表面を加熱時間がフーリエ数の２
０％ないし５０％、加熱浸透深さが母管壁厚さの２０％
ないし６０％、表面温度が４５０℃以上となる範囲で急
速加熱した後、徐冷するようにしているものであり、加
熱による温度上昇時間と母管内壁への熱伝達時間との間
に差が生じることを利用して、母管壁の外面近傍を高温
状態に導き、このときの内面近傍との温度差によって、
降伏点以上の熱応力を発生させ、次いで冷却して母管壁
の温度差を除去することにより、処理対象部分である内
面に圧縮残留応力を付与した状態を形成するものである
。
「実施例」
以下、本発明における二重金属管等の残留応力改善方法
の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明する。
の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明する。
該−実施例においては、オーステナイト系ステンレスＭ
Ｃ８ＵＳ３０４）からなる管壁厚さ１９ｍｍの二重管を
処理対象としており、第１図に示す二重管は、原子炉圧
力容器ｌのノズル２に連設されるととらに、母管３の中
にサーマルスリーブ４が配設された構造で、水平（二敷
設されているものとする。なお、図中符号５はセーフエ
ンド、符号６はリング状中空部、符号７は誘導加熱コイ
ル等の加熱手段、符号８は溶接継手、符号９は処理対象
部分である。
Ｃ８ＵＳ３０４）からなる管壁厚さ１９ｍｍの二重管を
処理対象としており、第１図に示す二重管は、原子炉圧
力容器ｌのノズル２に連設されるととらに、母管３の中
にサーマルスリーブ４が配設された構造で、水平（二敷
設されているものとする。なお、図中符号５はセーフエ
ンド、符号６はリング状中空部、符号７は誘導加熱コイ
ル等の加熱手段、符号８は溶接継手、符号９は処理対象
部分である。
［冷却水挿通工程コ
このような構造の二重管に、第１図矢印で示すように冷
却水を送り込むと、サーマルスリーブ４を経由して、原
子炉圧力容器ｌの中に冷却水が流れ込むが、母管３とサ
ーマルスリーブ４の間のリング状中空部６には、冷却水
が満たされるものの流れが生じない部分、つまり、停滞
域が残される。
却水を送り込むと、サーマルスリーブ４を経由して、原
子炉圧力容器ｌの中に冷却水が流れ込むが、母管３とサ
ーマルスリーブ４の間のリング状中空部６には、冷却水
が満たされるものの流れが生じない部分、つまり、停滞
域が残される。
しかし、冷却水の挿通と冷却水及び母管等の熱伝達によ
り、二重管の各部等は、はぼ均一な温度、例えば冷却水
の温度（常温）となる。
り、二重管の各部等は、はぼ均一な温度、例えば冷却水
の温度（常温）となる。
［急速加熱工程コ
次いで、加熱手段７を作動させて、処理対象部分９にお
ける範囲の母管３を外表面から高周波誘導加熱する。こ
のとき、母管表面を加熱時間がフーリエ数の２０％ない
し５０％、加熱浸透深さが母管壁厚さの２０％ないし６
０％となるように設定するとともに、母管３の表面温度
が４５０℃以上の範囲となるように入熱量を設定する。
ける範囲の母管３を外表面から高周波誘導加熱する。こ
のとき、母管表面を加熱時間がフーリエ数の２０％ない
し５０％、加熱浸透深さが母管壁厚さの２０％ないし６
０％となるように設定するとともに、母管３の表面温度
が４５０℃以上の範囲となるように入熱量を設定する。
第２図は、金属管がオーステナイト系ステンレス鋼から
なる二重管であり、母管３の管壁の厚さが１９ｍｍ、加
熱浸透深さが９１１１ｆｆｉ（管壁厚さのほぼ５０％）
、加熱時間が２３秒（フーリエ数の５０％）、加熱時の
最高温度が４５０℃の条件で加熱した場合の加熱終了直
後と外面からの距離との関係を示している。
なる二重管であり、母管３の管壁の厚さが１９ｍｍ、加
熱浸透深さが９１１１ｆｆｉ（管壁厚さのほぼ５０％）
、加熱時間が２３秒（フーリエ数の５０％）、加熱時の
最高温度が４５０℃の条件で加熱した場合の加熱終了直
後と外面からの距離との関係を示している。
この第２図の結果より、母管壁の厚さ方向に大きな温度
差が発生していることが明らかである。
差が発生していることが明らかである。
この急速加熱工程中において、高温部分から低温部分へ
と熱伝達が行なわれるために、次第に、母管壁の温度も
高くなる傾向を示すが、指定され＋、 ＆ １ｌＩ−／
ｒＸｇ 浦−ｙ＋ ＩＪ ＋ ｂ ｌ ｆ １ｗｔ
ｋｍｎＮＭＦ； ｎ４１１！Ｉ （前例では２０％秒）
であることの理由により、急速加熱中における熱伝達に
よって、内面の温度が上昇する程度は、実用上許容でき
る範囲である。
と熱伝達が行なわれるために、次第に、母管壁の温度も
高くなる傾向を示すが、指定され＋、 ＆ １ｌＩ−／
ｒＸｇ 浦−ｙ＋ ＩＪ ＋ ｂ ｌ ｆ １ｗｔ
ｋｍｎＮＭＦ； ｎ４１１！Ｉ （前例では２０％秒）
であることの理由により、急速加熱中における熱伝達に
よって、内面の温度が上昇する程度は、実用上許容でき
る範囲である。
また、加熱直後における母管壁の状態は、加熱浸透深さ
で代表される高温部分と、熱伝達の遅れによる低温部分
との間に、大きな温度差が生じるため、第３図の曲線Ａ
で示すように、外面に近い加熱部分には、熱膨張を妨げ
ることによる圧縮応力が、低温部分には、熱膨張による
引っ張り応力が発生し、特に、加熱部分は圧縮応力が高
温状態によって低下した降伏点を越えるために、塑性変
形を伴うようになる。
で代表される高温部分と、熱伝達の遅れによる低温部分
との間に、大きな温度差が生じるため、第３図の曲線Ａ
で示すように、外面に近い加熱部分には、熱膨張を妨げ
ることによる圧縮応力が、低温部分には、熱膨張による
引っ張り応力が発生し、特に、加熱部分は圧縮応力が高
温状態によって低下した降伏点を越えるために、塑性変
形を伴うようになる。
［徐冷工程コ
一方、急速加熱工程後において、第１図の矢印で示す冷
却水の送り込みを続行するか、または、自然放置状態の
徐冷がなされると、その冷却の過程で高温部分の熱の伝
達により、一度は母管の内面温度が上昇して、場合によ
っては核沸騰あるいは膜沸騰現象が伴って、リング状中
空部６における冷却水の入れ換えが生じる等により、冷
却が促進されて、母管壁の温度が次第に均一化し、最終
的には冷却水の温度となる。そして、母管壁内の温度が
均一化された状態にあっては、第３図の曲線Ｂで示すよ
うに、外面から離間した内面には、前記塑性変形による
寸法の収縮分に対応して、圧縮残留応力が発生した状態
、つまり、処理対象部分に圧縮残留応力を付与した状態
とすることができる。
却水の送り込みを続行するか、または、自然放置状態の
徐冷がなされると、その冷却の過程で高温部分の熱の伝
達により、一度は母管の内面温度が上昇して、場合によ
っては核沸騰あるいは膜沸騰現象が伴って、リング状中
空部６における冷却水の入れ換えが生じる等により、冷
却が促進されて、母管壁の温度が次第に均一化し、最終
的には冷却水の温度となる。そして、母管壁内の温度が
均一化された状態にあっては、第３図の曲線Ｂで示すよ
うに、外面から離間した内面には、前記塑性変形による
寸法の収縮分に対応して、圧縮残留応力が発生した状態
、つまり、処理対象部分に圧縮残留応力を付与した状態
とすることができる。
［圧縮残留応力付与条件の説明］
前記した急速加熱工程と徐冷工程とを組み合わせた場合
における処理条件について補足説明すると、オーステナ
イト系ステンレス鋼においては、本発明者等の研究によ
れば、次の条件下で目的を達成することができる。
における処理条件について補足説明すると、オーステナ
イト系ステンレス鋼においては、本発明者等の研究によ
れば、次の条件下で目的を達成することができる。
即ち、母管壁の内外に大きな温度差を付与するためには
、加熱時間（ｔｏ）について、次の式を満足させること
が必要である。
、加熱時間（ｔｏ）について、次の式を満足させること
が必要である。
０ 、 ２ ＜ａ−ｔｏ／ Ｌ″＜ ０ 、 ５−−−
−−−Ｃｉ ）ただし、ａ：温度伝達率（ｍ／ｈ） Ｌ：母管壁の厚さ これをフーリエ数（Ｆ）を用いて整理すると、次式で表
される。
−−−Ｃｉ ）ただし、ａ：温度伝達率（ｍ／ｈ） Ｌ：母管壁の厚さ これをフーリエ数（Ｆ）を用いて整理すると、次式で表
される。
０．２Ｆ＜ｔ。＜０．６Ｆ・・・・・・（１１）ただし
、Ｆ ＝ ａ−ｔｏ／ Ｌ ’ さらに、同時に加熱浸透深さくＳ）が母管壁の厚さく［
７）との関係において、次式を満足させることが必要で
ある。
、Ｆ ＝ ａ−ｔｏ／ Ｌ ’ さらに、同時に加熱浸透深さくＳ）が母管壁の厚さく［
７）との関係において、次式を満足させることが必要で
ある。
０．２Ｌ＜Ｓ＜０．６Ｌ・・・・・・（ｉｉｉ）ここで
、加熱浸透深さくＳ）は、高周波誘導加熱時の母管壁の
厚さ方向の発熱分布を決定する寸法である。一般に高周
波誘導加熱時の発熱密度（Ｗ）は、次式により表される
。
、加熱浸透深さくＳ）は、高周波誘導加熱時の母管壁の
厚さ方向の発熱分布を決定する寸法である。一般に高周
波誘導加熱時の発熱密度（Ｗ）は、次式により表される
。
Ｗ ＝ Ｗ ｏ ｅ−ｊ−−（ｉｖ ）ただし、Ｗｏ＝
表面での加熱密度 ｊ＝２Ｘ／Ｓ Ｘ：外表面からの距離 なお、加熱浸透深さ（Ｓ （ｃｍ） ）は、Ｓ ＝ （
１／ （２π）） Ｃｐ ／ （μｒｘ ｔｏ″″’）
）’・’−・・・−（Ｖ ）ただし、ρ：比抵抗（Ω・
ｃｍ） μ：比透磁率 ｒ：周波数（Ｈ２） で表され、周波数を変化させることにより、加熱深さく
Ｓ）を制御することができる。
表面での加熱密度 ｊ＝２Ｘ／Ｓ Ｘ：外表面からの距離 なお、加熱浸透深さ（Ｓ （ｃｍ） ）は、Ｓ ＝ （
１／ （２π）） Ｃｐ ／ （μｒｘ ｔｏ″″’）
）’・’−・・・−（Ｖ ）ただし、ρ：比抵抗（Ω・
ｃｍ） μ：比透磁率 ｒ：周波数（Ｈ２） で表され、周波数を変化させることにより、加熱深さく
Ｓ）を制御することができる。
前述の（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の条件下で外面の温度が４
５０℃以上となる範囲で加熱を行なえば、目的の処理対
象部分に圧縮残留応力を付与するための有効な温度分布
を得ろことができる。
５０℃以上となる範囲で加熱を行なえば、目的の処理対
象部分に圧縮残留応力を付与するための有効な温度分布
を得ろことができる。
この条件よりも、加熱時間が長時間であるか、加熱浸透
深さくＳ）が大きい状態で加熱を行なった場合、内面の
温度は相当上昇し、母管壁の内外に大きな温度差が得ら
れなくなる。また、逆に加熱時間が短いか加熱浸透深さ
が小さい場合、表面のみが温度上昇し、外面付近のごく
浅い部分のみが塑性変形を生じることになり、内面に充
分な圧縮残留応力を得ることが難しくなる。
深さくＳ）が大きい状態で加熱を行なった場合、内面の
温度は相当上昇し、母管壁の内外に大きな温度差が得ら
れなくなる。また、逆に加熱時間が短いか加熱浸透深さ
が小さい場合、表面のみが温度上昇し、外面付近のごく
浅い部分のみが塑性変形を生じることになり、内面に充
分な圧縮残留応力を得ることが難しくなる。
なお、外面温度の上限は、母管壁の組織に悪影響を及ぼ
さないように設定する必要がある。例えばオーステナイ
ト系ステンレス鋼の場合、組織中に鋭敏化域を生じさせ
ないためには、上限を５５０℃に制限すべきである。
さないように設定する必要がある。例えばオーステナイ
ト系ステンレス鋼の場合、組織中に鋭敏化域を生じさせ
ないためには、上限を５５０℃に制限すべきである。
［萌処理工程についてコ
このように、３条件を包含する一実施例の処理工程を施
す場合、限定された範囲の処理となるため、残留応力改
善効果が少なくなることも有り得るが、このような場合
は、前記急速加熱工程に先立って、予め、処理対象部分
を前述の上限温度以下の温度で加熱することにより、従
来の技術で説明した残留応力改善方法を適用して、残留
応力の改善を図っておく等により、その後の本発明の方
法の実施効果と相乗させて、残留応力改善効果を向上さ
仕ることができる。
す場合、限定された範囲の処理となるため、残留応力改
善効果が少なくなることも有り得るが、このような場合
は、前記急速加熱工程に先立って、予め、処理対象部分
を前述の上限温度以下の温度で加熱することにより、従
来の技術で説明した残留応力改善方法を適用して、残留
応力の改善を図っておく等により、その後の本発明の方
法の実施効果と相乗させて、残留応力改善効果を向上さ
仕ることができる。
なお、ここまでは、第１図例の二重管について説明した
が、冷却水が停滞する類似する他の管体、あるいは、冷
却水が停滞しない条件の管体においても、急速加熱時間
内の冷却を無視できる範囲では、同様な残留応力改善方
法により実施し得ることは勿論である。
が、冷却水が停滞する類似する他の管体、あるいは、冷
却水が停滞しない条件の管体においても、急速加熱時間
内の冷却を無視できる範囲では、同様な残留応力改善方
法により実施し得ることは勿論である。
１−発明の効果」
以上説明したように本発明の二重金属管等の残留応力改
心方法は、急速加熱による温度上昇時間と母管内壁への
熱伝達時間の差により、母管壁の外面近傍が高温状態に
導かれ、母管壁内の他の部分との間に温度差が生じて、
母管壁内に降伏点以上の熱応力が発生して塑性変形が起
こり、次いで徐冷により母管壁の温度差がなくなると、
塑性変形部分の収縮作用によって、処理対象部分である
内面に圧縮残留応力を付与した状態とするようにしてい
るものであるから、母管の中にサーマルスリーブが存在
して、リング状中空部が形成される場合でも、その付近
の母管内面に圧縮残留応力を付与して、腐食割れの発生
、成長を抑制することができる等の優れた効果を奏する
。
心方法は、急速加熱による温度上昇時間と母管内壁への
熱伝達時間の差により、母管壁の外面近傍が高温状態に
導かれ、母管壁内の他の部分との間に温度差が生じて、
母管壁内に降伏点以上の熱応力が発生して塑性変形が起
こり、次いで徐冷により母管壁の温度差がなくなると、
塑性変形部分の収縮作用によって、処理対象部分である
内面に圧縮残留応力を付与した状態とするようにしてい
るものであるから、母管の中にサーマルスリーブが存在
して、リング状中空部が形成される場合でも、その付近
の母管内面に圧縮残留応力を付与して、腐食割れの発生
、成長を抑制することができる等の優れた効果を奏する
。
図面は本発明における二重金属管の残留応力改善方法を
オーステナイト系ステンレス鋼管に適用した場合の一実
施例を示し、第１図は二重管の処理状態の縦断面図、第
２図は加熱時間が２３秒及び加熱浸透深さが９ｎ＋ｎ＋
である場合における加熱終了直後の温度と外面からの距
離との関係曲線図、第３図は加熱時間２３秒及び加熱浸
透深さ９ｍｍである場合における外面からの距離と発生
応力との関係を示す曲線図である。 ｌ・・・・・・原子炉圧力容器、２・・・・・・ノズル
、３・・・・・・母管、４・・・・サーマルスリーブ、
５・・・・・・セーフエンド、６・・・・・リング状中
空部、７・・・・・・加熱手段、８・・・・・・溶接継
手、９・・・・・処理対象部分。
オーステナイト系ステンレス鋼管に適用した場合の一実
施例を示し、第１図は二重管の処理状態の縦断面図、第
２図は加熱時間が２３秒及び加熱浸透深さが９ｎ＋ｎ＋
である場合における加熱終了直後の温度と外面からの距
離との関係曲線図、第３図は加熱時間２３秒及び加熱浸
透深さ９ｍｍである場合における外面からの距離と発生
応力との関係を示す曲線図である。 ｌ・・・・・・原子炉圧力容器、２・・・・・・ノズル
、３・・・・・・母管、４・・・・サーマルスリーブ、
５・・・・・・セーフエンド、６・・・・・リング状中
空部、７・・・・・・加熱手段、８・・・・・・溶接継
手、９・・・・・処理対象部分。
Claims (1)
- 母管とその内部のサーマルスリーブとの間に、冷却水を
存在させた状態で、母管表面を加熱時間がフーリエ数の
２０％ないし５０％、加熱浸透深さが母管壁厚さの２０
％ないし６０％、表面温度が４５０℃以上となる範囲で
急速加熱した後、徐冷することを特徴とする二重金属管
の残留応力改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052060A JPS62211325A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 二重金属管等の残留応力改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052060A JPS62211325A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 二重金属管等の残留応力改善方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62211325A true JPS62211325A (ja) | 1987-09-17 |
Family
ID=12904268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61052060A Pending JPS62211325A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 二重金属管等の残留応力改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62211325A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008084855A1 (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法 |
| WO2008136068A1 (ja) * | 2007-04-20 | 2008-11-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法及び残留応力改善装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60141825A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-26 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 二重管部を有する管体の熱処理方法 |
-
1986
- 1986-03-10 JP JP61052060A patent/JPS62211325A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60141825A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-26 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 二重管部を有する管体の熱処理方法 |
Cited By (5)
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