JPS62247024A - 圧力容器ノズル部の熱処理方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力容器ノズル部の熱処理方法に係り、特に
停滞冷却材を保有するサーマルスリーブ付ノズル部に使
用する熱処理方法に関する。

（従来の技術） 一般に鉄鋼材料においては引張り応力と腐食因子とが共
存する場合、腐食疲労あるいは応力腐食割れが急速に進
行することが知られている。従って腐食性流体を内包す
る配管及び圧力容器ノズル等に残留引張応力が存在する
と前述の腐食因子と残留引張応力との共存状態が形成さ
れて腐食疲労や応力腐食割れの原因となる。

そこで従来では、例えば配管内面に腐食因子が生じた場
合配管内部に冷却材を流通させながら配管を誘導加熱し
て配管の内外面間に降伏点以上の熱応力が生じる温度差
を与えて配管の内面に残留圧縮応力を発生させる熱処理
方法が採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述した従来の方法は、直管等の単純な
形状の配管への適用は可能であるが二重管のような冷却
材停滞域のある形状のものへの適用は困難であった。こ
の場合、停滞領域の冷却材を核沸騰させて内面冷却効果
を得る方法も考えられる。しかし、原子炉圧力容器のサ
ーマルスリーブ付ノズルのように二重管間の冷却材停滞
領域がせまい部分に誘導加熱を行なう場合には、冷却材
が核沸騰から膜沸騰へ変動しやすく内面の安定した冷却
効果は得すらいという問題があった。

本発明は、冷却水の停滞部を有するサーマルスリーブ付
ノズル部に内面冷却効果が不安定となる冷却材の膜沸騰
を防止し、ノズル部内外面の温度差を一定値に制御する
ことができる残留応力改善のための熱処理方法を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明においては、冷却材
停滞部を有するサーマルスリーブが形成された圧力容器
のノズル部において、前記冷却材停滞部近傍に冷却材導
入配管を介して噴出ノズルを設置し、前記冷却材停滞部
の冷却材を噴出ノズルから噴出する冷却材にて流動させ
た後に、前記ノズル部を変態温度以下に加熱し、前記冷
却材の膜沸騰を抑制させてノズルの熱処理面を安定かつ
強く冷却させることによってこの熱処理面とノズルの他
の部分との間に降伏点以上の熱応力を生じさせる温度差
を与え、次いでノズル部の加熱を停止することにより前
記ノズルの熱処理面に残留圧縮応力を生じさせて成るこ
とを特徴とする圧力容器ノズル部の熱処理方法を提供す
る。

（作用） 本発明の圧力容器のサーマルスリーブ付のノズルの熱処
理方法は、ノズル材を変態温度以下に加熱するとともに
、その熱処理面に接触する冷却材の膜沸騰を防止するこ
とにより、核沸騰又は強制対流による安定した高い熱伝
導性を利用して、熱処理面との熱交換を急速に行なって
、該熱処理面とノズルの他の部分との間に異なる方向の
熱応力を生じせる温度差を与え、しかる後にノズル部を
冷却することによって、前記熱処理面に前述した熱応力
と逆方向に残留圧縮応力を生じさせるものである。特に
原子炉圧力容器のサーマルスリーブ付ノズル部の場合、
冷却材停滞部はせまく、ノズル部を誘導加熱した場合、
そのままでは膜沸騰する可能性が強いが、冷却材を当該
部に注入することにより核沸騰領域に維持させ、前述し
た温度差を確実に生じさせることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図から第５図を参
照して説明する０本実施例においては、第１図及び第２
図に示すように、ｙＸ子炉圧力容器１に形成されている
ノズル部３とサーマルスリーブ２が溶接された部分へ適
用した例を示す。

第１図において、まず前記ノズル３及びこのノズル３と
サーマルスリーブ２とに結合しているセーフエンド４の
外周に誘導加熱コイル等の加熱手段５を配設する。そし
て、セーフエンド４とサーマルスリーブ２との間の冷却
材停滞部８に第２図に示すように原子炉圧力容器１の内
側から冷却材導入配管６及び冷却材噴出ノズル７とによ
り冷却材Ｗを注入させる。

これによって、前記加熱手段５を駆動して、前記セーフ
エンド４及びノズル３を変態温度以下まで加熱し、少な
くともサーマルスリーブ２との間隙の冷却材Ｗが膜沸騰
せずに、核沸騰又は、強制対流状態に維持し、セーフエ
ンド４及びノズル３の内面との熱交換を行わせる。

前述の冷却材が水であるとき、伝熱量をＱとして縦軸を
とり前記ノズル３とセーフエンド４の内面の熱処理対象
面の温度をＴＶとし、冷却材の飽和温度をＴ３としてＴ
Ｖ−Ｔｓを横軸にとると第３図に示すように’ｒｖ−’
ｒｇが約０〜７℃までの範囲Ａが強制対流範囲、約り℃
〜約２０℃の範囲Ｂが核沸騰範囲、約２０℃以上の範囲
Ｃが膜沸騰領域となる。

そして膜沸騰が発生すると、急激に熱処理面がら冷却材
Ｗへの伝達される熱量が減少すると共にＴ、−Ｔ、が急
激に増加するという不安定な状態となる。

そこで、ノズル部の冷却材停滞部に炉内側より冷却水を
注入することにより熱処理面に接触している冷却水を強
制対流又は核沸騰状態に維持して、熱処理面の温度上昇
速度を抑制し、かつ外面側の温度上昇速度を維持して大
きな温度上昇速度差を生じさせる。この大きな温度上昇
速度差によりノズル３及びセーフエンド４の内外面間に
温度差を生じさせるとともに、前記の加熱、冷却操作を
所定時間継続して、前記温度差を第４図の配管温度分布
にて示すようにΔＴ１からΔＴ４へ除々に大きくし、所
定の温度差ΔＴｘを生じさせる。

この所定の温度差ΔＴｘは、　ノズル３及びセーフエン
ド４の両面間に相異なる方向の降伏点以上の熱応力を発
生させるのに必要な温度差であり次の第１式によって与
えられる。

ΔＴχ＝±２（１−γ）σ／Ｅα　　　・・・■但し。

ΔＴｘ：熱処理対象部の内外面間の温度差α：熱処理対
象部の軸方向および周方 向に生じる熱応力 Ｅ：ヤング率 α：線膨張係数 シ：ボアソン比 尚、前記第１式中、負は圧縮熱路カ、正は引張熱応力を
それぞれ示す０本実施例では内面側が引張熱応力で外面
側が圧縮熱応力に設定される。

又、本実施例でセーフエンド４を例にとると材料として
はオーステナイト系ステンレス鋼が用いられているから
この材料の降伏点σ□＝２０ｋｇ／ｍ＋ａ”と、ヤング
率Ｅ　＝　１．９　Ｘ　１０’　ｋｇ／ｍ”　トポアソ
ン比ν＝０．３とを前記第１式に代入すると降伏点０１
以上の熱応力を生じさせるのに必要な温度差　ΔＴｘは
約２００℃以上であることが導がれる０例えばΔＴｘと
して２３８℃の温度差が生じた場合には第５図の曲線り
で示すような熱応力＋σ２．−σ、を生じさせることが
できる。

以上のように所定の温度差を与えた後に、加熱を停止し
て、常温までノズル３及びセーフエンド４を冷却すると
、温度の低い内面側がまず冷却収縮し、その後に外面側
が冷却収縮することによって内面側が圧縮される。

これによって第５図に曲線Ｅで示すように、内面側に残
留圧縮応力σ４（約２５ｋｇ／■２）を生じさせ、また
外面側に残留引張応力σ５（約１８ｋｇ／−勺を生じさ
せることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明に係わる圧力容器ノズル部
の熱処理方法によれば、次のような優れた効果を得るこ
とができる。

■　圧力容器のサーマルスリーブ付ノズル部の冷却材停
滞部において冷却材の膜沸騰による不安定な熱伝導性を
防止して、ノズルの熱処理面とその他の部分との間に大
きな温度差を与えて、熱処理面に残留圧縮応力を確実に
生じさせることができる。

■　残留引張応力と腐食因子との共存状態を回避して圧
力容器のノズルの強度や耐久性を著しく向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる圧カ容塁ノズル部の
熱処理方法を示す要部拡大図、第２図は第１図の圧力容
器を示す縦断面図、第３図は伝熱量と温度差による水の
沸騰領域を示す特性図、第４図及び第５図はそれぞれ本
発明の詳細な説明する配管における温度分布図及び軸方
向応力分布図である。 １・・・原子炉圧力容器　２・・・サーマルスリーブ３
・・・ノズル部　　　　４・・・セーフエンド５・・・
加熱手段　　　　６・・・冷却材導入配管７・・・冷却
材噴出ノズル 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第２図 ／／θ　　　　１０２　　　１０３ １０３Ｔ、ｓ　　じＣ） 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷却材停滞部を有するサーマルスリーブが形成された圧
   力容器のノズル部において、前記冷却材停滞部近傍に冷
   却材導入配管を介して噴出ノズルを設置し、前記冷却材
   停滞部の冷却材を噴出ノズルから噴出する冷却材にて流
   動させた後に、前記ノズル部を変態温度以下に加熱し、
   前記冷却材の膜沸騰を抑制させてノズルの熱処理面を安
   定かつ強く冷却させることによってこの熱処理面とノズ
   ルの他の部分との間に降伏点以上の熱応力を生じさせる
   温度差を与え、次いでノズル部の加熱を停止することに
   より前記ノズルの熱処理面に残留圧縮応力を生じさせて
   成ることを特徴とする圧力容器ノズル部の熱処理方法。