JPS6033886B2 - オ−ステナイト系ステンレス鋼管の局部溶体化処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オーステナィト系ステンレス鋼により形成さ
れた鋼管（以下、ステンレス鋼管という）が溶接等され
た際、その加熱、昇温により生じた鋭敏化組織を消失さ
せるための溶体化処理方法に関するものである。

オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、１８一８ステ
ンレス鋼は、耐食Ｉ性や機械的性質が優れているところ
から、これを鋼管に形成し、化学プラントや原子炉等に
於てそれらを構成するための各装置が部品等として利用
するのに好適である。

しかし、通常のオーステナィト系ステンレス鋼管は、４
００〜８００００に加熱されると粒界に炭化物が析出す
るいわゆる鋭敏化現象が起り、前述の耐食性や機械的性
質が劣化する性質があるので、これを前記各装置や部品
能として利用するため、予め溶体化処理を施している。
ところが、前記ステンレス鋼管を化学プラントや原子炉
等を構成するため具体的に装置の一部や部品に形成する
場合には、化学プラントが原子炉等の施工現場でそれを
熔接したり乍ら加工する場合が多く、例えば溶接のため
に加熱すると、先に溶体化処理が施された該ステンレス
鋼管は、その溶接時の加熱により溶接部近傍の組織が鋭
敏化するばかりでなく、該部分には溶接時の熱膨脹及び
その直後の冷却過程での収縮により引張の残留応力が発
生して実用上及び安全上極めて不都合であることが判っ
た。

これは、化学プラント等の施工、組立時に、例えばステ
ンレス鋼管を配管装置の一部として工場或は現地に於て
溶接等により形成し、これをプラント本体に組込み、そ
の配管中に例えばＣと‐イオン等のハロゲンを含む水溶
液が高温高圧水を流通させると該配管中の溶接部に応力
腐食割れが屡々発生することの原因を究明した結果明ら
かにされたものである。

即ち、その溶接部には先に述べたように組織が鋭敏化し
て粒界に炭化物が析出しているため、流通する物質によ
って粒界腐食が発生し、これに引張の残留応力及びその
他の引張応力が作用して容易に応力腐食割れに進行し、
遂には該溶接部が破壊されるに至るからである。

而して、上記のような不都合を除去、改善するには、前
記例に即していえば、プラント本体に組込まれた配管中
の溶接部を溶体化処理してやればよいことは自明である
が、従来の溶体化処理方法が設備では、配管中の溶接部
のみといった局部的な綾体化処理はできず、若し処理す
るとしても、既に安定化処理が施されており且つ鋭敏化
していない部分まで熔体化処理してしまうので、到底実
用し得るものではない。

次善策として配管の部分組立の段階で、各部分を個別的
に液体化処理することも考えられるが、実際には、処理
したものご本体接続し配管装置として完成するには、結
局最後の熔接部は溶体化処理されないままで残るから、
この部分に先に述べた応力腐食割れを招来するので、い
ずれにせよ従来の欠点の満足すべき解決策とはならない
のである。

本発明は、上述したように化学プラントや原子炉等の施
工の際、工場や現地で溶接などを行い乍ら本体を構成す
る一部の装置や部品等として組立てられ、本体に組込さ
れていくステンレス鋼管の溶接部分に生じる局部的な鋭
敏化組織のみを、その外側に隣接する健全な組織の部分
を新たに鋭敏化することなく容易且つ迅速に液体化する
と同時に、この熔体化処理部の内面側に圧縮応力を発生
させてこれを残留させる局部溶体化処理方法を提供する
ことを目的としてなされたもので、その構成は、オース
テナィト系ステンレス鋼管を加熱して内面に通水し冷却
する熱処理に於て、当該鋼管に於ける周継手溶接部の近
傍のみの全周であって、前記鋼管の肉厚方向全域を、前
記溶接部の溶接線に沿って当該鋼管の外面に配設した環
状の通雷電極により、非加熱部分との境界部の組織が鋭
敏化することのない加熱速度及び保持時間を以つて溶体
化温度にまで急速昇温させ、この後直ちに、前記加熱部
分を主導的にその内面に通水する水を接触させて強制的
に急冷することによって、上記加熱前に健全な組織であ
った前記鋼管の内面における境界部の組織を鋭敏化する
ことなく溶接によって鋭敏化した組織を溶体化すると同
時に併せて溶接時の残留応力を消失させ、当該鋼管の内
面における前記熔接部近傍に新たに圧縮残留応力を生じ
させることを特徴とするものである。

次に本発明方法の実施例を説明する。図示のように、ス
テンレス鋼管１，１′による母材を突合せて溶接した場
合、溶接ビード２の囲りは、溶接時の昇温及び冷却によ
って鋭敏化組織３，３′に変化し、然も該部には引張の
残留応力のあること先述の通りである。

そこで、呼び径２インチのＪＩＳＳＵＳ−３０４、肉厚
６側の管を母材として突合せ溶接したものを試料として
多数用意し、これら試料を種々の条件、態様で溶体化温
度にまで加熱した後、種々の態様で冷却してみたをとこ
ろ、溶接部を中心に藤方向１００側の範囲に５０ＨＺの
交流５０Ｋｗを約３０秒間直接通電して通電部分を１０
９０ｏｏに昇温保持し、直ちに管内に通水して急冷した
ものが最も良好な結果をもたらした。

即ち、該試料を、その鞠方向で切断した切断面に現われ
た溶接部及びその周りの組織を観察したところ、溶接部
の鋭敏化組織は消失していることが確認され、また加熱
された部分と非加熱部分の境界部にも鋭敏化組織は殆ん
ど認められず、更に管の内表面には圧縮の残留応力が発
生していることが認められたのに対して、他の条件、態
様で処理したものはこのような結果は得られなかった。
以上の結果から、次のことが明らかにされた。

ィ 試料を１０９０００になるまで局部的に加熱すれば
、当該加熱部分と非加熱部分との間に４００〜８００ｑ
０の鋭敏化温度域に保持される部分が必ず存在するが、
叙上のように前記境界部に鋭敏化組織が殆んど認められ
なかったのは１０９０００までの時間が３０秒という比
較的短時間であるため、昇温途中で鋭敏化温度域（４０
０〜８０００Ｃ）を通過する時間は更に短時間になり、
従ってその部の組織が鋭敏化するに至らなかったからで
ある。因に、１０９０００に昇温する加熱時間を比較的
長く探った別の試料には明瞭な鋭敏化傾向が認められた
。ロ 試料を１０９０ｑｏまで加熱、保持して冷却する
場合にも、加熱昇温時と同様に温度降下時に加熱部分が
鋭敏化温度城を通過するが、試料の加熱部分に鋭敏化組
織が見当らなかったのは、急冷すれば鋭敏化温度城の通
過時間が極く短かくて済み、ィの場合と同様の理由で該
部の組織が鋭敏化するに至らなかったからである。

因に、同じ条件で加熱昇温した別の試料を空冷してとこ
ろ、加熱部分が４００〜８００ｏ○の鋭敏化温度城を通
過するのに約６の秒、要し、当該試料は加熱部分全域が
鋭敏化組織に変化していた。ハ 処理前に於ては試料の
溶接部内壁に引張の残留応力のあることが認められてい
たが、前記処理後の該熔接部内壁には逆に圧縮の残留応
力が発生していたのは、処理後の残留応力の分布状態は
冷却の態様により左右されるからである。

因に前記と同条件で加熱昇温した別の試料を管の外面か
ら水冷したところ、該試料の管内壁に３０ｋｇ／地の引
張応力が発生し、また、他の試料を管の内外面から同時
に水冷したところ、そのような応力の発生は認められな
かった。従って、応力腐食割れの原因となる引張の残留
応力を発生させないためには、当該壁面の直接急冷が効
果的である。而して、上記ィ〜ハから本発明方法は以下
に述べる態様で実施することが好ましい。

即ち、 ィ 安定した組織と溶接等により局部的に鋭敏化した組
織が併存する材料の該局部的鋭敏化組織のみを溶体化す
るために、当該材料を溶体化温度にまで加熱昇温させる
際、局部加熱が可能であると共に組織の安定した部分が
鋭敏化温度城におかれる時間をできるだけ短くすると共
に、加熱部分の肉厚に差があっても肉厚方向全域でほぼ
均等な急速加熱が可能な通電加熱手段乃至は局部的に急
速加熱の可能な誘導加熱手段を探ることロ 加熱昇温し
た部分の冷却は温度降下時に加熱部分が鋭敏化温度城を
通過する時間を充分短くする、殊に、管内面の加熱部分
における当該時間を短くするため、主導的にその面の通
水した水を接触させる急冷手段を採ることハ 前記のよ
うに処理対象が管で、その内壁に溶接時に生じた引張の
残留応力があっても、このの応力は該部が溶体化温度に
昇温保持されている間に消失し、溶体化温度に昇温した
後、該管の内側から急冷すれば、そこには圧縮の残留応
力が発生することに鑑して、処理部分にその後引張の残
留応力を生ぜしめないためには、その部を直接冷却する
手段を採ることなどがある。

以上のような各項目に於る実施態様は、第２図に示すよ
うな装置により容易に実施することができるので、以下
これについて説明する。

１１，１１′は、ステンレス鋼管１，１′で形成した配
管Ｐ中の熔接ビード２を適宜間隔をあげて挟持するよう
にした電極で、その内面は管１の全周を略完全に把握で
きるように断面略円形で且開閉自在のクランプ状に形成
されている。

１２は前記電極１１，１１′を接続した電極装置、１３
は加熱後の溶接ビード２部に冷却用の水を通す冷却装置
で、適宜供給源（図示せず）から、供給される冷却用の
水をバルブ１４等を介して自由に流通、遮断できるよう
になっている。

而して、上記１１〜１４は比較的小型な一個の装置にま
とめられるので、可搬型に形成しても据置形に形成して
もよく、従って、化学プラントや原子炉等の施工現地や
工場等に於て、ステンレス鋼管により前記プラント等の
一部となるべく装置や部品に形成され、或はそれに形成
される間に溶接などにより局部的に鋭敏化した部分のみ
をその部に隣接した健全な組織である部分を新たに鋭敏
化を生じさせることな〈溶体化処理すると同時に該処理
部の内壁に圧縮応力を残留させる際に用いて有用である
。

本発明方法は上述の通りであって、従来化学プラントが
原子炉等の施工に際し、ステンレス鋼管を用いて現地や
工場などで溶接等により前記プラント等を構成する装置
や部品を形成すると、該ステンレス鋼管の溶接部が、予
め安定化処理してあっても、熔接時の熱の影響で鋭敏化
し、更に残留応力の生じることがあるため、プラント等
の稼動、使用時、前記鋭敏化した部分に応力腐食割れ等
を生じ易く、実用上の問題となり関係者はその対策に苦
慮していたが、本発明方法を使用すれば、ステンレス鋼
管を用いて工場で一部装置、部品に形成する際は勿論、
現地で熔接してそれから本体に組込ぼだ後でも、組織が
鋭敏化した当該熔接部のみを、その部に隣接した組織が
健全な部分に新たな鋭敏化を惹起させることなく漆体化
処理できると同時に、この処理部の内壁に圧縮応力を残
留させることができるので、上記の従来の問題は一挙に
解決できて、産業上極めて有用であり、また、本発明方
法を実施るための装置は極めて簡潔に構成することがで
きるので、実施する上で至つて便利である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法を説明するためのもので、堂１図溶接部
の断面図で、第２図は本発明を実施するための装置の略
示図である。 １，１′・・・・・・ステンレス鋼管、２・・・・・・
熔接ビード、３，３′・・・・・・鋭敏化組織、１１，
１１′・・・…電極、１２・・…・電源装置、１３・・
・・・・冷却装置、１４……／ぐノレフ。 券」図 茅２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オーステナイト系ステンレス鋼管を加熱して内面に
   通水し冷却する熱処理に於て、当該鋼管に於ける周継手
   溶接部の近傍のみの全周であつて、前記鋼管の肉厚方向
   全域を、前記溶接部の溶接線に沿つて当該鋼管の外面に
   配設した環状の通電電極により、非加熱部分との境界部
   の組織が鋭敏化することのない加熱速度及び保持時間を
   以つて溶体化温度にまで急速昇温させ、この後直ちに、
   前記加熱部分を導的にその内面に通水する水を接触させ
   て強制的に急冷することによつて、上記加熱前に健全な
   組織であつた前記鋼管の内面における境界部の組織を鋭
   敏化することなく溶接によつて鋭敏化した組織を溶体化
   すると同時に併せて溶接時の残留応力を消失させ、当該
   鋼管の内面における前記溶接部近傍に新たに圧縮残留応
   力を生じさせることを特徴とするオーステナイト系ステ
   ンレス鋼管の局部溶体化処理方法。