JPS6275191A

JPS6275191A - 伸縮管継手

Info

Publication number: JPS6275191A
Application number: JP60214610A
Authority: JP
Inventors: 薫多田; 光雄河合; 藤原　鉄雄; 中城　憲行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-07
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPH063276B2

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】［発明の技術分野］本発明は原子力発電プラント等に用いられる伸縮管継手
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］原子力発電プラントにおいては、例えば原子炉の冷却材
喪失水散の発生に備えて炉心注水装置が改心されており
、炉心の冷却水が喪失した場合には燃料集合体に直接こ
の炉心注水装置により冷却水をスプレーするようにして
いる。

この炉心注水装置への給水は低圧注水管によって行なわ
れるが、その途中には第３図に示すように圧力容器内壁
ｌとシュラウド２の間に低圧注水管を接続する伸縮管継
手３が介挿されている。

すなわち、この伸縮管継手３は、低圧注水管の圧力容器
内ｑｌ側に配設されるフランジ管５ａとシュラウド２側
に配設される。フランジ管５ｂとを結合して低圧注水管
路の一部を構成し、フランジ管５ａ、　５ｂの内外の温
度差による熱伸縮を吸収するものである。

第４図は、従来使用されているこのような伸縮管継手の
一実施例を示すもので、この伸縮管継手は、フランジ管
５ａ、　５ｂに接続されるフランジ管８ａ、６ｂと、こ
れらのフランジ管５ａと６ａおよび５ｂと６ｂの間を夫
々結合する内周四部にＰＪ７，８が挿入されたリング状
クランプ９ａ、　９ｂと、両フランジ管Ｑａ、　Ｅｉｂ
間を連結するスリーブ１ｏおよびベローズ１１とを備え
ており、またベローズ！ｌの外側には一端をフランジ管
８ａ、　６ｂに固着されたカバー１２ａ、　１２ｂが取
付けられている。

スリーブ１０の両端近傍の外周面は断面半円形状に加工
されており、管路に熱伸縮が生じた場合や圧力容器内ｇ
１とシュラウド２の間に熱膨張差が生じた場合には、フ
ランジ管６ａ、　８ｂの内面を摺動し、熱伸縮等を吸収
する。

なお、図中１３はスリーブｉｏの移動を規制するため、
その一端近傍とフランジ管６ｄの間に設けたビンを示し
ている。

このように構成された従来の伸縮管継手において、フラ
ンジ管６ａ、　８ｂとスリーブ１０の間には多少の間隙
があるが、シュラウド２側からの熱水のリークや管内温
水のリークはベローズ１１によって防止される。

しかしながらベローズ１１の両端およびカバー＋２ａ、
　＋２ｂとフランジ管８ａ、　８ｂとの間は、それぞれ
溶接されているため、これらの溶接部にリーク水が滞留
すると、比較的短期間のうちに溶接部に応力腐食割れを
生ずるおそれがあり、これを防止するため溶接部の品質
管理が非常に煩わしいものとなる。

また、ベローズ１１にはカバー１２ａ、　＋２ｂが被嵌
され、図示しない上部の気水分離器や給水スパージャか
らのダウンカマ流に対する流体抵抗を引下げるようにし
ているが、力／＜−１２ａと１２ｂの間には熱伸縮吸収
のため所定の間隙が形成きれているため、流体抵抗を十
分に下げることができない。

上記したような応力腐食割れ、ダウンカマ流に対する流
体抵抗の問題を解決するため、第１図。

第２図に示す如き構造の伸縮管継手が提案されている。

すなわち、第１図に示す如く、スリーブ１０の両端近傍
外周に瑠状のｙｔｌｏａ、　ＩＯｂを形成し、この溝１
０ａ、　ＩＯｂ内に膚状パッキング目ａ、　１４ｂを装
着して、７ランジ管８ａ、　６ｂとスリーブ１ｏとの間
を完全に密閉状態にした構造である。この構造とするこ
とにより、従来構造におけるベローズやカバーが不要と
なり、その結果、溶接部における応力腐食割れを回避で
き、ダウンカマ流に対する流体抵抗を大幅に低減するこ
とができる。また、上記構造の伸縮管継手においては、
スリーブ【０の移動を規制するために、第２図に示す如
く、７ランジ管１５ａ、　１５ｂの内径をスリーブ１０
の外径以下に構成してもよい。

上記構造を有する゛伸縮管継手の各部材は、従来、次の
ような素材から形成されていた。それは、環状パッキン
グ１４ａ、　１４ｂには、耐摩耗性が求められることか
ら通称ステライトと呼ばれるコバルトを約５０％含有す
るコバルト基合金が使用され、更に、環状パッキングが
接触して摺動するフランジ管８ａ、　８ｂの内面すなわ
ち環状パッキングとの接触面は上記コバルト基合金が使
用されて０た６しかしながら、上記コバルト基合金は、原子カプラント
内において合金中のコバルトがコバルト８０となり放射
線レベルを上昇せしめるという問題を生じて不都合であ
る。

また、上記構造におけるフランジ管８ａ、　ｆｌｂはス
リーブ１０とも強く接触するので、各部材に使用される
金属は耐摩耗性に優れたものでなければならない。

［発明の目的］本発明は、上記した問題点を解消し、放射線レベルを上
昇せしめることなく耐摩耗性に優れており、しかも応力
腐食割れを抑制しダウンカマ流に対する流体抵抗を低減
させることのできる伸縮管継手の提供を目的とする。

［発明の概要］本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、全ての部材に上記コバルト合金を　　：用いずに
、パッキングとスリーブに析出硬化型　　・ニッケル基
合金を適用し、かつ、管体（フランジ管）に析出硬化型
鉄基合金を適用すれば、放射線レベルの上昇の問題が解
決できると同時にＩＩｔＰＪ耗性に優れた伸縮管継手が
得られるとの１Ｓ実を見出し本発明を完成する１至・た
・　　　　　　　　　　１すなわち１本発明の伸縮管継
手は、接続端を対向させて同軸・配置された一対の管体
；該一対の管体に摺動自在に内挿されたスリーブ；該ス
リーブの両端近傍外周に刻設された環状凹溝内に装着さ
れた環状パッキング：とを具備する伸縮管継手において
、該パッキングが析出硬化型ニッケル　　゛基合金から
なり、該管体の少なくともパ・キング　　ニ′］又はス
リーブとの摺動表面が析出硬化型鉄基合金　　、、から
なり、該スリーブの少なくともパッキング又は管体との
摺動表面が析出硬化型ニッケル基合金からなることを特
徴とする。

まず、本発明の伸縮管継手は、第１図、第２図に示すよ
うな構造の伸縮管継手において、環状パッキング１４ａ
、　１４ｂはフランジ管８ａ、　８ｂの内径に適合する
径を有していて、フランジ管８ａ、　６ｂと環状パッキ
ング１４ａ、　１４ｂ、フランジ管８ａ、　８ｂとスリ
ーブ１０が恒常的に接触状態に置かれる構造となってい
る。

本発明においては、スリーブの少なくともパッキング又
はフランジ管との摺動表面とパッキングとが析出硬化型
ニッケル基合金から形成されており、管体（フランジ管
）の少なくともパッキング又は７ランジ管との摺動表面
が析出硬化型鉄基合金から形成されている。

上記フランジ管及びスリーブは、全体が上記合金から形
成されていてもよいし、本体を例えばＳＯ３３１８など
とし、ＳＯＳ　３１Ｂの表面に上記合金を肉盛した構成
にしてもよい。

基合金は、熱処理により耐摩耗性に必要な硬さが　　□
このような合金としては、クロム１１〜１４ｉｉ　　　
Ｉ容易に得られて好適である。

％、ニッケル６〜ｌ幡量％、アルミニウム　０．５　　
　ｉ〜２．０重量％、モリブデン　１．５〜３重量％、
炭　　□ｉ素０、重量％以下、残部が実質的に鉄よりな
る折　　！：出硬化型鉄基合金・・・・・・・・・（ａ）があげられ
る９、、、：。

」二足（ａ）合金における成分限定理由は以下のと　　
；。

おｔＪ−ｃあう、！□ クロムは耐食性を向トさせ、また強度を向とさ　　ｌ′
ｊ・せるために有効な元素であって少なくともＬ　ｌ　毛壜
）’％以□は必要アあるが、多量。含有は２．ライ、；
、！（’、１の生成をうながし硬さの低下をまねくことから１４重融
ヵ以Ｔよオ、。４お、望よい、よ、１１．５〜　　Ｌ□
１′ １３、踵丑％とする。′：、。

一１゛ニッケルは析出硬化現象を起こさせ、フェノ　　１、：
′バイトの生成を抑制するために有効な元素であっ　　８′
て　６重量％以上の添加は必要であるが、ｉＭ剰の　　
□。

添加はオーステナイトの生成をうながすことから　　３
゛１０　Ｋｆ　ｒ＋’ｒ％Ｊ：ｌ下？ｔＡ’−すＲｑｊ
ｔ　Ｌ　＜　Ｉｆ、　７．０：〜９．（１重量％とする
。

アルミニウムは析出硬化を起こさせるために有効な元素
であって少なくとも　０．５重量％以上は必要であるが
、過剰の添加は加工性を害することから２重量％以下と
・する。なお、望ましくは０．７〜１．５重量％とする
。

モリブデンは耐食性９強度を向上ぎせるために有効な元
素であって少なくとも　１．５重量％以上は必要である
が、多量の含有はフェライトの生成をうながすことら　
３重量％以下とする。望ましくは　１．７〜２，５重量
％とする。

炭素は強度を向上させ、フェライトの生成を抑制するた
めに有効な元素であるが、多量の含有は耐食性・延性を
害することから０、重量％以下、望ましくは０．０５ｉ
量％以下とする。

次に、クロム１０〜３０重徽％、マンガン１０〜ａＯ重
量％、バナジウム０．５〜３．０重量％、炭素０．３重
量１Ｅ％以下、窒素０．２〜１．０重量％、残部が実質
的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金・・・・・・・・・
（ｂ）があげられる。

上記（ｔ］）合金における成分限定理由は以下のとおり
である。

クロムは耐食性や強度を向上させるに必要な元素で、少
なくとも１０重量％は必要である。しかし多量の含有は
靭性を劣化させることから３０重量％までとした。

マンガンは強度、加工硬化性、耐摩耗性を向上させるた
めに有効な元素であって１０重量％以上の添加が必要で
あるが、過剰の添加は加工性を害することから３０重量
％までとした。なお望ましくは１５〜２５重量％とする
。

バナジウムは析出物を生成して強度、耐摩耗性を向上さ
せめために有効な元素であり少なくとも　０．５重量％
は必要で、望ましくは　１．０重量％以上が良いが、多
量の含有は加工性を害することから　３．０重量％まで
とした。

炭素はバナジウムと析出物を生成し強度、＃摩耗性の向
上に有効な元素であるが、多量の含有は耐食性を著しく
害することから０．３重量％以下としたが望まくしは０
．２ｉｉ％以下が良い。

窒素はバナジウムと析出物を生成し強度、耐摩耗性の向
上に必要な元素で、少なくとも　０．２ｆｆｉ量％は必
要で、望ましくは０．３重量％以上が良いが、多量の含
有はピンホールやブローホールの発生など溶製が困難に
なることから　１．０重量％までとした。なお望ましく
は０．３〜０．６重量％が良い。

丘記した鉄基合金の他に、ＳＵＳ　８３０ステンレス、
　ＳＵＳ　１（３１ステンレス、マルエージング＃ｌ　
（好ましくはＧｏを含まないもの）などを好適なものと
してあげられる。

次に、パッキング及びスリーブに適用される析出硬化型
ニッケル基合金は、析出硬化型鉄基合金と同様に＃摩耗
性向上にとって必要な硬さが容易に得られて好適である
。

このような合金としては、まず、炭素０、重量％以下、
ケイ素１．０ｆｆｉｆｆｉ％以下、マンガン　１．Ｏｉ
［（％％以以下フクロ６１０〜２５重量％アルミニウム
０、〜１．０重量％、チタ７　０、〜２．０重量％。

二オフ１．５〜８．０重量％、鉄２〜２５刊量％、モリ
ブデン２．０〜１０重縫％、残部が実質的にニッケルよ
りなる析出硬化型ニッケル基合金・・・・・・・・・（
ｃ）があげられる。

上記（Ｃ）の合金における成分限定理由は以下のとおり
である。

炭素は合金に固溶し強度を向上させるために必要な元素
で好ましくは０．０２〜０．０８重量％程度添加するが
多量の添加は炭化物が結晶粒界に析出し耐粒界腐食性や
靭性を害するので０、重量％゛以下とする。

ケイ素は溶解時に脱酸剤として添加するもので、好まし
くは０、−０．８重量％程度含有するが、多砥の添加は
靭性や加工性を害するので　１．０重量％以下とする。

マンガンは溶解時に脱酸、脱硫剤として添加するもので
好ましくは０、−０．５重量％程度含有する。しかし摂
社に添加してもその効果が小さくなるので　１．Ｇ重分
％以下とする。

クロムは合金の強度や耐食性を向上させる作用をなす元
素で１０〜２５４重量％特に１５〜２０重量％の範囲が
望ましい。１０重量％未満では添加効果が少なく、また
２５重量％を超えると加工性を害するので上記範囲に規
定した。

アルミニウムはニッケルと金属間化合物を生成して合金
中に析出し合金の強度を向上させる作用をなす元素であ
る。この場合０、ｉ％未満では効果が少なく、またチタ
ンやニオブの含有量との兼ね合いもあるが１．０重量％
を超えて多量に添加すると加工性が悪くなるので、０、
〜１．０重量％の範囲が良く特に望ましくは０．２〜０
．７重量％が良い。

チタンもアルミニウムと同様に合金の強度を向上させる
元素で０、重量％以上望ましくは０．２重量％以上添加
する。しかし多量の添加はアルミニウムとニオブとの兼
ね合いもあるが、加工性が悪くなることから　２．０重
量％とした。

ニオブはアルミニウムやチタンと同様にニッケルと化合
物を生成して合金の耐摩耗性と強度を向上させるのに有
効な元素である。この場合１．５ｉｔ％未満では効果が
十分に得られず、また６、０重量％を超えるとアルミニ
ウムやチタンと同様に加工性を害するのでこの範囲とし
た。

鉄は合金の熱間鍛造性を向上させる作用をなす元素であ
る。この場合２重量％未満の添加では効果が少なく、ま
た２５重量％を超える多量の添加は耐食性が悪くなるの
でこれ以下におさえた。

モリブデンは合金の強度を向上させると共に耐食性を向
上させる作用があり、少なくとも　２．０重量％以上の
添加が必要である。しかし１０重量％を超える多量の添
加は加工性を劣化させるのでこれ以下にする必要がある
。

次に、クロム１５〜４５重量％、ニオブ３〜１５重量％
、モリブデン２０重量％以下、鉄２０重量％以下。

残部が実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケル基
合金・・・・・・・・・（ｄ）があげられる。

（ｄ）の合金における成分限定理由は以下のとおりであ
る。

クロムは耐食性および合金の素地を強化するために必要
な成分でその添加量が１５重凝％未満では効果が不充分
であり、また４５重装置を超えると粗大な初晶α相が過
度に析出し靭性の低下がみられる。

ニオブはニッケルと反応して合金の素地の強化と耐摩耗
性の向上に寄与する成分であるがその量が３重量％未満
では効果が不充分で、また１５重量％を超えると靭、性
の低下がみられ材料の機械的強度が損なわれるからであ
る。

モリブデンは耐食性の向上と合金素地を強化し耐摩耗性
の向上に寄与するものであるが２０重量％を超えると合
金の靭性低下が見られるからである。

鉄は靭性の向上および素地の強化に寄与するものである
がその含有量が２０重量％を超えると素地の強度が低下
し、その結果合金の機械的強度が損なわれる。

上記Ｎｉ基合金は、ニオブの一部をタンタルで置換して
もよい、またモリブデンの一部をタングステンに置換す
ることもできる。さらに溶解時に添加する脱酸、脱窒剤
としてのマンガンやシリコンなどを含んでいても差支え
ない、上記Ｎｉ基合金のほかに、Ｎｉ−ＯｒＮｉ−０ｒ
−系Ｎｉ基合金、　Ｎ１−Ｃ：ｒ−Ｂ−５ｉ系Ｎｉ基合
金などもあげられる。

なお１本発明に適用されるＦｅ基合金、Ｌ基合金は、上
記（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）の各合金や他
の上記した合金だけに限定されるものではなく、各種の
析出硬化型Ｆｅ基、１基合金も適用可能である。

本発明の伸縮管継手は、強く接触し合う　２部材間すな
わち、パツキングーフランジ管、フランジ管−スリーブ
において接触面が異種合金の組合せとなり各部材の摩耗
が抑制される。

表１に具体的な組成を有する合金の組合せ例を示す。

表　　　　１［発明の実施例］表２に示す合金を用意シタ。ＳＵＳ　８３０．　ＳＵＳ
　８３１゜ＳＯＳ　３１Ｂの各ステンレス鋼及びステラ
イトｓ６．ステライト１１２５は市阪のものを用意した
。その他の合金は高周波誘導溶解炉を用いて溶解し得ら
れたインゴットに熱間鍛造を行なった後時効処理して得
た。

後述する実施例で選択した上記合金から環状パッキング
、スリーブに相当する幅３ｍｍ、長さ５履Ｉの各社試験
片を作製した。そして、上記合金から外径４ｍｍの溶接
棒を製造し、ＳＵＳ　３１Ｂステンレス表面に肉盛溶接
したものから１幅？’Ｏｍｍ、長さ１００＋ａｍ、厚さ
Ｉｈｍの板を製作してフランジ管試験片とした。

実施例１〜１３表３で選択された合金からなる試験片の組合せで、摺動
摩耗幅２ｍｍ、総摺動回数２万回、純水中の条件で摩耗
試験を行なった。そして、各部材の摩耗量を測定してそ
の結果を表３に示した。

また、比較例として、ステライトを使用した場合及びＳ
ＯＳ　３１Ｂを使用した場合の摩耗試験を行なった。

表３から明らかなように、パッキング及びスリーブの表
面を析出硬化型ニッケル基合金とし、フランジ管の表面
を析出硬化型鉄基合金とすれば、コバルト基合金と同様
に耐摩耗性に憬れた伸縮管継手が得られる。

また、上記摩耗試験の後、フランジ管相当部材の摩耗面
を顕微鏡で観察した結果、実施例で用いられた各合金の
表面は、従来材のステライト合金と同様に摩Ｊ−１５痕
がわずかしか認められなかった。

それに対して、比較例２のように、ＳＯ９３１Ｂをフラ
ンジ管相当材とスリーブ相当部材の両部材に適用して摩
耗試験を行なった結果は、摩耗量も多く表面の摩耗痕も
大きかった。

次に、表４に示す合金の組合せで、第１図に示す如き構
造の伸縮管継手を製作した。この場合、フランジ管５ａ
の内径を１５４■として実規模の伸縮′ｉ？継手とした
。また、比較例４として、第４図に示すようなベローズ
１１．カバー１２ａ、　１２ｂを有する実規模の伸縮管
継手を製作した。

次いで、これらの実規模伸縮管継手の中に圧力１ｋｇ／
ｃｙｄと４　ｋｇ／ｃｔｄの水を入れ、その時の水のも
れ量を測定した。また、これらの状態でフランジ管の一
方を他方に対し２０ｍ＋ｓ垂直方向に変位させ曲げた状
態にした時の水のもれ量を測定した。その結果を表４に
示した０表４から明らかなように本発明にかかる伸縮管
継手は従来の伸縮管継手に比べてはるかに水のもれ量が
少ない。

［発明の効果］以上、実施例から明らかなように、本発明の伸縮管継手
は、放射線レベルを上昇せしめることなく耐摩耗性に優
れて、しかも応力腐食割れを抑制しダウンカマ流に対す
る流体抵抗を低減させることができて、その工業的価値
は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の伸縮管継手の構成例を示
す断面図、第３図は原子炉内における伸縮管継手の配置
を示す図、第４図は従来の伸縮管継手を示す断面図であ
る。８ａ、　６ｂ：　フランジ管１４ａ、　１４ｂ：環状パッキング１０：スリーブ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、接続端を対向させて同軸配置された一対の管体；該一対の管体に摺動自在に内挿されたスリーブ；該スリーブの両端近傍外周に刻設された環状凹溝内に装
着された環状パッキング；とを具備する伸縮管継手にお
いて、該パッキングが析出硬化型ニッケル基合金からなり、該
管体の少なくともパッキング又はスリーブとの摺動表面
が析出硬化型鉄基合金からなり、該スリーブの少なくと
もパッキング又は管体との摺動表面が析出硬化型ニッケ
ル基合金からなることを特徴とする伸縮管継手。２、該パッキングが、炭素０．１重量％以下、ケイ素１
．０重量％以下、マンガン１．０重量％以下、クロム１
０〜２５重量％、アルミニウム０．１〜１．０重量％、
チタン０．１〜２．０重量％、ニオブ１．５〜６．０重
量％、鉄２〜２５重量％、モリブデン２．０〜１０重量
％、残部が実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケ
ル基合金からなる特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継
手。３、該管体の少なくともパッキング又はスリーブとの摺
動表面がクロム１１〜１４重量％、ニッケル６〜１０重
量％、アルミニウム０．５〜２．０重量％、モリブデン
１．５〜３重量％、炭素０．１重量％以下、残部が実質
的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる特許請求の
範囲第１項記載の伸縮管継手。４、該管体の少なくともパッキング又はスリーブとの摺
動表面が、クロム１０〜３０重量％、マンガン１０〜３
０重量％、バナジウム０．５〜３．０重量％、炭素０．
３重量％以下、窒素０．２〜１．０重量％、残部が実質
的に鉄よりなる析出硬化型鉄基合金からなる特許請求の
範囲第１項記載の伸縮管継手。５、該スリーブの少なくともパッキング又は管体との摺
動表面がクロム１５〜４５重量％、ニオブ３〜１５重量
％、モリブデン２０重量％以下、鉄２０重量％以下、残
部が実質的にニッケルよりなる析出硬化型ニッケル基合
金からなる特許請求の範囲第１項記載の伸縮管継手。