JPS63303038A - 応力腐食割れに対する抵抗性の増大した軽水炉の炉心 - Google Patents

応力腐食割れに対する抵抗性の増大した軽水炉の炉心

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JPS63303038A
JPS63303038A JP63094711A JP9471188A JPS63303038A JP S63303038 A JPS63303038 A JP S63303038A JP 63094711 A JP63094711 A JP 63094711A JP 9471188 A JP9471188 A JP 9471188A JP S63303038 A JPS63303038 A JP S63303038A
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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】 発明の背景および要約 本発明は軽水炉の炉心構造に関するものであって、さら
に詳しく言えば、かかる炉心の金属製構造部材中に起こ
る応力腐食割れを低減させるための方法に関する。
ステンレス鋼における粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）
は様々な方法によって防止もしくは抑制し得る一方、軽
水炉のオーステナイト系ステンレス鋼部材は使用中に受
ける長期照射の結果として粒界応力腐食割れに対する感
受性の増大を示す。
たとえば、固溶体状態または圧延焼なまし状態における
ステンレス鋼は炉心外においては粒界応力腐食割れに対
して抵抗性を有するが、同じ材料が炉心内において高レ
ベルの照射を受けた場合にはそのような抵抗性が失われ
るのである。
炉心内において起こる照射は、結晶粒界への不純物（す
なわち、リン、ケイ素および硫黄）の慣析を促進し、そ
れによってかかる合金の粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ
）を誘起するものと考えられている６従って当業界では
、これらの不純物に関して高い純度を有するステンレス
鋼を使用することにより、上記のごとき照射誘起、応力
腐食割れ＜ＩＡＳＣＣ）を低減させることが試みられて
きた。すなわち、（米国材料試験協会の公定分類法に基
づ＜）３４８および３０４ステンレス鋼のごとき合金に
おいて、上記３種の元素の各々に関する上限値を規格値
よりも低下させることによって得られる改質合金が使用
されてきたのである。
このような高純度合金は確かに炉心部材の寿命を延ばし
たが、照射誘起応力腐食割れ（Ｉ　ＡＳＣＣ）の問題が
完全に排除されたわけではなかった。
それどころか、結果の多様な変動が認められるようにな
り、そのため照射条件下における合金の挙動には一貫性
が欠如していることが判明した。
このたび、オーステナイト系ステンレス鋼の窒素含量を
最大０．０５％（好ましくは最大０．０３％）に制限す
ることにより、上記のごとき一貫性の欠如を実質的に解
決すると共に、照射誘起応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）に
対する感受性をなお一層低減させ得ることが見出された
。また、応力腐食割れを抑制することが知られている該
合金のその他の特性を窒素含量の低下と組合わせて採用
すれば、原子炉内において非常に長い寿命を有する金属
部品を得ることができる。
好適な実施の態様の詳細な説明 本発明の対象となるステンレス鋼はオーステナイト系ス
テンレス鋼であって、これは応力腐食割れに対する抵抗
性の点で他種のステンレス鋼よりも優れている。かかる
ステンレス鋼をオーステナイト状態に保つと共に、それ
の強度を維持するため、オーステナイト組織からマルテ
ンサイト組織への変換を抑制することが知られている炭
素が合金成分として含有される。すなわち、本発明のス
テンレス鋼中には炭素が約０．０２５％の最低レベルで
存在するのである。なお、本明細書中において使用され
る百分率はいずれも重量百分率である。
本発明は、安定化ステンレス鋼および非安定化ステンレ
ス鋼のいずれにも適用し得る。安定化ステンレス鋼とは
、チタンを好ましくは約０．１〜約０、３％の範囲内の
量で含有し、かつ（あるいは）ニオブを好ましくは約０
．２５〜約０．６％の範囲内の量で含有するものである
。安定化ステンレス鋼の実例としては、３２１．３４７
および３４８ステンレス鋼が挙げられる。安定化ステン
レス鋼の場合、本発明の実施に際して使用される炭素含
量は約０．０２５〜約０．０６％の範囲内にある。非安
定化ステンレス鋼の実例は３０４および３１６ステンレ
ス鋼であって、この場合における炭素含量は約０．０２
５〜約０．０４％の範囲内にある。非安定化ステンレス
鋼は、チタンおよびニオブを実質的に含有しないか、あ
るいは含有してもそれらの量が上記の範囲より少ないよ
うなものである。
更にまた、オーステナイト安定剤としてマンガンが含有
される。マンガンは３００系列のオーステナイト系ステ
ンレス鋼中に常用される合金元素であるが、その含量に
ついては最大２％という制限のみが設定されるのが普通
である。しかし、本発明の場合には、マンガン含量に関
して１，５％の下限値も設定される。
上記に述べたステンレス鋼（すなわち、３０４．３１６
．３２１．３４７および３４８ステンレス鋼）は、それ
ぞれの名称を有する標準合金をリン、ケイ素および硫黄
に関して高純度化した改質合金を指す、すなわち、かか
る改質合金中におけるリン含量は最大約０．００５％で
あり、ケイ素含量は最大約０．０５％であり、かつ硫黄
含量は最大約０゜００５％である。
本発明のステンレス鋼中に存在する残りの合金元素はク
ロムおよびニッケルである。これらの元素の含量は、３
００系列のステンレス鋼において通例見られるような範
囲内にあればよい、たとえば、クロム含量は一般に約１
５〜約３０％の範囲内、好ましくは約１５〜約２０％の
範囲内にある。
同様に、ニッケル含量は一般に約５〜約１５％の範囲内
、好ましくは約８〜約１３％の範囲内にある。
本発明は、加圧木型原子炉および沸騰水型原子炉を含め
た軽水炉全般に対して適用することができる０本発明の
ステンレス鋼は、かかる軽水炉の炉心部材（たとえば、
燃料棒および吸収棒の被覆並びに中性子源ホルダの１種
以上）を製造するための材料として有用である。
以下に本発明の実施例を示す、これらの実施例は本発明
の実施を例示するものに過ぎないのであって、本発明の
範囲を制限するものと解すべきでない。
実施例 下記のごとき６種のステンレス鋼に関して促進照射／応
力腐食試験を行った。
試験に先立ち、全ての試験片に１０５０℃で３０分間の
溶体化熱処理を施した。また、３１６ＮＧ試験片の一部
には２０％の冷間加工も施した。
照射は、アメリカ合衆国アイダホ州アイダホフォールズ
に建設された新型試験炉において行った。
この試験炉は、燃料およびループの効率的な配置の下で
高い出力密度（炉心１リットル当り１メガワツト）を使
用するものである。また、出力を調整すると共に変形を
防止する目的で、制御ドラムとネックシム棒とが併用さ
れている。その結果、様々なループ位置における中性子
束に対する高度の制御を達成することができる。試験炉
内の試験空間は９本のループから成っていて、その内の
８本は２２００ｐｓｉｇまでの圧力下で水が循環する加
圧水ループである。９番目のループは、温度上昇（６８
０°Ｆまで）および圧力上昇（３４００ｐｓｉｇまで）
のために使用される。試験片の照射は、ネックシム棒の
外被に設けられた垂直穴の内部に配置されたキャプセル
中において行った。なお、それらのキャプセルは２種の
公称フルエンスレベル（８Ｘ１０２Ｏｎ／ｃ菖２の低フ
ルエンスおよび２５×１０　”ｎ／ｃｔａ２の高フルエ
ンス）が得られるように配置された。
照射温度は、５００〜６２５　’Ｆを許容範囲として５
５０°Ｆに維持された。低フルエンス用キャプセルは実
効全出力日数として４７．３日間にわたる照射を受けた
が、平均の蓄積高速中性子フルエンスは試験炉内の位置
に応じてａ　１３　Ｘ　１０　”ｎ７ｃｍ２からａ　３
２　Ｘ　１０　”ｎ７ｃｍ”までの範囲内にあった。
高フルエンス用キャプセルは実効全出力日数として１４
０．４日間にわたる照射を受けたが、平均の蓄積高速中
性子フルエンスは位置に応じて１．７３Ｘ　１０　”ｎ
／ｃｔａ２からＺ　３７　Ｘ　１０　”ｎ７ｃｍ２まで
の範囲内にあった。
次に、アメリカ合衆国カリフォルニア州プレザントンに
あるゼネラル・エレクトリック・カンパニー（Ｇｅｎｅ
ｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）のバレシ
トス・ニュークリアー・センター（Ｖａｌｌｅｃｉｔｏ
ｓ　ＮｕｃｌｅａｒＣｅｎｔｅｒ）内に設置された一定
伸長速度引張試験施設（ＣＥＲＴ試験施設）において照
射済み試験片の応力腐食割れ試験を実施した。試験は、
１２０Ｑｐｓｉｇの系統圧力の下で３２　ｐｐｍまたは
０．２ｐｐｍの溶解酸素を含有する５　５０　’Ｆの高
純度水（０，１μＳ／ｃｍ）中において行った。いずれ
の試験も１ミル／時の伸長速度の下で行ったが、低フル
エンス照射を受けた３１６Ｌ試験片のみに関しては０．
５ミル、７時の伸長速度を用いた。なお、それに由来す
る試験結果の閉著な差は見られなかった。
各々の試験片に関して試験終了時に認められた粒界応力
腐食割れ発生率（％ＩＧＳＣＣ）を第２および３表中に
示す。
これらの表中に示されたデータかられかる通り、６個の
低フルエンス試験片の内の３個が応力腐食割れを示した
（第２表）、それら３個の内で、２個（３１６ＮＧおよ
びＨ，Ｐ、３１６ＮＧ）は高レベルの窒素を含有するも
のであった。このように、高レベルの窒素を含有する２
種の合金は照射誘起応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）の閾値
に最も早く到達したのである。特に、低不純物レベルと
高窒素レベルとの組合せを有するＨ、Ｐ、３１６ＮＧ試
験片は、照射誘起応力腐食割れに対する感受性が最も高
かった０粒界応力腐食割れを示した第３の試験片（３０
４Ｌ）は、低フルエンスレベルで粒界応力腐食割れを示
さなかった３０４試験片に比べて特に低い炭素含量［０
，０２０（重量）％コを有していた。
高フルエンス試験片に関しては、６個全部が酸素添加水
（３２ｐｐｍ）中において少なくとも３５％の粒界応力
腐食割れを示した（第３表）、Ｈ，Ｐ。
３１６Ｌが最高レベルを示し、Ｈ，Ｐ、３１６ＮＧが２
番目、そして３１６ＮＧが３番目であったが、後の２者
は高窒素含量試験片である。これは、高フルエンスレベ
ルの下でも、窒素が照射誘起応力腐食割れに対する感受
性に顕著な影響を及ぼすことを示している。
高フルエンス試験片に関する試験に際して溶解酸素レベ
ルを０．２ｐｐｍに低下させた場合（第３表）、３１６
ＬおよびＨ，Ｐ、３１６Ｌ試験片は粒界応力腐食割れを
示さなかった。３１６ＮＧ、３１６ＮＧ（ＣＷ）および
）（、Ｐ、３１６　ＮＧ試験片（高窒素含量試験片）に
おいては、粒界応力腐食割れは低減したが、完全に除去
されたわけではなかった。
上記の記載は、主として例示を目的としたものである。
それ故、本発明の精神および範囲から逸脱することなく
、本明細書中に記載された構造および操作に様々な変更
や改変を加え得ることは当業者にとって自明であろう。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、軽水炉の炉心の構造部材中に照射によって誘起され
    る応力腐食割れを低減させるための方法において、最大
    約０．０５％のＮ、最大約０．００５％のＰ、最大約０
    ．０５％のＳｉおよび最大約０．００５％のＳを含有す
    るオーステナイト系ステンレス鋼から前記構造部材を製
    造することを特徴とする方法。 ２、前記オーステナイト系ステンレス鋼が最大約０．０
    ３％のＮを含有する請求項１記載の方法。 ３、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約０．０２５
    〜約０．０６％のＣを追加含有する請求項１記載の方法
    。 ４、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１．５〜約
    ２．０％のＭｎを追加含有する請求項１記載の方法。 ５、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１５〜約３
    ０％のＣｒおよび約５〜約１５％のＮｉを追加含有する
    請求項１記載の方法。 ６、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１５〜約２
    ０％のＣｒおよび約８〜約１３％のＮｉを追加含有する
    請求項１記載の方法。 ７、前記オーステナイト系ステンレス鋼が、約０．０２
    ５〜約０．０６％のＣと、約０．１〜約０．３％のＴｉ
    および約０．２５〜約０．６％のＮｂから成る群より選
    ばれた少なくとも１種とを追加含有する請求項１記載の
    方法。 ８、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約０．０２５
    〜０．０４％のＣを追加含有し、かつＴｉおよびＮｂを
    実質的に含有しない請求項１記載の方法。 ９、軽水炉の炉心の構造部材中に照射によって誘起され
    る応力腐食割れを低減させるための方法において、最大
    約０．０３％のＮ、約０．０２５〜約０．０４％のＣ、
    最大約０．００５％のＰ、最大約０．０５％のＳｉおよ
    び最大約０．００５％のＳを含有するオーステナイト系
    ステンレス鋼から前記構造部材を製造することを特徴と
    する方法。 １０、軽水炉の炉心の構造部材中に照射によつて誘起さ
    れる応力腐食割れを低減させるための方法において、最
    大約０．０３％のＮ、最大約０．０２５〜約０．０６％
    のＣ、最大約０．００５％のＰ、最大約０．０５％のＳ
    ｉ、最大約０．００５％のＳ、並びに約０．１〜約０．
    ３％のＴｉおよび約０．２５〜約０．６％のＮｂから成
    る群より選ばれた１種を含有するオーステナイト系ステ
    ンレス鋼から前記構造部材を製造することを特徴とする
    方法。 １１、金属材料から製造された燃料棒および吸収棒の被
    覆並びに中性子源ホルダを含む軽水炉の炉心において、
    前記金属材料の少なくとも１種が最大約０．０５％のＮ
    、最大約０．００５％のＰ、最大約０．０５％のＳｉお
    よび最大約０．００５％のＳを含有するオーステナイト
    系ステンレス鋼であることを特徴とする炉心。 １２、前記オーステナイト系ステンレス鋼が最大約０．
    ０３％のＮを含有する請求項１１記載の炉心。 １３、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約０．０２
    ５〜約０．０６％のＣを追加含有する請求項１１記載の
    炉心。 １４、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１．５〜
    約２．０％のＭｎを追加含有する請求項１１記載の炉心
    。 １５、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１５〜約
    ３０％のＣｒおよび約５〜約１５％のＮｉを追加含有す
    る請求項１１記載の炉心。 １６、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約１５〜約
    ２０％のＣｒおよび約８〜約１３％のＮｉを追加含有す
    る請求項１１記載の炉心。 １７、前記オーステナイト系ステンレス鋼が、約０．０
    ２５〜約０．０６％のＣと、約０．１〜約０．３％のＴ
    ｉおよび約０．２５〜約０．６％のＮｂから成る群より
    選ばれた少なくとも１種とを追加含有する請求項１１記
    載の炉心。 １８、前記オーステナイト系ステンレス鋼が約０．０２
    ５〜約０．０４％のＣを追加含有し、かつＴｉおよびＮ
    ｉを実質的に含有しない請求項１１記載の炉心。 １９、金属材料から製造された燃料棒および吸収棒の被
    覆並びに中性子源ホルダを含む軽水炉の炉心において、
    前記金属材料の少なくとも１種が最大約０．０３％のＮ
    、約０．０２５〜約０．０４％のＣ、最大約０．００５
    ％のＰ、最大約０．０５％のＳｉおよび最大約０．００
    ５％のＳを含有するオーステナイト系ステンレス鋼であ
    ることを特徴とする炉心。 ２０、金属材料から製造された燃料棒および吸収棒の被
    覆並びに中性子源ホルダを含む軽水炉の炉心において、
    前記金属材料の少なくとも１種が、最大約０．０３％の
    Ｎ、約０．０２５〜約０．０６％のＣ、最大約０．００
    ５％のＰ、最大約０．０５％のＳｉ、最大約０．００５
    ％のＳ、並びに約０．１〜約０．３％のＴｉおよび約０
    ．２５〜約０．６％のＮｂから成る群より選ばれた１種
    を含有するオーステナイト系ステンレス鋼であることを
    特徴とする炉心。
JP63094711A 1987-04-20 1988-04-19 軽水炉の炉心構造部材用オーステナイト系ステンレス鋼 Expired - Lifetime JPH0610326B2 (ja)

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