[发明专利]含Cr镍基合金管的制造方法和含Cr镍基合金管

说明书

技术领域

本发明涉及即使在高温水环境下长时间使用，Ni的溶出也少的含Cr镍基合金管的制造方法和含Cr镍基合金管，并特别涉及适合核电站用部件等用途的含Cr镍基合金管。

背景技术

镍基合金由于机械性质优异，因此用作各种部件。特别是由于原子反应堆的部件暴露于高温水中，因此使用耐蚀性优异的镍基合金。例如，在加压水型原子反应堆(PWR)的蒸气发生器部件中，使用60％Ni-30％Cr-10％Fe合金等。

这些部件可以在作为原子反应堆炉水环境的300℃左右的高温水环境下使用数年至数十年。镍基合金虽然耐蚀性优异并且腐蚀速度慢，但是长时间使用，会导致微量的Ni从母材中溶出。

在炉水进行循环的过程中，溶出的Ni被运送至炉心部分，并在燃料附近受到中子的照射。当Ni受到中子照射时，因核反应而转变为放射性Co。该放射性Co由于半衰期非常长，因此长时间持续放出放射线。因此，如果Ni的溶出量多，则进行定期检查等的工作者的被照射线量增大。

减少被照射线量是长期使用轻水反应堆时非常重要的课题。因此，目前采用了通过改善材料侧的耐蚀性和控制原子反应堆炉水的水质而防止镍基合金中Ni溶出的对策。

在专利文献1中，公开了在10^-2～10^-4Torr的真空度氛围下，在400～750℃的温度区域下，对镍基合金传热管进行退火，形成以铬氧化物为主体的氧化被膜，以改善耐全面腐蚀性的方法。

在专利文献2中，公开了在镍基析出强化型合金的固溶处理后，在10^-3Torr～大气压空气下的氧化氛围中同时进行时效硬化处理和氧化被膜形成处理的至少一部分，并实施加热处理的核电站用部件的制造方法。

在专利文献3中，公开了在露点为-60℃～+20℃的氢气或氢气和氩气的混合气氛中对镍基合金制品进行热处理的镍基合金制品的制造方法。

在专利文献4中，公开了将含有Ni和Cr的合金工件暴露于水蒸气和至少一种非氧化性气体的气体混合物，而形成铬富化层的方法。

在专利文献5中，公开了在镍基合金管的内表面上，确切并且高效地生成抑制高温水环境下Ni溶出的2层结构的氧化被膜的热处理方法，即如下的热处理方法：在连续式热处理炉的出口侧设置至少2台气体供给装置，或在出口侧和入口侧分别设置1台气体供给装置，并使用这些气体供给装置中的1台以及贯穿炉内的气体导入管，在管装入热处理炉之前，从管行进方向的前端侧向管的内部供给由露点为-60℃至+20℃范围内的氢气或氢气和氩气的混合气体组成的氛围气体，同时将管装入炉中，在650～1200℃下保持1～1200分钟，这时，当管的前端到达炉的出口侧后，将氛围气体向管内部的供给切换为由其它气体供给装置进行供给，并且反复进行这些操作。

专利文献1：日本特开昭64-55366号公报

专利文献2：日本特开平8-29571号公报

专利文献3：日本特开2002-121630号公报

专利文献4：日本特开2002-322553号公报

专利文献5：日本特开2003-239060号公报

发明内容

发明要解决的问题

通过专利文献1所公开方法形成的被膜，由于其厚度不足，因此存在有长时间使用导致被膜损伤等，并失去防止溶出效果的问题。

在专利文献2所公开的方法中，存在有氧化的Ni容易进入到被膜中，并且该Ni在使用中溶出的问题。

此外，在专利文献3和4所公开的控制水蒸气量(露点)，形成氧化被膜的方法，以及专利文献5所公开的将控制了露点的氢气或氢气和氩气用作氛围气体的热处理方法中，难以在水蒸气的入口侧和出口侧，形成均匀的氧化被膜。其理由如下。

例如，在如较长管的氧化被膜这样进行连续处理时，生成的氧化被膜的厚度，不仅限制了氧势，而且限制了被处理材料表面上氧化性气体通过浓度边界层的扩散性。此处，所谓浓度边界层是指被处理材料的表面与从表面离开的位置(例如，管内侧的中心轴附近)的气体浓度分布的边界层。该扩散性受到气体的扩散系数、动粘性系数等物理性质和气体浓度、流速等氧化处理条件的影响。由于水蒸气(H₂O)的上述扩散性比CO₂等其它氧化性气体大，因此在水蒸气以外的氧化性气体不存在的氛围下实施氧化处理时，难以在水蒸气的入口侧和出口侧形成均匀的氧化被膜。

氧化被膜的厚度如果过薄，则无法得到耐Ni溶出性的效果，如果过厚，则容易剥离，反而使耐Ni溶出性劣化。根据本发明人们的研究，氧化被膜的厚度必须在微米级至亚微米级的范围内进行调节。