Ｆｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法
【課題】部材の表面に被膜を低コストで形成することができるＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法を提供する。
【解決手段】Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成する。
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【解決手段】Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成する。
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼等のようなＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法に関し、特に、原子炉の制御棒駆動装置の駆動軸を表面処理する場合に有効である。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）は、制御棒の上端に連結されて案内管の内部に配設された駆動軸を外部からの磁力により当該案内管に沿って移動させることにより、制御棒を駆動することができるようになっている。このため、上記駆動軸には、マルテンサイト系ステンレス鋼等のようなＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）が使用されている。
【０００３】
このようなＣＲＤＭは、それぞれの部材をその形態に加工して組み立て、機能試験を行ってから、原子炉容器に取り付けて原子炉全体の性能試験を行った後に、運転に供されることから、部材の加工・組立から原子炉の運転開始までに約１〜２年程の期間を要してしまっている。このため、上記駆動軸は、上記期間中、上記案内管との間の微小な隙間（最大約０．４ｍｍ程度）部分で湿潤大気や酸素含有純水等の腐食性環境に曝されてしまうことから、表面処理が施されている。
【０００４】
このようなＣＲＤＭの駆動軸の表面処理方法としては、例えば、下記特許文献１等に記載されているように、上記部材をヒドラジン水溶液（５０ｐｐｍ）中に浸漬して加熱処理（２３０〜３００℃×２５〜５０時間）することにより、水中の溶存酸素を除去しながら上記部材の表面にＦｅ−Ｃｒスピネル系の耐食性を有する被膜（Ｆｅ2ＣｒＯ4）を形成することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４７９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１等に記載されている表面処理方法においては、処理に非常に時間を要してしまうため（２５〜５０時間）、高コスト化の一因となっていた。
【０００７】
このような問題は、ＣＲＤＭの駆動軸に限らず、マルテンサイト系ステンレス鋼等を始めとするＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）からなる部材であれば、同様にして生じ得ることである。
【０００８】
このようなことから、本発明は、部材の表面に被膜を低コストで形成することができるＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【００１１】
第二番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、第一番目の発明において、前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、第一番目又は第二番目の発明において、前記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸であり、下記式（４）をさらに満たしていることを特徴とする。
【００１３】
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法によれば、部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法の確認試験の結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、上述した課題を解決するためになされたものであって、マルテンサイト系ステンレス鋼等を始めとするＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）からなる部材をヒドラジン水溶液に浸漬して処理するにあたって、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈｒ）と上記部材の表面に形成される被膜の厚さＦ（μｍ）との間に下記式（１）〜（３）に示す関係があることを見出し、完成するに至った。
【００１７】
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【００１８】
特に、上記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸の場合には、下記式（４）をさらに満たしていると好適であることが明らかとなった。
【００１９】
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【００２０】
このような上記式（１）〜（３）や上記式（４）を満たす条件で上記部材を表面処理すると、Ｆｅ−Ｃｒスピネル系の耐食性を有する被膜（Ｆｅ2ＣｒＯ4）を当該部材の表面に目的とする厚さＦ（μｍ）で形成することができるので、上記被膜を必要十分な厚さで上記部材の表面に形成することが容易にできる。
【００２１】
このため、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法においては、必要な厚さの上記被膜を上記部材の表面に形成するにあたって、必要最小限の時間及び温度で処理することが容易にできる。
【００２２】
したがって、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法によれば、上記部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできる。
【００２３】
なお、前記水溶液のヒドラジンの濃度は、５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであると好ましい。なぜなら、前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０ｐｐｍ未満であると、当該水溶液中の溶存酸素を十分に除去しにくくなりやすく、前記水溶液のヒドラジンの濃度が１０００ｐｐｍを超えると、ヒドラジンを無駄に使用してしまい、コストの上昇を招いてしまうからである。
【実施例】
【００２４】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法の効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。
【００２５】
［確認試験］
５０ｐｐｍヒドラジン水溶液を入れたオートクレーブにＳＵＳ４１０からなる円板（直径６０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ）を入れて２８０℃に加熱し、規定時間（５時間及び２５時間）処理することにより、試験品（５時間処理：６枚）及び従来品（２５時間処理：６枚）を得た。また、基準とするため、表面処理をしていないＳＵＳ４１０の円板（直径６０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ）からなる未処理品（６枚）も併せて用意した。
【００２６】
次に、水を底に張ったガラス製のデシケータ（６台）内に上記試験品及び上記従来品並びに上記未処理品を宙吊りになるようにそれぞれ設置し（各１枚ずつ）、これらデシケータをウォータバス内に設置して規定温度（３０℃）で維持することにより、当該デシケータ内を高湿度（１００％）状態で所定期間保持した後（３か月（２台）、９か月（４台））、当該デシケータ内から上記試験品及び上記従来品並びに上記未処理品を取り出して、各品の孔食発生点数（１枚当たりの平均値）を求めた。その結果を図１に示す。
【００２７】
図１からわかるように、未処理品は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で３点、９か月で６．３点であった。これに対して、従来品（２５時間処理）は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で０点、９か月で１点であり、試験品（５時間処理）は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で０点、９か月で０．５点となった。
【００２８】
よって、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、従来の表面処理方法と同様な効果を得ながらも、従来の表面処理方法よりも低コストで実施できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできるので、金属加工産業等を始めとする各種産業において極めて有益に利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼等のようなＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法に関し、特に、原子炉の制御棒駆動装置の駆動軸を表面処理する場合に有効である。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）は、制御棒の上端に連結されて案内管の内部に配設された駆動軸を外部からの磁力により当該案内管に沿って移動させることにより、制御棒を駆動することができるようになっている。このため、上記駆動軸には、マルテンサイト系ステンレス鋼等のようなＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）が使用されている。
【０００３】
このようなＣＲＤＭは、それぞれの部材をその形態に加工して組み立て、機能試験を行ってから、原子炉容器に取り付けて原子炉全体の性能試験を行った後に、運転に供されることから、部材の加工・組立から原子炉の運転開始までに約１〜２年程の期間を要してしまっている。このため、上記駆動軸は、上記期間中、上記案内管との間の微小な隙間（最大約０．４ｍｍ程度）部分で湿潤大気や酸素含有純水等の腐食性環境に曝されてしまうことから、表面処理が施されている。
【０００４】
このようなＣＲＤＭの駆動軸の表面処理方法としては、例えば、下記特許文献１等に記載されているように、上記部材をヒドラジン水溶液（５０ｐｐｍ）中に浸漬して加熱処理（２３０〜３００℃×２５〜５０時間）することにより、水中の溶存酸素を除去しながら上記部材の表面にＦｅ−Ｃｒスピネル系の耐食性を有する被膜（Ｆｅ2ＣｒＯ4）を形成することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４７９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１等に記載されている表面処理方法においては、処理に非常に時間を要してしまうため（２５〜５０時間）、高コスト化の一因となっていた。
【０００７】
このような問題は、ＣＲＤＭの駆動軸に限らず、マルテンサイト系ステンレス鋼等を始めとするＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）からなる部材であれば、同様にして生じ得ることである。
【０００８】
このようなことから、本発明は、部材の表面に被膜を低コストで形成することができるＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【００１１】
第二番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、第一番目の発明において、前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、第一番目又は第二番目の発明において、前記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸であり、下記式（４）をさらに満たしていることを特徴とする。
【００１３】
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法によれば、部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法の確認試験の結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、上述した課題を解決するためになされたものであって、マルテンサイト系ステンレス鋼等を始めとするＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、ＳＵＳ４１０等）からなる部材をヒドラジン水溶液に浸漬して処理するにあたって、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈｒ）と上記部材の表面に形成される被膜の厚さＦ（μｍ）との間に下記式（１）〜（３）に示す関係があることを見出し、完成するに至った。
【００１７】
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【００１８】
特に、上記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸の場合には、下記式（４）をさらに満たしていると好適であることが明らかとなった。
【００１９】
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【００２０】
このような上記式（１）〜（３）や上記式（４）を満たす条件で上記部材を表面処理すると、Ｆｅ−Ｃｒスピネル系の耐食性を有する被膜（Ｆｅ2ＣｒＯ4）を当該部材の表面に目的とする厚さＦ（μｍ）で形成することができるので、上記被膜を必要十分な厚さで上記部材の表面に形成することが容易にできる。
【００２１】
このため、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法においては、必要な厚さの上記被膜を上記部材の表面に形成するにあたって、必要最小限の時間及び温度で処理することが容易にできる。
【００２２】
したがって、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法によれば、上記部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできる。
【００２３】
なお、前記水溶液のヒドラジンの濃度は、５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであると好ましい。なぜなら、前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０ｐｐｍ未満であると、当該水溶液中の溶存酸素を十分に除去しにくくなりやすく、前記水溶液のヒドラジンの濃度が１０００ｐｐｍを超えると、ヒドラジンを無駄に使用してしまい、コストの上昇を招いてしまうからである。
【実施例】
【００２４】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法の効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。
【００２５】
［確認試験］
５０ｐｐｍヒドラジン水溶液を入れたオートクレーブにＳＵＳ４１０からなる円板（直径６０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ）を入れて２８０℃に加熱し、規定時間（５時間及び２５時間）処理することにより、試験品（５時間処理：６枚）及び従来品（２５時間処理：６枚）を得た。また、基準とするため、表面処理をしていないＳＵＳ４１０の円板（直径６０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ）からなる未処理品（６枚）も併せて用意した。
【００２６】
次に、水を底に張ったガラス製のデシケータ（６台）内に上記試験品及び上記従来品並びに上記未処理品を宙吊りになるようにそれぞれ設置し（各１枚ずつ）、これらデシケータをウォータバス内に設置して規定温度（３０℃）で維持することにより、当該デシケータ内を高湿度（１００％）状態で所定期間保持した後（３か月（２台）、９か月（４台））、当該デシケータ内から上記試験品及び上記従来品並びに上記未処理品を取り出して、各品の孔食発生点数（１枚当たりの平均値）を求めた。その結果を図１に示す。
【００２７】
図１からわかるように、未処理品は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で３点、９か月で６．３点であった。これに対して、従来品（２５時間処理）は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で０点、９か月で１点であり、試験品（５時間処理）は、孔食発生点数（１枚当たりの平均値）が３か月で０点、９か月で０．５点となった。
【００２８】
よって、本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、従来の表面処理方法と同様な効果を得ながらも、従来の表面処理方法よりも低コストで実施できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法は、部材の表面に被膜を低コストで形成することが簡単にできるので、金属加工産業等を始めとする各種産業において極めて有益に利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成する
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【請求項２】
請求項１に記載のＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法において、
前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０〜１０００ｐｐｍである
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法において、
前記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸であり、
下記式（４）をさらに満たしている
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【請求項１】
Ｆｅ−Ｃｒ合金部材をヒドラジン水溶液に浸漬して、下記式（１）〜（３）を満たす温度Ｔ（Ｋ）及び時間ｔ（Ｈ）で処理することにより、当該部材の表面に厚さＦ（μｍ）の被膜を形成する
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
Ｆ＝ｅｘｐ［−２６４５×｛（１／Ｔ）＋２．２｝］×ｔ ・・・（１）
５５３≦Ｔ≦５９３ ・・・（２）
０．５≦ｔ≦２４ ・・・（３）
【請求項２】
請求項１に記載のＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法において、
前記水溶液のヒドラジンの濃度が５０〜１０００ｐｐｍである
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法において、
前記部材が、原子炉の制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ）の駆動軸であり、
下記式（４）をさらに満たしている
ことを特徴とするＦｅ−Ｃｒ合金部材の表面処理方法。
０．１≦Ｆ＜０．４ ・・・（４）
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１７２１６６（Ｐ２０１２−１７２１６６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２９７６（Ｐ２０１１−３２９７６）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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