DE60110656T2

DE60110656T2 - Mit einer Korrosions-und Abnutzungs-beständigen Legierung verbundenes Ventil und Vorrichtungen, bei denen das Ventil verwendet wird

Info

Publication number: DE60110656T2
Application number: DE60110656T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Hitachi-shi Chigasaki; Shizuo Hitachi-shi Matsushita; Jiro Hitachi-Shi Kuniya; Yoshihisa Hitachinaka-shi Kiyotoki; Takahiko Hitachinaka-shi Kato; Yoshiteru Hitachi-shi Chiba
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: US6672330B2; US20010017906A1; CA2333933A1; EP1128103A3; DE60110656D1; EP1128103A2; EP1128103B1; CA2333933C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einer korrosions- und abnutzungsbeständigen Legierung, die mit dem Gleitabschnitt verbunden ist, und Vorrichtungen, bei denen das Ventil verwendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren wurde dazu übergegangen, Chemikalien, wie Wasserstoffperoxid und Hydrazin, in das Rückführsystem der Turbinengeneratoreinrichtungen einzuleiten, um die Qualität des rückgeführten Wassers einzustellen bzw. zu regeln. Hierdurch wird das Volumen des gelösten Sauerstoffs auf der stromabwärts gelegenen Seite des Einlasses der Chemikalien vergrößert, was zu Beschädigungen des Ventilsitzes usw. durch Erosion und Riefenbildung führt.
In der offen gelegten japanischen Patentanmeldung 179283/1984 ist ein Ventil offenbart, bei dem ein Ventilsitz, der 30 bis 45 Gew.-% Cr, 3,0 bis 8,0 Gew.-% Ti, 0 bis 10 Gew.-% Mo und restliches Ni enthält, mit dem Ventilteller und dem Ventilkörper diffusionskontaktiert ist.
Bei solchen Ventilen, wie einem Kugelventil, einem Absperrventil und einem Drosselventil, werden Legierungen mit einer hohen Härte, die durch eine ausgezeichnete Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit gekennzeichnet sind, wie eine Legierung auf Kobaltbasis (Co-Basis), eine Legierung auf Nickelbasis (Ni-Basis) und eine Legierung auf Eisenbasis (Fe-Basis), auf den Gleitabschnitt des Ventils und des Ventilsitzes aufgebracht, um eine Beschädigung durch Erosion zu vermeiden, die während des Betriebs durch Fluid in der Nähe des Ventilsitzes hervorgerufen wird, oder um eine Riefenbildung während des Ventilbetriebs zu verhindern.
Eutektisches Carbid der Legierung auf Kobaltbasis (Co-Basis), Nickelbasis (Ni-Basis) oder Eisenbasis (Fe-Basis) und anderen, das auf den Gleitabschnitt und den Ventilsitz aufgebracht ist, wird jedoch durch Dampf oder Heißwasser selektiv korrodiert und beschädigt. Fluid in dem Wasserrückführsystem hat eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit. Nach der Beschädigung durch Korrosion kann das Basismetall der Gussstruktur ausgeschieden werden, wodurch Erosion hervorgerufen wird (Thermal nuclear power generation, Band 30, Nr. 5, S. 67 und "Machine damage": 1982, Nr. 2, S. 90).
Dies führt zu einem verringerten Leckwiderstand des Ventils, woraus sich Fehler, wie Änderungen der Steuerbarkeit und der Betriebseigenschaften, ergeben. Dies geht mit einer häufigeren Inspektion und Demontage des Ventils und damit mit einer schlechteren Wartbarkeit der Anlage einher.
Falls der vorstehend erwähnte Fehler am Gleitabschnitt, der in Kontakt mit Reaktorwasser und dem Ventil der Einrichtungen in dem System zum Zuführen von Kühlmittel in den Reaktor in den Kernkraftwerkseinrichtungen steht, auftritt, kann die Kobalt-, Nickel- oder Eisenlegierung mit einer hohen Härte, die auf diese Positionen aufgebracht ist, durch Korrosion und Erosion ausgeschieden werden, so dass sie sich in das System löst.
In der geschweißten Überzugslegierung, die ein herkömmliches Gussstruktur-Basismetall und eutektisches Carbid mit einer Netzwerkstruktur aufweist, ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und Erosion nicht ausreichend. Zum Lösen dieser Probleme in der vorliegenden Erfindung wird die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung mit einem nicht zusammenhängend verteilten eutektischen Carbid durch Diffusionskontaktierung mit den Gleitabschnitten des Ventils und anderen Teilen verbunden, wodurch ein Ventil bereitgestellt wird, das durch eine ausgezeichnete Korrosions- und Erosionsbeständigkeit und eine überlegene Wartbarkeit gekennzeichnet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Korrosions- und Erosionsbeständigkeit der Gleitabschnitte und des Sitzes von Ventilen, die in Wärmekraftwerken und Kernkraftwerken oder dergleichen verwendet werden, zu verbessern.
Nachfolgend wird die Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung beschrieben:
Die vorliegende Erfindung betrifft: ein Ventil mit einem Ventilteller und einem Ventilkörper, wobei ein Ventilsitz an jedem der Gleitabschnitte des Ventiltellers und des Ventilkörpers eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Ventilsitzes aus einem Material besteht, das aus einer von einer Legierung auf Kobaltbasis, einer Legierung auf Nickelbasis und einer Legierung auf Eisenbasis ausgewählt ist, und die Legierungen in der Matrix ein körniges oder stückiges eutektisches Carbid mit einer metallischen Mikrostruktur aufweisen, wobei die Teilchengröße des eutektischen Carbids 30 Mikrometer oder bevorzugter 10 Mikrometer nicht übersteigt. Die aus einer von einer Legierung auf Kobaltbasis, einer Legierung auf Nickelbasis und einer Legierung auf Eisenbasis ausgewählte Legierung wird bevorzugt durch Diffusionskontaktierung, insbesondere durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung, mit der Oberfläche des Ventilsitzes verbunden.
Die Korrosionsbeständigkeit kann bis auf etwa das 300Fache verbessert werden, indem eutektisches Carbid von einer zusammenhängenden vernetzten Form zu einer nicht zusammenhängenden körnigen oder stückigen Form geändert wird, wobei die Teilchengröße 30 Mikrometer nicht übersteigt. Die Teilchengröße des eutektischen Carbids ist vorzugsweise kleiner, wodurch die mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Dehnbarkeit, der Zähigkeit und der Stoßfestigkeit verbessert werden.
Vorzugsweise wird ein Element, das die Legierung auf Kobalt-, Nickel- oder Eisenbasis mit dem körnigen oder stückigen eutektischen Carbid enthält, mit der Oberfläche der Gleitfläche eines Ventilsitzes verbunden, der aus Edelstahl in Gestalt von Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl besteht.
Es ist bevorzugt, wenn die Legierung auf Kobaltbasis 0,6 bis 3 Gew.-% oder vorzugsweise 1,0 bis 3 Gew.-% C, 2 Gew.-% oder weniger Si, 25 bis 32 Gew.-% Cr, 15 oder weniger Gew.-% oder vorzugsweise 4 bis 15 Gew.-% W, 0 bis 3 Gew.-% Fe, 0 bis 3 Gew.-% oder weniger Ni und 0 bis 6 Gew.-% Mo enthält. Es ist bevorzugt, wenn die Legierung auf Nickelbasis 1 Gew.-% oder weniger oder vorzugsweise 0,2 bis 0,5 Gew.-% C, 7 oder weniger Gew.-% Si, 7 bis 20 Gew.-% Cr, 5 oder vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-% W und 3,5 oder weniger Gew.-% B enthält. Es ist bevorzugt, wenn die Legierung auf Eisenbasis 1,5 oder weniger oder 0,3 bis 1,0 Gew.-% C, 4 oder weniger oder 0,5 bis 5 Gew.-% S, 15 bis 27 Gew.-% Cr und 8 oder weniger oder vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-% Mo enthält.
Die gemäß der Erfindung verwendete korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung wird typischerweise durch plastische Verformung einer Basislegierung hergestellt, die ein eutektisches Carbid in einer zusammenhängenden Netzwerkstruktur enthält, beispielsweise um das eutektische Carbid nicht zusammenhängend oder körnig zu machen. Die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung wird vorzugsweise durch Diffusionskontaktierung mit dem Ventilsitz verbunden.
Überdies ist es bevorzugt, dass die Diffusionskontaktierung eine transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung ist, wobei das Einlagenmaterial mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als derjenige des Basismetalls, in die Kontaktierungsgrenze eingebracht wird und das den Schmelzpunkt verringernde Element in dem Basismetall duffundiert wird, wodurch die Koagulation und die Verbindung bzw. Kontaktierung gefördert werden. Das Einlagenmaterial ist vorzugsweise die Legierung auf Nickelbasis, die 1 bis 8 Gew.-% Si und 1 bis 5 Gew.-% B enthält, oder die Nickellegierung, die weiter 5 bis 20 Gew.-% Cr als Zusatz enthält. Insbesondere ist das Einlagenmaterial vorzugsweise die Legierung auf Nickelbasis, die 3 bis 6 Gew.-% Si und 2 bis 4 Gew.-% B enthält, oder die Legierung auf Nickelbasis, die weiter 5 bis 10 Gew.-% Cr als Zusatz enthält. Das Basismetall ist vorzugsweise die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung auf Kobaltbasis.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Kernkraftwerk mit einer Rohrleitungseinrichtung vor, die Wasserzuführventile in dem Kühlmittel-Rückführsystem für das Kernreaktorwasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz des Ventils mit der korrosions- und abnutzungsbeständigen Legierung verbunden wird, wobei das eutektische Carbid, das in der Legierung enthalten ist, die das Basismetall der Gussstruktur und das eutektische Carbid aufweist, zu Körnern und Stücken geformt wird und das eutektische Carbid nicht zusammenhängend verteilt wird. Sie sieht auch ein Kraftwerk vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Rohrleitungseinrichtung mit dem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Rückführsystem installiert ist, in dem Wasser oder Hochtemperaturwasser zurückgeführt wird.
Wie vorstehend erörtert wurde, stellen die Vorrichtung und das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung eine zuverlässige Möglichkeit bereit, die Beschädigungen am Gleitabschnitt des Ventils oder am Ventilsitz, die sich aus Beschädigungen infolge der durch gelöstes Sauerstoff im Fluid hervorgerufenen Korrosion des eutektischen Carbids ergeben, zu verringern, und das Erhöhen des Reibungswiderstands am Gleitabschnitt und am Ventilsitz und das Lecken aus dem Ventilsitz zu vermeiden.
Überdies verlängert das Kernkraftwerk gemäß der vorliegenden Erfindung die Nutzungsdauer von Vorrichtungen und Ventilen in dem Kraftwerk.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung, die aus einer Legierung auf Co-Basis, einer Legierung auf Ni-Basis oder einer Legierung auf Fe-Basis besteht und das Basismetall und das eutektische Carbid der Gussstruktur in vernetzter Form zusammenhängend verteilt aufweist, durch Schmieden oder Walzen einer plastischen Verarbeitung unterzogen wird, wodurch das in der Netzwerkstruktur kontinuierlich verteilte eutektische Carbid in gebildeten Körnern oder Stücken nicht zusammenhängend verteilt wird. Auf diese Weise wird die zusammenhängend verteilte korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung mit den Gleitabschnitten verschiedener Vorrichtungen und Ventile durch Diffusionskontaktierung, insbesondere durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung, verbunden. Diese Erfindung steuert die Erhöhung des Reibungswiderstands der Gleitabschnitte der Vorrichtungen und Ventile. Insbesondere steuert diese Erfindung die Verringerung des Leckwiderstands infolge der Aufrauung der Ventilsitzfläche und dergleichen.
In einem Beispiel für das Verfahren zum Umwandeln in der Netzwerkstruktur zusammenhängend verteilten eutektischen Carbids in das in Körnern oder Stücken nicht zusammenhängend verteilte eutektische Carbid wird die durch Schmieden erhaltene Legierung einer plastischen Verformung durch Schmieden oder Walzen und eine anschließende Wärmebehandlung (Glühen) unterzogen, die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung mit einem nicht zusammenhängend verteilten eutektischen Carbid kann durch Diffusionskontaktierung, insbesondere durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung, mit dem Gleitabschnitt verbunden werden. Bei der transienten Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung wird das Einlagenmaterial mit einem Schmelzpunkt, der kleiner ist als derjenige des Basis metalls (verbundenen Materials), in den Grenzbereich der Verbindung bzw. Kontaktierung eingebracht, und ein den Schmelzpunkt verringerndes Element, wie Bor (B), Silicium (Si) oder Phosphor (P), das zur Zeit des Verbindungs- bzw. Kontaktierungsprozesses in dem Einlagenmaterial enthalten ist, wird in das Basismetall diffundiert. Hierdurch wird es möglich, den Druck während des Verbindens bzw. Kontaktierens unter das Niveau bei der Solidusdiffusionskontaktierung zu senken und dadurch die Verformung des Basismetalls (verbundenen Materials) zu verringern. Überdies kann die Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung der Verbindungs- bzw. Kontaktierungsfläche vor dem Verbindungs- bzw. Kontaktierungsprozess auf etwa 40 Mikrometer Rmax oder bevorzugter 20 Mikrometer Rmax verbessert werden, und es wird eine zufrieden stellende Verbindung bzw. Kontaktierung erhalten.
Als eine Diffusionskontaktierung von Basismetall (verbundenem Material) durch eine transiente Flüssigphase ist die transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung in der Hinsicht geeignet, dass sie in Bezug auf die Zuverlässigkeit des verbundenen Abschnitts, beispielsweise auf die Verbindungsfestigkeit, überlegen ist. Beispielsweise wird beim herkömmlichen Hartlötverfahren eine chemische Verbindung bzw. Kontaktierung und eine physikalische Haftung zwischen dem Hartlöt-Füllmetall und dem Basismetall verwendet, und die wechselseitige Diffusion zwischen ihnen ist kleiner als diejenige bei der transienten Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung.
Eine geschweißte Überzugslegierung in der Art einer Legierung auf Co-Basis, auf Ni-Basis oder auf Fe-Basis mit einem im Normalzustand in der Netzwerkstruktur zusammenhängend verteilten eutektischen Carbid kann in eine korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung umgewandelt werden, die nicht zusammenhängend verteiltes eutektisches Carbid enthält, wenn eutektisches Carbid in Körnern oder Stücken gebildet wird. Die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung wird durch Diffusionskontaktierung mit dem Gleitabschnitt des Ventils und der Vorrichtung verbunden. Eine Chemikalie, wie Wasserstoffperoxid oder Hydrazin, wird in das Wasserrückführsystem eingeleitet. Selbst wenn hierdurch das Volumen des gelösten Sauerstoffs erhöht wird, ist es möglich, die Korrosionsbeschädigung von eutektischem Carbid am Gleitabschnitt des Ventils und in dem System vorhandener Vorrichtungen zu steuern. Überdies wird hierdurch auch die Erhöhung des Reibungswiderstands am Gleitabschnitt und die Verringerung der Leckbeständigkeit infolge der Aufrauung der Oberfläche des Ventilsitzes gesteuert, wodurch es möglich wird, ein Ventil und eine Vorrichtung bereitzustellen, die durch eine außerordentlich gute Wartbarkeit gekennzeichnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung auf Co-Basis, Ni-Basis oder Fe-Basis, die eutektisches Carbid in Körnern oder Stücken enthält, die von dem einer plastischen Verformung durch Schmieden oder Walzen und einer Wärmebehandlung (Glühen) unterzogenen Platten- oder Stangenmaterial erhalten wurden, durch Diffusionskontaktierung, insbesondere durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung, mit dem Ventilsitz oder dergleichen verbunden. Hierdurch wird es möglich, Sicherheitsventile, Absperrventile, Kugelventile und andere Ventile bereitzustellen, die durch eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen am Ventilsitz infolge der durch gelöstes Sauerstoff hervorgerufenen Korrosion oder Erosion gekennzeichnet sind.
Überdies ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Streuung oder Diffusion von Kobalt, die sich aus der Korrosion, Erosion oder der Abnutzung der in den Ventilen von Kernkraftwerken verwendeten Legierung auf Co-Basis ergibt, zu steuern, wodurch ein Kernkraftwerk bereitgestellt wird, das durch eine außerordentlich gute Wartbarkeit gekennzeichnet ist.
Herkömmlicherweise wurde eine Stellitlegierung mit einer hohen Härte, beispielsweise eine Legierung auf Co-Basis, die 1,3 Gew.-% C, 27,7 Gew.-% Cr und 4,9 Gew.-% W enthält, auf dem Gleitabschnitt des Ventilsitzes und der Vorrichtung verwendet, um Erosion und Riefenbildung zu vermeiden. Sie werden durch Gasschweißen oder elektrisches Lichtbogenschweißen, wie PTA-Schweißen (Plasmatransferbogenschweißen) beschichtet.
Bei der Legierung auf Kobaltbasis ist hauptsächlich aus Cr und C bestehendes eutektisches Carbid jedoch in der Netzwerkstruktur in dem Basismetall der Gussstruktur, das hauptsächlich Kobalt enthält, zusammenhängend verteilt. Infolge dieser Korrosion oder Erosion wird das Ausscheiden des Basismetalls der Gussstruktur durch die Korrosion des eutektischen Carbids der Netzwerkstruktur durch gelösten Sauerstoff gefördert und hervorgerufen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Legierung, die das Basismetall der Gussstruktur und das eutektische Carbid kontinuierlich in vernetzter Form enthält, dem Prozess der plastischen Verformung durch Schmieden und Walzen und einer anschließenden Wärmebehandlung (Glühen) oder dem Prozess des Warmschmiedens oder -walzens bei einer hohen Temperatur unterzogen. Dies ermöglicht es, dass das eutektische Carbid nicht zusammenhängend in Körnern oder Stücken verteilt wird. Die Beschädigung infolge der durch gelösten Sauerstoff hervorgerufenen Korrosion von Carbid ist auf das Carbid an der Oberfläche, das in Kontakt mit gelöstem Sauerstoff steht, beschränkt, was dazu führt, dass die Ausscheidung des Basismetalls der Gussstruktur gesteuert wird.
Die vorstehend erwähnte Wirkung kann beispielsweise durch den intergranulären Korrosionstest (Strauss-Test JIS G0575) an der Co-Basislegierung mit 1,3 Gew.-% C, 27,7 Gew.-% Cr und 4,9 Gew.-% W, die eutektisches Carbid in einer Netzwerkstruktur oder in Körnern oder Stücken enthält, geprüft werden. Wenn eutektisches Carbid in Körnern oder Stücken gebildet ist, ist die Korrosionstiefe in dem Strauss-Test, verglichen mit dem Fall, in dem eutektisches Carbid in der Netzwerkstruktur gebildet ist, auf etwa das 1/300Fache verringert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Absperrventils und eine vergrößerte veranschaulichende Ansicht des Ventilsitzes,
2 ist eine vertikale Schnittansicht eines Rückschlagventils, und
3 ist ein Diagramm des Rohrleitungssystems des Kernkraftwerks, bei dem das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Speisewassersystem verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Ausführungsform 1]
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine korrosions- und abnutzungsbeständige Kobaltlegierung mit einer hohen Härte, die 1,1 Gew.-% C, 29,7 Gew.-% Cr und 4,5 Gew.-% W enthält, mit dem Ventilsitz des Absperrventils verbunden, das bei der transienten Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung in einer gelösten Sauerstoffatmosphäre verwendet wird, wobei die korrosions- und abnutzungsbeständige Kobaltlegierung dadurch gekennzeichnet ist, dass eutektisches Carbid durch Warmwalzen bei derselben Temperatur wie beim Warmschmieden bei 1050 bis 1100°C zu Körnern oder Stücken geformt wird, deren Durchmesser 30 Mikrometer nicht übersteigt.
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines aus einem Gussstück aus SCPH2 (entsprechend S25C) bestehenden Absperrventils. (a) ist eine vergrößerte Ansicht des Ventiltellers, und (b) ist eine vergrößerte Ansicht des Ventilkörpers.
Der Ventilteller 50 und der Ventilkörper 51 eines Absperrventils 2 sowie die Ventilsitze 4a und 4b wurden gewaschen. Einlagenmaterialien wurden auf diesen Ventilsitzflächen angeordnet, und die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierungsschicht auf Kobaltbasis in Form einer 5 mm dicken Ringschicht mit einem in Körnern oder Stücken gebildeten eutektischen Carbid wurde auf den Einlagenmaterialien angeordnet, um eine transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung auszuführen. Die Einlagenmaterialien bestehen aus einer 4,5 Gew.-% Si und 3,2 Gew.-% B enthaltenden 40 Mikrometer dicken Legierung auf Ni-Basis. Die Soliduslinientemperatur und die Temperatur der transienten Flüssigphasenlinie betragen etwa 980 bzw. 1040°C.
Es wurde eine transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung bei einer Verbindungstemperatur von 1100°C während einer Standzeit von einer Stunde bei einem Vakuumgrad von 2 × 10^–4 Torr und einem Druck von 80 g/cm² ausgeführt. Weil die den Schmelzpunkt verringernden Elemente Si und B enthalten sind, ist der Schmelzpunkt des Einlagenmaterials geringer als derjenige des Basismetalls (verbundenen Materials). Wenn sie bei der Verbindungstemperatur gehalten werden, werden Si und B in das Basismetall diffundiert, wodurch der Schmelzpunkt erhöht wird, so dass die Koagulation des Einlagenmaterials während des Verbindungsprozesses fortschreitet. Auf diese Weise wird die Legierung 100a auf Co-Basis mit der Oberfläche des Ventilsitzes 4a verbunden, so dass ein Ventilsitz 1a entsteht. Die Legierung 100b auf Co-Basis wird mit der Oberfläche des Ventilsitzes 4b verbunden, so dass ein Ventilsitz 1b entsteht.
Nach dem Verbindungsprozess wurde der Querschnitt der Verbindungsgrenze beobachtet, und es wurde herausgefunden, dass fast keine Verbindungsfehler, wie Leerräume, auftraten. Es wurde eine ausgezeichnete Verbindungswirkung festgestellt.
Für das gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Absperrventil wird die durch gelösten Sauerstoff hervorgerufene fortgesetzte Korrosion des eutektischen Carbids auf einem niedrigen Niveau gehalten, wodurch die Ausscheidung des Basismetalls der Gussstruktur reduziert wird. Hierdurch wird das Fortschreiten der Korrosion oder Erosion der Ventilsitze 4a und 4b verzögert und eine Beeinträchtigung der Leckbeständigkeit verhindert.
Hartlöten ist eines der Verfahren zum Verbinden bzw. Bonden von Basismetall (verbundenem Material) durch eine transiente Flüssigphase. Wenn das Hartlöten verwendet wird, befindet sich Hartlöt-Füllmaterial selbst bei Abschluss der Erwärmung bei der Verbindungstemperatur hauptsächlich in der transienten Flüssigphase. Die wechselseitige Diffusion zwischen dem Hartlöt-Füllmaterial und dem Basismetall ist kleiner als die wechselseitige Diffusion zwischen dem Einlagenmaterial und dem Basismetall bei der transienten Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung. Die Zuverlässigkeit des verbundenen Abschnitts, wie die Verbindungsstärke, ist derjenigen bei der transienten Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung unterlegen.
[Ausführungsform 2]
Gemäß Ausführungsform 2 wird die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung auf Kobaltbasis mit einer hohen Härte, die 1,1 Gew.-% C, 29,7 Gew.-% Cr und 4,5 Gew.-% W enthält, durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung mit dem Ventilsitz des in der gelösten Sauerstoffatmosphäre verwendeten Rückschlagventils 3 verbunden, wobei die korrosions- und abnutzungsbeständige Legierung auf Kobaltbasis dadurch gekennzeichnet ist, dass eutektisches Carbid in Körnern oder Stücken durch Warmschmieden bei 1050 bis 1100°C gebildet wird. Auf diese Weise wurden die Ventilsitze 1a und 2b hergestellt.
2 ist eine vertikale Schnittansicht eines Rückschlagventils.
Das Einlagenmaterial, das zum Verbinden verwendet wird, ist eine Legierung auf Ni-Basis, die 7 Gew.-% Cr, 3 Gew.-% Fe, 4,5 Gew.-% Si und 3,2 Gew.-% B enthält, und die Soliduslinientemperatur und die Temperatur der transienten Flüssigphasenlinie betragen etwa 970°C bzw. etwa 1000°C. Die transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung wird während einer Standzeit von einer Stunde bei einem Vakuumgrad von 2 × 10^–4 Torr und einem Druck von 50 g/cm² ausgeführt.
Nach dem Verbinden wurde der Querschnitt der Verbindungsgrenze beobachtet, und es wurde herausgefunden, dass fast keine Verbindungsfehler, wie Leerräume, auftraten. Es wurde eine ausgezeichnete Verbindungsleistung festgestellt.
Für das gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Rückschlagventil wird weiterhin die durch gelösten Sauerstoff hervorgerufene fortgesetzte Korrosion des eutektischen Carbids auf einem niedrigen Niveau gehalten, wodurch die Ausscheidung des Basismetalls der Gussstruktur reduziert wird. Hierdurch wird die Korrosion oder Erosion der Ventilsitze 1a und 1b verzögert und eine Beeinträchtigung der Leckbeständigkeit verhindert.
In den Ausführungsformen 1 und 2 wurde eine Legierung auf Ni-Basis mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Einlagenmaterial verwendet. Es ist stattdessen auch möglich, ein Material auf Fe-Basis oder Co-Basis mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu verwenden. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Einlagenmaterial Cr enthält, welches die Korrosionsbeständigkeit verbessert, wie in Ausführungsform 2 dargestellt ist. Dies ermöglicht es, die Korrosionsbeständigkeit des verbundenen Abschnitts, insbesondere die Korrosionsbeständigkeit des verbundenen Abschnitts in der Dampfatmosphäre mit einer höheren Temperatur aufrechtzuerhalten und das Verbinden mit einem großen Anteil an gelöstem Sauerstoff auszuführen.
3 zeigt ein Beispiel des Rohrleitungs-Systemdiagramms des Kernkraftwerks, bei dem das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung in den Einrichtungen eines Primärkühlmittel-Rückführsystems verwendet wird.
In den Rohrleitungen der Einrichtung eines Primärkühlmittel-Rückführsystems ist eine große Anzahl von Ventilen gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden, welche nicht dargestellt sind.
In dem Kernkraftwerk wird das Kühlmittel durch den Druckbehälter 14 des Kernreaktors erwärmt und so in Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck verwandelt und durch eine Hauptdampfleitung 15 in die Hochdruckturbine 18 geleitet. Der von der Hochdruckturbine 18 abgegebene Dampf wird dann zur Niederdruckturbine 19 geleitet, um einen Generator 20 anzutreiben. Nachdem er den Hauptkondensator 10 durchlaufen hat, wird der von der Hochdruckturbine 18 und der Niederdruckturbine 19 abgegebene Dampf durch das mit vielen Ventilen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstete Speisewasser-Ventilsystem 6 geführt, so dass er durch die Speisewasserpumpe 30 und eine Hochdruck-Speisewasserheizung 31 sowie durch die Speisewasserleitung 9 hindurchtritt. Er wird dann im Druckbehälter 14 des Kernreaktors kondensiert.
Nachstehend werden die anderen Bezugszahlen in 3 angegeben: Eine Bezugszahl 5 bezeichnet einen Wärmetauscher des Kühlmittel-Reinigungssystems, 7 eine Speisewasserheizung, 8 eine Rückführsystem-Rohrleitung, 10 einen Hauptkondensator, 11 einen SLC-Tank für ein Borsäure-Sprühsystem, 12 eine SLC-Pumpe, 13 einen Brennstoff-Aufnahmebehälter, 16 eine Speisewasserleitung und 17 einen Feuchtigkeitsanalysator, 21 einen Haupttransformator, 22 einen Schornstein, 23 ein Abgas-Entsorgungssystem, 24 einen Luftausstoßer, 25 eine Niederdruck-Kondensatpumpe, 27 einen Kondensatspeichertank, 28 einen Kondensatfilter, 29 einen Kondensatdemineralisierer (CD), 32 ein Steuerstangen-Antriebssystem, 33 und 36 einen Wärmetauscher, 34 eine Filterdemineralisierungseinrichtung, 35 ein Reaktorkernisolations-Kühlsystem und 36 eine Hochdruck-Kondensationspumpe.
Die vorliegende Erfindung ist wirksam, die Nutzungsdauer der Vorrichtung und des Ventils in dem Kernkraftwerk zu verlängern.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verringert die Beeinträchtigung des Leckwiderstands, der Steuerbarkeit und der Betriebsleistung, wenn es auf den Gleitabschnitt der Ventilsitze des Sicherheitsventils und des Kugelventils zusätzlich zum Absperrventil und zum Rückschlagventil angewendet wird.
Die kombinierte Verwendung der vorstehend erwähnten Ventile reduziert die Korrosion oder Erosion an den Gleitabschnitten der Ventilsitze und anderer Teile der Ventile, die durch den Einfluss gelösten Sauerstoffs infolge des Einleitens von Wasserstoffperoxid zur Wasserqualitätsregelung in Kraftwerkseinrichtungen in der Art von Turbinengeneratoreinrichtungen hervorgerufen wird. Hierdurch wird die Sicherheit der Kraftwerkseinrichtungen in der Art von Turbinengeneratoreinrichtungen wirksam verbessert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere bei Kernkraftwerken das Verringern der Korrosion und der Ausscheidung von eutektischem Carbid der Legierung auf Kobaltbasis am Gleitabschnitt, der in Kontakt mit Reaktorwasser steht, und am Ventilsitz, am Gehäuse oder ähnlichen Teilen des Ventils in Systemeinrichtungen zur Zufuhr von Kühlmittel in den Reaktor und das Verringern der begleitenden Abgabe und Diffusion von Kobalt des eutektischen Carbids in das System. Das Kernkraftwerk ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, die Ausscheidung des Basismetalls der Gussstruktur zu verringern, das hauptsächlich aus Kobalt besteht, wobei die Erosionsbeständigkeit durch die Korrosion und Ausscheidung von eutektischem Carbid beeinträchtigt ist.

Claims

Ventil mit einem Ventilelement und einem Ventilkörper, wobei jedes dieser Teile einen Ventilsitzabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche mindestens eines der Ventilsitzabschnitte aus einem aus Cobalt-, Nickel- und Eisenlegierungen ausgewählten Material besteht, das ein nicht-zusammenhängendes körniges oder stückiges Carbid mit einer Teilchengröße nicht über 30 μm in der Matrix enthält.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die Cobalt-, Nickel- oder Eisenlegierung mit dem Grundmetall des Ventilsitzes verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 2, wobei die Legierung mit dem Grundmetall des Ventilsitzes durch Diffusionskontaktierung verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 3, wobei die Legierung mit dem Grundmetall des Ventilsitzes durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Ventils, das ein Ventilelement und einen Ventilkörper mit jeweils einem Ventilsitzabschnitt aufweist, wobei eine ein eutektisches Carbid in Netzwerkstruktur enthaltende Cobalt-, Nickel- oder Eisenlegierung einer plastischen Verformung unterworfen wird, um ein in der Matrix verteiltes nicht-zusammenhängendes körniges oder stückiges eutektisches Carbid mit einer Teilchengröße nicht über 30 μm zu erhalten, und eine Folie aus der Legierung mit der Oberfläche eines der Ventilsitzabschnitte verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach Anspruch 5, wobei die Legierungsfolie mit dem Ventilsitzabschnitt durch transiente Flüssigphasen-Diffusionskontaktierung verbunden wird.
Kraftwerk mit einem Rückführsystem, in dem Dampf oder Heißwasser rückgeführt wird, wobei das Rückführsystem ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Kernkraftwerk mit einem Rückführsystem, in dem das Kühlmittel eines Kernreaktors rückgeführt wird, wobei das Rückführsystem ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.