【登録日】
2008/02/08
【更新日】
2008/04/07

基本情報

通番 9322 報告書番号 2007-関西-T008
情報区分

トラブル情報

報告書状態 最終報告
事象発生日時 2007年 09月 25日 09時 30分 事象発生日時(補足) 工認板厚を満足しないと判断
会社名 関西電力株式会社 発電所 美浜発電所2号
件名 A−蒸気発生器1次冷却材入口管台溶接部での傷の確認について
国への法令報告根拠 実用炉規則19条の17 国際原子力
事象評価尺度(INES)
0−

発生箇所および発生時の状況

事象発生時の状況  美浜発電所2号機は、平成19年7月20日からの第24回定期検査中、国内外プラントでの応力腐食割れ事象を踏まえ、予防保全として溶接部表面の残留応力を低減させるため、600系ニッケル基合金が使用されている蒸気発生器(以下、S/Gという)の1次冷却材出入口管台溶接部(計4箇所)についてショットピーニング*1工事を実施する予定であり、工事実施前の管台溶接部の表面状態の確認のため、S/Gの管台溶接部表面に
ついて渦流探傷試験*2(以下、ECTという)を実施したところ、A−S/G入口管台溶接部で有意な信号指示が13箇所認められるとともに、同試験で有意な信号指示が認められた部位の目視点検を実施したところ、1箇所で傷を確認した。なお、A−S/Gの出口管台およびB−S/Gの出入口管台については、有意な信号指示は認められなかった。
 ECTで有意な信号指示が認められた箇所については、浸透探傷試験*3(以下、PTという)の結果においても有意な浸透指示模様(最大長さ:約17mm)を確認した。さらに、超音波探傷試験*4(以下、UTという)を実施した結果、傷の深さは最大で約13mm(最大長さの指示の箇所)と評価され、当該部位の板厚(約68mm)が、電気事業法に基づく工事計画認可申請書に記載の75mmを下回ると評価した。

*1:ショットピーニング
小さい金属玉を溶接部表面に当てることにより、溶接部表面の残留応力を低減させる手法
*2:渦流探傷試験
材料表面に渦電流を流して、材料に発生する電磁誘導の変化から試験対象の傷を検出する方法
*3:浸透探傷試験
試験体表面に開口している傷を目で見やすくするため、可視染料の入った高浸透性の液を浸透させた後、余分な浸透液を除去し、現像剤により浸透指示模様として観察する方法
*4:超音波探傷試験
超音波が物体中を伝搬し、欠陥など不連続部で反射する性質を利用して、物体内部の欠陥を検出する方法

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事象発生箇所
【設備】  原子炉冷却系統設備  【系統】  一次冷却系
【機器1】 熱交換器・冷却器装置>蒸気発生器  【部品1】 その他(入口管台及びセーフエンド部)

原因

原因調査の概要 (1)スンプ*5、エッチング*6観察結果
【溶接部】
 A−S/G入口管台溶接部で有意な信号指示が認められた13箇所のうち、溶接部で確認され、かつ、最も深いと評価されたNo.4指示部について、スンプおよびエッチングによる金属組織観察を実施した結果は、以下のとおり。
・周溶接部およびバタリング部に割れが認められ、セーフエンド部やステンレスオーバーレイ部には達していなかった。また、割れは軸方向に
約3〜5mmの長さを有する複数の割れが集まったもので、全体の長さは約17mm、最大開口幅は約30μmであった。
・割れは、デンドライト(溶融した金属が固まる際にできる柱状の結晶)境界に沿った割れであった。
・バタリング部では、溶接金属を3層確認した。また、周溶接部ではTIG溶接の溶接金属2ビードを確認した。なお、バタリング部および周溶接部に明確な手直し溶接の痕跡は認められなかった。
・延性割れ、疲労割れおよび腐食は確認されなかった。また、ブローホール等の溶接欠陥でないことを確認した。

【セーフエンド部】
 A−S/G入口管台溶接部で有意な信号指示が認められた13箇所のうち、セーフエンド部で確認されたNo.13指示部について、スンプおよびエッチングによる金属組織観察を実施した結果、周溶接部とセーフエンド部の境界から約3mm離れたセーフエンド部(SUS316母材)側に割れが認められ、枝分かれを伴う複数の粒界に沿った割れであった。

*5:スンプ
 損傷部の表面にフィルム等を貼り付け写し取り、これを顕微鏡で観察。金属サンプルを切り出すのと同様に、損傷部の金属組織の調査が可能。
*6:エッチング
 金属組織を光学顕微鏡等によって観察するために、研磨した試験表面をしゅう酸水溶液等によって腐食処理すること。この処理によって研磨工程で生じた表面変質層が除かれ、組織が出現。

(2)実機切断調査
【溶接部】
a.外観観察
 割れについて外観観察およびレプリカ観察を実施した結果は以下のとおりであった。
・No.4割れは、表面で長さ約17mmに渡って軸方向の複数の割れから構成されていた。また、割れはステンレスオーバーレイ側には、達していなかった。なお、No.4割れ周辺は、現地でのスンプ前にバフ施工を行ったため、表面は鏡面までの研磨が施された状態であった。
・No.6割れは、表面長さ約2.5mmと約2mmの2つの微小な軸方向の割れから構成されていた。また、No.6割れ周辺には、周方向に幅約0.4mmの等間隔な機械加工跡が認められた。
・No.10の割れは、表面長さ約2.6mmと約2.0mmの2つの微小な軸方向の割れから構成されていた。No.10割れ周辺は、他のスンプ調査のためのバフ施工により、表面は鏡面までの研磨が施された状態であった。
・No.21の割れは、表面長さ約2.6mmと約1.3mmの2つの微小な軸方向の割れから構成されていた。また、No.21割れ周辺には、周方向に幅約0.4mmの等間隔な機械加工跡が認められた。
・溶接金属一般部においても周方向に幅約0.4mmの等間隔な機械加工跡が認められた。
・割れ部および一般部ともに製作時の手直し溶接やバフによる施工跡は認められなかった。

b.破面観察
 割れを開口させ、破面の外観観察、SEM(走査型電子顕微鏡)観察、断面ミクロ観察を実施した結果は以下のとおりであった。なお、No.4割れについては、現地でのスンプ前にバフ施工を実施しており、破面のごく表層部の状況は確認できなかった。
・No.4割れは、表面長さ約17mmに渡って複数の割れから構成されており、最大深さ約11.5mmであり、バタリング部および周溶接部をほぼ横断し、デンドライト境界に沿って進展していた。なお、低合金鋼およびステンレスオーバーレイ側には進展していなかった。セーフエンド部(SUS316母材)側については、破面開放のために導入したノッチのため確認できなかった。破面SEM観察の結果、バタリング部および周溶接部においてデンドライト境界に沿った破面が認められた。
・No.6割れは、表面長さ約2.5mmで最大深さ約3mm、表面長さ約2mmで最大深さ約2.5mmの2つの割れであり、周溶接部のデンドライト境界に沿って進展していた。なお、セーフエンド部(SUS316母材)側には進展していなかった。破面SEM観察の結果、No.4と同様に、周溶接部においてデンドライト境界に沿った破面が認められた。
・No.10およびNo.21割れは、強制開放が困難なため、複数断面について断面ミクロ観察を実施した結果、最大深さは各々約1.8mm、約0.47mmで、デンドライト境界に沿った破面が認められた。
・断面ミクロ観察の結果、溶接部(一般部)のごく表層部に機械加工の影響によると思われる変形した組織が認められた。

c.付着物分析
 主元素は溶接金属成分(Ni,Cr,Fe等)であり、塩素等の有害な元素は認められなかった。

d.残留応力測定
 X線残留応力測定により、バタリング部および周溶接部の表層部について残留応力測定を実施した結果、バタリング部で約280MPa(周方向)、約73MPa(軸方向)の引張りの残留応力であった。一方、周溶接部では約482MPa(周方向)、約346MPa(軸方向)の引張りの残留応力であった。

e.硬さ測定
 硬さ測定を実施した結果、表層部から深さ約0.1mmの範囲では硬さの上昇(周溶接部:最大約400Hv、バタリング部:最大約470Hv)が認められた。これは機械加工の影響によるものと考えられる。

f.化学成分分析
 周溶接部、バタリング部ともにミルシートと同等の成分であった。

【セーフエンド部】
a.外観観察・PT
 割れについて外観観察およびレプリカ観察を実施した結果は以下のとおりであった。
・No.13割れは、主に表面長さ約3mmと約4mmの2つの割れから構成されており、軸および周方向に向いた割れであった。また、No.13割れの周辺は、現地でのスンプ前にバフ施工を行ったため、表面は鏡面までの研磨が施された状態であった。
・No.27割れは、表面で長さ約3mmに渡る軸および周方向の複数の割れであった。また、No.27割れの周辺は、No.13と同様に、表面は鏡面までの研磨が施された状態であった。
・セーフエンド部の割れは、いずれも溶接部境界から3mm〜7mmの範囲に認められ、その他の領域には認められなかった。
・周方向に等間隔の機械加工跡が認められた。
・割れ部および一般部ともに製作時の手直し溶接やバフによる施工跡は認められなかった。

b.破面観察
 割れを開口させ、破面の外観観察、SEM(走査型電子顕微鏡)観察、断面ミクロ観察を実施した結果は以下のとおりであった。なお、現地でのスンプ前にバフ施工を実施しており、破面のごく表層部の状況は確認できなかった。
・No.13割れは、主に2つの微小な割れからなり、表面長さ約3mmの割れは最大深さ約0.9mm、表面長さ約4mmの割れは最大深さ約0.7mmであった。また、破面SEM観察の結果、オーステナイト結晶粒界*7に沿った破面が認められた。
・No.27割れは、表面長さ約3mm、最大深さ約0.3mmであった。また、破面SEM観察の結果、No.13と同様にオーステナイト結晶粒界に沿った破面が認められた。
・断面ミクロ観察の結果、セーフエンド一般部のごく表層部に機械加工の影響によると思われる変形した組織とすべり線が認められた。

*7:オーステナイト結晶粒界
SUS316に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼が持つハチの巣のような形をした結晶粒同士の境をいう。

c.付着物分析
 主元素はセーフエンド母材成分(Fe、Cr、Ni等)であり、塩素等の有害な元素は認められなかった。

d.残留応力測定
 X線残留応力測定により、セーフエンド部(SUS316母材)は深さ約0.2mmまで残留応力測定を実施した結果、表層部で約571MPa(周方向)、約356MPa(軸方向)であり、深さ約0.1mmからは圧縮の残留応力であった。

e.硬さ測定
 硬さ測定を実施した結果、表面近傍(表面から約0.02mm)は、最大約450Hvであり、内面(約250Hv)に比べ硬さが顕著に上昇していた。また、有意な硬さの上昇が認められた領域は、溶接部と同様に、表面から約0.1mmであった。

f.化学成分分析
 ミルシートと同等の成分であった。

g.鋭敏化測定
 セーフエンド部(SUS316母材)について、一般部、No.13割れ近傍、No.27割れ近傍についてEPR(電気化学的再活性法)分析による鋭敏化度測定を実施した結果、EPR値は検出限界以下であり、鋭敏化の兆候は認められなかった。また、TEM(透過型電子顕微鏡)/EDS分析結果からも鋭敏化の兆候(Cr濃度の低下)は認められなかった。

(3)製造・運転履歴調査結果
a.製造履歴調査
 当該S/Gは、平成3年10月〜平成6年2月に製作され、平成6年2月〜平成6年3月に現地据付けされていたことから、当時の工事、検査記録および関係者への聞き取りにより製造履歴を調査した。
 この結果、当該管台の製作手順に特異性は認められず、溶接士も十分な経験を有しており、記録および聞き取りから溶接の手直しはなかったと考えられる。なお、セーフエンド部を周溶接した後、内面の機械加工を実施しており、作業員によって加工条件が若干異なると考えられることから当時の作業員に聞き取りした結果、特異な点はなく通常の加工を実施していたものと考えられる。表面機械加工後のバフ施工については実施したか否かは確認できなかった。

b.運転履歴調査
 当該溶接部は、第14回定期検査(平成6年9月26日並列)時のS/G取替工事の際に施工されており、第24回定期検査(平成19年7月20日解列)までの運転履歴を調査した結果は、以下のとおり。
1)1次冷却材温度・圧力
 この期間中に発生した事象としては、原子炉手動停止事象2件、自動停止事象1件、出力抑制事象2件以外に過渡変化を伴う事象は認められなかった。また、これら過渡変化時とも、異常な温度・圧力変化を示していないことを確認(平成6年9月〜平成10年3月までの期間は運転日誌により確認)した。
2)水質管理状況
 この期間中の水質は保安規定を満足しており、塩素等の有害な元素についても管理されていることを確認した。

(4)機械加工モックアップ試験
 セーフエンド部を周溶接した後、内面の機械加工が実施されており、硬さ上昇および高残留応力発生の原因となり得ることから、モックアップ試験を実施した。モックアップ供試体には、実機と実寸大のSUS316L製円筒の内面に周方向の600系ニッケル基合金の肉盛溶接を行なった後、聞き取り結果を踏まえた加工条件で機械加工を実施し、表面状態観察、硬さ測定および残留応力測定を実施した。
a.表面状態観察
 機械加工後の表面はバイトによる周方向に等間隔な機械加工跡が確認され、実機で観察されたものと同様であった。なお、簡単なバフ施工を実施すると機械加工跡は消失することが確認された。

b.硬さ測定
【溶接部】
 表層部の硬さは約280〜430Hvであり、初期値240Hvに比べ硬さが上昇していた。これらの結果は、実機の硬さ測定結果(395Hv)と同じオーダーであった。
【セーフエンド部】
 表層部の硬さは約300〜400Hv程度であり、初期値180Hvに比べ硬さが上昇していた。これらの結果は、実機の硬さ測定結果(368Hv)と同じオーダーであった。

c.残留応力測定
【溶接部】
 表面の残留応力は、溶接部で最大約600 MPa(周方向)および約580 MPa(軸方向)であった。
 なお、標準的なバフ施工により、圧縮応力(約−153MPa(周方向)、約−482MPa(軸方向))となった。
【セーフエンド部】
 表面の残留応力は、SUS316L部で最大約310 MPa(周方向)および約360MPa(軸方向)であった。
 なお、標準的なバフ施工により、ほぼ圧縮応力(約4MPa(周方向)、約−226MPa(軸方向))となった。

(5)文献調査
【溶接部】
 600系ニッケル基合金溶接部の割れに関する文献調査を行なった結果、類似部位での損傷事例としては、原子炉容器出口管台溶接部において米国V.C.Summer発電所での漏洩(2000年10月発見)、スウェーデンRinghals3、4号機でのUT指示(2000年8月、2000年9月発見)が報告されている。また、加圧器管台において敦賀2号機での漏洩(加圧器逃がし弁用管台漏洩、安全弁用管台UT指示;2003年9月発見)が報告されている。割れはいずれも軸方向割れであり、V.C.Summerと敦賀2号機の調査では、割れは溶接金属内を進展し、低合金鋼との境界、セーフエンドとの境界でほぼ停止していた。これらの原因は、いずれも補修溶接を行なったことによる高残留応力により発生した応力腐食割れ(以下「PWSCC」という)と推定されている。
 また、600系ニッケル基合金溶接部のPWSCCの発生に関しては、360℃温度加速SCC定荷重試験が実施されており、応力300MPa以上でPWSCCが発生するとされている。
【セーフエンド部】
 セーフエンド部(SUS316母材)の割れに関する文献調査を行なった結果、PWR1次系水質環境は、溶存酸素および塩化物イオン濃度が低く管理されており、鋭敏化したステンレス鋼であってもSCC発生の可能性は小さいものと考えられている。
 一方、BWRプラントでは、シュラウド、再循環配管において溶接と機械加工により表層部の加工層(残留応力:約600MPa以上、硬さ:約300Hv以上)で粒内割れが発生し、これに起因した粒界割れの発生と進展が認められている。
 PWR環境下で冷間加工された非鋭敏化ステンレス鋼に対し、SCC発生と進展の研究が進められているところであり、現状SCCの発生は確認されていないが、進展についてはCT試験片(予き裂付与)を用いた試験結果から、硬さの上昇とともに進展速度が増加することがわかっている。このことから、PWR環境下で冷間加工された非鋭敏化ステンレス鋼は、SCC感受性を有しているものと考えられる。なお、進展速度は、高酸素濃度環境下(BWR環境相当)に比べ低酸素濃度環境下(PWR環境相当)では低いと評価されている。

(6)その他の損傷形態
 延性割れ、疲労割れ、腐食の可能性についても調査したが、使用環境条件、使用材料等に異常はなく、これらが原因とは考えられない。
 製作時や定期検査中のスクラッチについても記録や実機調査結果から原因とは考えられない。また製作時の溶接不良や溶接欠陥についても、記録や実機調査結果から原因となるものは認められなかった。

(7)調査結果のまとめ
【溶接部】
・600系ニッケル基合金溶接部の割れについては、デンドライト境界に沿った粒界割れであり、PWSCCの様相を呈していることが確認された。
・600系ニッケル基合金溶接部内表面において、製造時の機械加工跡が確認され、また、PWSCCの発生のしきい値である約300MPaを超える残留応力が確認された。
・製造時の補修溶接がないこと、特異な製造履歴・運転履歴がないこと、有害な元素がないことを確認した。
【セーフエンド部】
・セーフエンド部(SUS316母材)の割れは、非常に軽微な粒界割れであり、溶接部境界近傍にのみ認められた。(割れ発生の起点は確認できなかった。)
・内表面から深さ約0.1mmの範囲で、機械加工の影響と考えられる硬さの顕著な上昇が認められ、また、高い引張残留応力が認められた。
・製造時の補修溶接がないこと、特異な製造履歴・運転履歴がないこと、有害な元素がないことを確認した。

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事象の原因 【溶接部】
 割れの起点は確認できていないが、取替用S/Gの製作時、600系ニッケル基合金溶接部に機械加工を行ったことにより、内面のごく表層部において高い残留応力が発生し、その高い応力によるPWSCCが発生したものと推定される。また、発生した割れは、運転中応力等により進展したものと推定される。

【セーフエンド部】
 取替用S/Gの製作時、入口管台とセーフエンドを600系ニッケル基合金溶接で溶接した後、機械加工を行ったことにより、硬さが上昇するとともにセーフエンド溶接近傍の内面のごく表層部において高い残留応力が発生した。
 割れの起点は確認できていないが、溶接部近傍において運転中応力等により粒界割れが進展したものと推定される。
原因分類 設備不備>製作不完全
事象の種別 時間依存性のある劣化事象
火災に該当しない事象

再発防止対策

再発防止対策 【溶接部】
切出した当該部については、より耐食性に優れた690系ニッケル基合金溶接により復旧する。なお、念のため当該部の残留応力を低減するためバフ仕上げを実施する。
【セーフエンド部】
セーフエンド部(SUS316母材)は新品に取替えバフ仕上げを行う。なお、セーフエンド部(SUS316母材)の割れ発生に関する研究を行い、知見の拡充を図っていく。
水平展開の検討 水平展開状況

参考資料

添付資料
プレスリリース

プラント状況

発生時運転モード その他 発生前の電気出力 0[MW]
発見の方法 作業・点検
発電所への影響 停止期間延長
発電停止時間

分析用情報

外部への放射能の影響 なし
保安規定違反 なし
検査指摘事項の
深刻度(SL)判定結果
運転上の
制限外への移行
なし
自動で作動した安全系 なし 手動で作動した安全系 なし

関連情報

同発電所で発生した
同様事例
その他