【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、圧力容器のフランジ一体型鏡板及びその製造方法並びにそのブランク材に係り、大型圧力容器のクローズヘッド、ボトムヘッドに利用される。 【０００２】 【従来の技術】鋼製圧力容器は、数個の円筒状部材（シェル）を溶接等の手段により連結して接合した長尺円筒胴の両端部にクローズヘッドアッセンブリ（トップドーム、トップトーラス、ヘッドフランジ）およびボトムアッセンブリ（ボトムドーム、ボトムトーラス）を備えており、例えば、特公昭５６−２６５２６号公報、特公昭５７−５０５８１号公報、特公昭６２−５６９８号公報には、トップドーム（ボトムドームを含み、一般に鏡板といわれる）の製造方法が提案されている。 【０００３】これら従来技術はいずれもドームの製造方法であって、該ドームにトーラスおよびフランジをそれぞれ溶接により接合していた。 このようにドームにトーラスおよびフランジを溶接で接合したのでは、構造上の信頼性がなく又製作コストも高くなるし、設置後の溶接部の定期検査が必要である。 【０００４】例えば、原子炉用鋼製圧力容器のように特に高い安全性が必要とされる場合には、運転中においても定期的に溶接部の監視をする必要があった。 ドームとトーラスおよびフランジを一体に成形することができれば、前記溶接部がなくなり有利となることから、図１６
に示すプレス成形装置を用いてフランジ一体型のドーム（鏡板）を製作した。 【０００５】図１６において、１は鋼塊から円板を鍛造し、プレス成形等をしたブランク材であり、フランジ部の最大肉厚（内周曲面から法線方向に最大であるフランジ角部がなくなり有利となることから、図１６に示すプレス成形装置を用いてフランジ一体型のドーム（鏡板）
を製作した。 図１６において、１は鋼塊から円板を鍛造し、プレス成形等をしたブランク材であり、フランジ部の最大肉厚（内周曲面から法線方向に最大であるフランジ角部までの距離）を有する板厚の素材である。 ２はプレス装置の雄型（ポンチ）、３はプレス装置の雌型である。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】図１６に示すブランク材１を熱間成形温度まで加熱した状態で曲げ成形（プレス成形）したのでは、次のような課題がある。 ；ブランク材の板厚が過大となり曲げ成形するには巨大な押込力を必要とし、極めて大きな容量のプレス装置を必要とし、現実的には不可能であった。 ；ブランク材の板厚が過大であることから、最終製品形状に対する材料歩留りが極めて悪くプレス後の切削時間が過大となって経済的でない。 ；曲げ成形するとき、スプリングバック現象が発生する。 ；ブランク材の円周部に増肉部１Ａを形成してプレス成形したとしても、フランジ角部が欠肉となって、目的とするフランジ一体型の鏡板とはならない。 ；フランジ一体型の鏡板を製造する場合、焼入れ、焼戻しの熱処理を施すことによって所定の機械的性質を確保することになるが、フランジ部と鏡板部とではフランジ部が厚肉で鏡板部が薄肉でその肉厚差が大きいため水冷、焼入れ時の冷却速度に差が生じ、これが均質な鏡板を得る障害となっていた。 【０００７】そこで本発明は、ブランク材の形状に細工をすることによって、大容量のプレス装置を用いなくとも、又、板厚過大なブランク材でなくともフランジ一体型鏡板を製造する方法を提供することが第１の目的である。 また本発明は、Ｃ量偏析を利用して、すなわち、フランジと円板（ドーム部）とのＣ量（炭素量）をフランジでは高Ｃ量とし円板では低Ｃ量とすることによって全体に亘って機械的性質が均一なフランジ一体型鏡板およびブランク材を提供する事が第２の目的である。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の第１の目的を達成するために、次の技術的手段を講じている。 すなわち、請求項１に係る本発明の製造方法は、円板全周にわたるフランジで取囲まれた凹部を有し、該凹部の円板中心から径外方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面により外周増肉部を形成し、該外周増肉部を介して前記フランジに連接した形状のブランク材を作り、該ブランク材をプレス装置の下型又はダイスに装着するとき、該下型又はダイスの開口部内に前記外周増肉部を装着し、その後、プレス装置の上型を前記凹部の有底面に押込んで熱間成形温度でドーム部とフランジ部とを一体に成形することを特徴とするものである。 【０００９】また、請求項２に係る本発明のブランク材は、円板全周にわたるフランジで取囲まれた凹部を有し、該凹部の円板中心から径外方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面により外周増肉部を形成し、該外周増肉部を介して前記フランジに連接した形状とされていることを特徴とするものである。 請求項２に係るブランク材において、凹部の有底面又はフランジと反対面あるいは両面にテーパー面が形成されて外周増肉部を備えることができる（請求項３）。 【００１０】更に、請求項４に係る本発明の製造方法は、円板の少なくとも一面が円板中心から径外方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面とされており、該テーパー面に連接して断面クサビ形の増肉部を有する形状のブランク材を作り、該ブランク材をプレス装置の下型又はダイスに装着するとき、該下型又はダイスの開口部内に前記増肉部を装着し、その後、プレス装置の上型を前記円板に押込んで熱間成形温度でドーム部とフランジ部とを一体に成形することを特徴とするものである。 【００１１】また、請求項５に係る本発明のブランク材は、円板の少なくとも一面が円板中心から径外方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面とされており、該テーパー面に連接して断面クサビ形の増肉部を円板外周に有する形状とされていることを特徴とするものである。 請求項５に係るブランク材において、円板の一面を平坦面、他面をテーパー面又は円板の両面をテーパー面に形成して円板外周に断面クサビ形の増肉部とすることができる（請求項６，７）。 【００１２】更に、請求項８に係る本発明のフランジ一体型鏡板は、前述の第２の目的を達成するために、ドーム部とフランジ部とを一体に成形した圧力容器のフランジ一体型鏡板であって、前記ドーム部とフランジ部とのＣ量（炭素量）は、ドーム部が低Ｃ量でフランジ部が高Ｃ量とされていることを特徴とするものであり、また、
請求項９に係る本発明のブランク材は、円板全周にわたるフランジ又は断面クサビ形の増肉部で取囲まれた凹部を有するブランク材において、凹部とフランジ又は増肉部とのＣ量は、凹部が低Ｃ量でフランジ又は増肉部が高Ｃ量とされていることを特徴とするものである。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 図１（Ａ）（Ｂ）は請求項１
に係る製造方法の工程を示しており、図２（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）は請求項２に係るブランク材、すなわち、請求項１に係る製造方法に用いるブランク材を示している。 【００１４】図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において、ブランク材１０は、円板全周にわたるフランジ１１で取囲まれた凹部１２を有し、該凹部１２の有底部１２Ａは平坦面とされており、フランジ内周部１２Ｂは抜き勾配とされ、該凹部１２の円板中心０から径方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面１３が前記フランジ１１と反対面に形成されており、該テーパー面１３の外周増肉部１４を介して前記フランジ１１に連接した形状とされている。 【００１５】このブランク材１０は、円柱状の鋼塊を寸断してから軸方向に圧縮（鍛造）することにより厚肉円板を作成する。 場合によっては、圧縮と鍛伸を繰返して充分な鍛錬加工を行うことで厚肉円板を作成する。 この厚肉円板をプレス成形（自由鍛造）することで図２
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した既述のブランク材１０が作成される。 【００１６】プレス力量が充分であれば１回の押込みで凹部１２等を成形できるが、１回の押込みでは困難なときには、数回の押込みを行う。 このようにして鍛造を終えた素材は充分な熱処理を施すことにより、素材の時点で完成品、すなわち、圧力容器の鏡板に要求される機械的性質を具有させておくことが望ましく、その後、必要に応じて全面あるいは部分的に機械加工を行うことによって、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示したブランク材１０
を作成する。 【００１７】このブランク材１０は、熱間成形温度、例えば７００〜１２００℃の温度まで加熱し、図１（Ａ）
（Ｂ）に示すように、プレス装置のダイス１６に装着されて半球状のポンチで示している上型１５を押圧することで成形される。 前記ブランク材１０をプレス装置のダイス１６に装着するとき、該ダイス１６の開口部内に前記外周増肉部１４を臨入してフランジ１１をダイス１６
に載置し、円板中心０をダイス中心として装着し、その後、プレス装置の上型１５を前記凹部１２の有底面１２
Ａに押込んで熱間成形温度でドーム部とフランジ部とを一体に成形するのである。 【００１８】ここで、凹部１２の有底面１２Ａは、これを上型１５で軸心方向（垂直方向）に押込んで成形すると鏡板１７のドーム部１７Ａに相当する部位であり、増肉部１４は同じくトーラス部１７Ｂに相当する部位であり、更にフランジ１１は同じくフランジ部１７Ｃに相当する部位であって、凹部１２の有底面（部）１２Ａが各部を減肉する膨出加工（曲げ成形）となり、その中心０
を薄肉とし径外方向全面に亘って徐々に増肉するテーパー面１３と形成することにより、上型１５との接触でデッドメタルとなって膨出加工するとき周囲を引き伸ばす（伸展する）際に増肉部１４によって欠肉することなく破断を防止するのである。 【００１９】また、上型１５は略部分球状の形状をしておりその直径はドーム部１７Ａの内径よりも小さいことから上型１５と有底面１２Ａとの接触面積は小さくかつしごき加工が実質的になく周囲を図１（Ｂ）の矢符Ｆ１
のように法線方向に均等に伸展することで足りることからプレス力量Ｆは小さくとも充分に成形可能となるのである。 【００２０】なお、図２に示したブランク材１０はそのフランジ１１を完全に予備成形したものであるが、該フランジ１１の寸法は鏡板１７のフランジ１７Ｃに若干の余肉を付加したものにすることが望ましい。 また、曲げ加工された鏡板１７はプレス装置から取り出され、必要な加工（例えばフランジ１７Ｃにボルト挿通孔の形成等）されて完全品となる。 【００２１】図３（Ａ）（Ｂ）はプレス装置の成形手段をダイス１６を有する雌型（下型）１６Ａを採用した実施形態であって、ブランク材１０の形状は図２のそれと同一であり、共通する部分は共通符号で示しており、雌型１６Ａはこれがリング形であって図示の如く分割型としその型面１６Ｂはドーム部１７Ａの外周面形状に沿う曲面とされている。 【００２２】図４（Ａ）（Ｂ）は請求項４および請求項５に対する実施形態であって、ブランク材１０の形状が相違するものである。 すなわち、ブランク材１０は、円板の一面が平坦面１２Ａで、円板の他面が円板中心から径外方向全面にわたって徐々に増肉したテーパー面１３
とされており、該テーパー面１３に連接して断面クサビ形の増肉部１４を円板外周に有する形状とされていて該増肉部１４で取囲まれた凹部１２がダイス１６側に形成されている。 【００２３】すなわち、図４（Ａ）（Ｂ）で示したブランク材１０は断面クサビ形の増肉部１４が鏡板１７のトーラス１７Ｂおよびフランジ１７Ｃに相当する部位であって、その形状は型入れした後の製品開口側端面が内・
外周半径の中心に対して５〜２０°の角度θでフランジ１７Ｃ外周面が垂直θ１となるような角度θだけ勾配を有する（軸対称中心線上でこの中心（ドーム部中心）と開口端面位置との差は所謂カットバックと呼ばれる寸法である）。 【００２４】なお、角度θは要求される製品の最終形状等によって変化することがある。 この図４（Ａ）（Ｂ）
に示したブランク材１０は、図２で示したブランク材１
０に比べて余材は若干多くなるけれども素材据込みが浅く素材の歩留りがよくなるのである。 而して、図４
（Ａ）で示すようにブランク材１０を、プレス装置の下型１６Ａ又はダイス１６に装着するとき、該下型１６Ａ
又はダイス１６の開口部内に前記増肉部１４を臨入して装着し、その後、プレス装置の上型１５を前記円板の平坦面１２Ａに押込んで熱間成形温度でドーム部とフランジ部とを一体に成形するのである。 【００２５】なお、以上の２つの実施形態においてブランク材１０の材質はＳＡ−５０８，クラス２又はクラス３、すなわちマンガン・モリブデン鋼を採用することが、特に、原子炉の圧力容器のときに有効である。 また、以上の各実施形態においてプレス装置は縦形プレスを例示しているが、これは横形プレス装置であってもよく、このときは上型は雄型、下型は雌型となることはいうまでもない。 【００２６】更に、ブランク材の形状で円板とは真円板だけを意味するものではなく楕円等をも意味しており、
また、鏡板はノズル付を示していないが勿論ノズル付も対象とできる。 【００２７】 【実施例】材質は代表的な原子炉材料であるＡＳＭＥセクションIIＳＡ５０８、クラス３（相当ＪＩＳ，ＳＦＶ
Ｑ２Ａ）を成分とする重量が３００トンの鋼塊から鍛造によって外径５０００ｍｍで厚さ１６００ｍｍの厚肉円板を作成した。 この厚肉円板から１２００℃から８００
℃の温度域で自由鍛造し、中央部に内径３５００ｍｍの凹部を、自由鍛造用ポンチを押込み、打上げ焼鈍および焼入、焼戻し等の熱処理を施し機械加工してフランジ１
１の高さ１５００ｍｍ、凹部１２の深さ８７０ｍｍ、凹部１２の内径４０５０ｍｍのブランク材１０を作成した。 【００２８】このブランク材１０を１２００℃〜１１０
０℃の熱間成形温度域間に加熱してから、プレス装置の下型に装着してから上型による押込み加工を実施した（押込み力１１０００トン、押込み深さ１４００ｍｍ、
押込み所要時間２０分。 押込み加工（曲げ加工）された鏡板はトーラス部で欠肉となることなく、ドーム部とフランジ部とを一体に成形したものとなった。 【００２９】図５〜図７は請求項１又は２に係るブランク材１０の他の実施形態であり、図５は、凹部１２の有底面１２Ａについて円板中心Ｏから径外方向にわたって徐々に増肉したテーパー面１３に形成し、該テーパー面（有底面）１３により外周増肉部１４を形成したものであり、反有底面１２Ｃは平坦面とされているブランク材１０であり、この図５のブランク材１０によれば、図２
に示したブランク材よりも材料歩留りがよいものとできる。 【００３０】図６のブランク材１０は、有底面１２Ａおよび反有底面１２Ｃをともにテーパー面１３に形成したものであり、そのテーパーの方向が異なるものとされており、又、図７のブランク材１０は、有底面１２Ａおよび反有底面１２Ｃともにテーパー面１３に形成し、そのテーパーの方向は同じで方向であるもののテーパー角を異にしており、図６、７のいずれにおいてもテーパー面１３により外周増肉部１４が形成されている。 【００３１】図８は請求項４又は５に係るブランク材１
０の他の実施形態であり、雄形（工具）で押込まれる側にも、テーパー面１３を形成したものであり、その他は図４（Ａ）と同じ構成である。 この図５〜図８に示すブランク材１０によれば、工具１５が当接する部分（面）
が円板中心Ｏから径外方向にテーパー面１３とされていることにより、工具１５の芯ズレが少なく、工具１５による押込み、すなわち、成形が精度よくできる。 【００３２】図９〜図１５は、請求項８および９の実施形態であり、図９（１）〜（８）は、大型の鋼塊１００
を用いて鍛造によってブランク材１０を作成する工程を示している。 鋼塊１００は位置によって成分濃度の異なる偏析が起り、炭素Ｃは偏析し易い元素で鋼塊１００の頂部が高く、底部が低くなり、鋼塊１００が大型化されるほど偏析の程度は大きくなり、一方、炭素Ｃは焼入れ硬化元素であり、Ｃ量が高い程高い強度が得られる。 【００３３】また、ブランク材１０の熱間鍛造において、工具の接触面の材料は摩擦によって固着され、固着した部分はくさびとなって材料全体の中に押込まれる。
このようなことを考慮して図９（１）〜（８）を参照してブランク材１０の作成要領を以下説明する。 鋼塊１０
０を荒鍛伸のあと、底部不要部分１００Ａを切り捨て、
図９（２）で示すように軸方向に圧縮を加え、その後、
再度鍛伸し鋼塊全体に充分な鍛伸を加える（図９（３）
参照）。 【００３４】その後、鋼塊１００の頂部不要部分および押湯部１００Ｂを切り捨てた後（図９（４）参照）、再び予備圧縮と仕上げ圧縮を行い併せて円板の外周曲面を成形し、外周部を鍛錬した。 すなわち、予備圧縮は圧縮面全面に当る広幅工具で全体圧縮をし、工具の接触面の材料を固着したくさびとして材料全体の中に押し込み鏡板となる凹部底面に留めさせ、一方、仕上げ圧縮は５〜
２５％の当り面を有する狭い工具を用いて頂部を圧縮し材料を平面方向に移動させ厚肉となるフランジ部に位置させ、その後図９（７）で示すポンチ１００Ｃを用いて凹部を形成した。 【００３５】このポンチ１００Ｃによる押込みは円板中心よりずらした位置にポンチ１００Ｃを押し込み円周方向でかつ同心円上に沿って順次押込みして図９（８）で示すようなブランク材１０を作成した。 このようにして作成されたブランク材１０は、図１０で示すように円板底部（凹部）１０Ａとフランジ１１の内周部１１Ａの炭素量（Ｃ量）は、底部１０Ａが低Ｃ量で内周部１１Ａが高Ｃ量とされており、このようにＣ量偏析を考慮したブランク材１０を用いて図１又は図２を参照して既述したダイス又は下型とポンチを用いて作成した鏡板は図１１
で示すように材料強度の一様性を図ることができた。 【００３６】図１０に示したブランク材１０を用いて鏡板部を成形した後、焼入れ、焼戻しを実施した。 図１２
に示した鏡板の各部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの冷却曲線を図１３
に示し、８８０°Ｃから５５０°Ｃまでの各部Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの平均冷却速度Ｃ，Ｒを表１に示す。 【００３７】 【表１】 【００３８】更に、図１４および図１５並びに表２においては、図１２に示した各部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの焼戻し時の加熱曲線と焼戻し効果を表わす焼戻しパラメータ値を示し、厚肉部（フランジ）は昇温速度が小さいため同一時間で焼戻しすると焼戻し効果は小さくなり、このためフランジを高Ｃ量として材料強度の一様性を図ったのであり、その機械底性質を表２に示している。 【００３９】 【表２】 【００４０】表２で明らかな通り、Ｂ部とＤ部との降伏点（Ｙ・Ｓ）は同値となり、Ｃ量偏析を加味することで材料強度の均一化を図り得ることが理解できる。 なお、
表２において、Ｔ・Ｓは引張り強さ、 V Ｅ 20は衝撃値を示している。 また、図１〜８で示した各ブランク材についても図１０を参照して示したＣ量偏析を加味することでより有益なフランジ一体型鏡板とできることはいうまでもない。 【００４１】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ドーム部とフランジ部とを一体成形できて溶接部がない鏡板を強大なプレス装置を必要とすることなく小さな力量で成形することができ、製造された鏡板は溶接部が存在しないので構造欠陥も少なく安全性が特に要求される大型圧力容器の鏡板として有益である。 【００４２】また、Ｃ量偏析を加味することによって機械的性質の一様化ができて安全性が一層向上できる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の請求項１に係る第１実施形態を示す工程図であり、（Ａ）はプレス前、（Ｂ）はプレス後である。 【図２】本発明の請求項２に係るブランク材を示し、
（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面斜視の部分断面、（Ｃ）
は底面斜視の部分断面図である。 【図３】本発明の請求項１に係る第２実施形態を示し、
（Ａ）はプレス前、（Ｂ）はプレス後である。 【図４】本発明の請求項３およびそのブランク材を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面斜視の部分断面図である。 【図５】ブランク材の第２実施形態を示す断面図である。 【図６】ブランク材の第３実施形態を示す断面図である。 【図７】ブランク材の第４実施形態を示す断面図である。 【図８】ブランク材の第５実施形態を示す断面図である。 【図９】ブランク材の作成要領を示す工程図である。 【図１０】Ｃ量偏析を加味したブランク材の断面図である。 【図１１】Ｃ量偏析を加味した鏡板の断面図である。 【図１２】図１１に示した鏡板各部の冷却等を示すために位置を特定した図である。 【図１３】図１２で示す各部の冷却曲線を示す図である。 【図１４】図１２で示す各部の熱処理加熱曲線を示す図である。 【図１５】図１２で示す各位置の焼戻しパラメータ値を示す図である。 【図１６】従来例の構成図である。 【符号の説明】 １０ ブランク材 １１ フランジ １２ 凹部 １３ テーパー面 １４ 増肉部 １５ 上型 １６ ダイス １６Ａ 下型 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 政人 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 木口 三知男 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 於久 英一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 |
