DE19509046A1 - Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffhülle mit einer Sperrschicht aus legiertem Zirkonium - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver­ fahren zum Herstellen einer Brennstoffhülle mit drei Schichten: einem äußeren Substrat, einer Zirkonium-Sperr­ schicht und einer inneren Auskleidung. Mehr im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Verbinden der Komponenten äußeres Substrat, Zirkonium-Sperrschicht und innere Auskleidung in zwei separaten Verbindungsstufen.

Kernreaktoren enthalten ihren Brennstoff in abgedich­ teten Hüllen zur Isolation des Kernbrennstoffes vor dem Moderator/Kühlmittel-System. Der Begriff "Hülle", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf ein Rohr aus einer Legierung auf Zirkoniumbasis. Häufig wird die Hülle aus verschiedenen Schichten zusammengesetzt sein, die ein Sub­ strat aus einer Zirkoniumlegierung und eine Sperrschicht aus unlegiertem Zirkonium einschließen.

Die Hülle - nominell in der Größenordnung von etwa 0,76 mm (0,030 inches) dick - wird in der Form eines Rohres gebildet, wobei der Kernbrennstoff typischerweise in Pel­ letform darin enthalten ist. Diese Pellets sind in Kontakt miteinander über fast die gesamte Länge jedes Hüllrohres aufgestapelt, wobei das Hüllrohr eine Länge in der Größen­ ordnung von etwa 406 cm (160 inches) hat. Typischerweise ist das Hüllrohr mit Federn versehen, um die axiale Positi­ on der Füllstoffpellets und sogenannter "Getter" zum Absor­ bieren überschüssiger Feuchtigkeit aufrechtzuerhalten. Die inneren Abschnitte des Brennstabes stehen unter Helium­ druck, um das Leiten der Wärme vom Brennstoffmaterial zur Hülle zu unterstützen.

Zirkonium und seine Legierungen sind unter normalen Umständen ausgezeichnet für eine Kernbrennstoffhülle, da sie geringe Neutronenabsorptionsquerschnitte aufweisen und bei Temperaturen unter etwa 350°C fest, duktil, außeror­ dentlich stabil und relativ unreaktiv in Gegenwart von ent­ mineralisiertem Wasser oder Dampf sind. "Zircaloys" sind eine Familie korrosionsbeständiger Zirkoniumlegierungen für Hüllmaterialien. Sie sind aus 98-99 Gew.-% Zirkonium, Rest Zinn, Eisen, Chrom und Nickel, zusammengesetzt. "Zircaloy- 2" und "Zircaloy-4" sind zwei im weiten Rahmen eingesetzte Legierungen auf Zirkoniumbasis für Hüllen. Zircaloy-2 ent­ hält auf Gewichtsbasis 1,2 bis 1,7% Zinn, 0,13 bis 0,20% Eisen, 0,06 bis 0,15% Chrom und 0,05 bis 0,08% Nickel. Zircaloy-4 enthält im wesentlichen kein Nickel und etwa 0,2% Eisen, ist aber ansonsten im wesentlichen ähnlich Zircaloy-2.

Fehler an der Zircaloy-Hülle können aufgrund ver­ schiedener Ursachen auftreten, die durch Bruchstücke indu­ zierte Reibung (Fretting) und Wechselwirkung zwischen Pel­ let und Hülle einschließen. Beim ersten von diesen lagern sich Bruchstücke nahe der Hülle ab und vibrieren oder rei­ ben unter dem Einfluß der hindurchströmenden Dampf/Wasser- Mischung gegen die Hüllwand. Eine solche Vibration setzt sich fort, bis die Hüllwand durchdrungen ist. Die Pellet- Hülle-Wechselwirkung wird durch die Wechselwirkungen zwi­ schen dem Kernbrennstoff, der Hülle und den während der Kernreaktion erzeugten Spaltprodukten verursacht. Es wurde festgestellt, daß diese unerwünschte Wirkung lokalisierten mechanischen Spannungen auf die Brennstoffhülle zuzuschrei­ ben ist, die sich aus der unterschiedlichen Ausdehnung und Reibung zwischen dem Brennstoff und der Hülle zusammen mit korrosiven Spaltprodukten ergeben, die Spannungsrißkorro­ sion verursachen.

Um Defekte aufgrund der Wechselwirkung zwischen Pel­ let und Hülle zu bekämpfen, schließen einige Hüllen Sperr­ schichten aus reinem Zirkonium ein, das metallurgisch mit der inneren Oberfläche des Rohres verbunden ist. Die Pio­ nierarbeit hinsichtlich Sperrschicht-Hüllen ist in den US- PS 42 00 492 und 43 72 817 von Armÿo und Coffin, 46 10 842 von Vannesjo und 48 94 203 von Adamson beschrieben, die durch die Bezugnahme für alle Zwecke hier aufgenommen wer­ den. Sperrschichten verhindern wirksam eine Beschädigung der Hülle aufgrund der Wechselwirkung mit dem Pellet. Wird die Hüllwand jedoch irgendwie beeinträchtigt (zum Beispiel aufgrund von Reibung durch Bruchstücke perforiert oder ge­ spalten) und Wasser tritt in das Innere des Brennstabes ein, dann kann die Sperrschicht sehr schnell oxidiert wer­ den.

Um die Zirkoniumsperre beim Auftreten eines Hüllen­ bruches vor Oxidation zu schützen, kann eine Dreischicht- Struktur benutzt werden. Siehe zum Beispiel die US-Patent­ anmeldung Serial Nr. 08/091 672 mit dem Titel "Method for Making Fuel Cladding Having Zirconium Barrier Layers and Inner Liners" und die US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/092 188 mit dem Titel "Inner Liners for Fuel Cladding Having Zirconium Barrier Layers", die beide am 14. Juli 1993 eingereicht und auf die vorliegende Anmelderin über­ tragen wurden. Beide Anmeldungen werden durch Bezugnahme für alle Zwecke hier aufgenommen. Zusätzlich zum Substrat und der Zirkoniumsperre schließt die Dreischicht-Hülle ei­ ne sehr dünne, korrosionsbeständige innere Auskleidung ein, die an die Brennstoffseite der Sperre gebunden ist. Typi­ scherweise wird die innere Schicht aus einer Zircaloy oder modifizierten Zircaloy hergestellt. Ist die Hülle gebrochen und bildet sich Dampf im Inneren des Brennstabes, dann schützt die innere Auskleidung die Sperre vor rascher Oxi­ dation. Obwohl diese Dreischicht-Struktur einen deutlichen Fortschritt darstellt, kann es schwierig sein, Verfahren zum Herstellen der Dreischicht-Hülle perfekt auszuführen. So erfordern zum Beispiel manchmal gewisse Komponenten der Hülle Wärmebehandlungen und andere Verarbeitungsschritte, die nachteilig für andere Komponenten der Hülle sein kön­ nen.

Während die Verfahren zum Herstellen von Dreischicht- Hüllen, die in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/091 672 gelehrt werden, eine Hülle mit einem beträchtlichen Schutz gegen Beschädigung aufgrund von Pellet-Hülle-Wechselwirkung und beschleunigter Korrosion schaffen, ist es doch noch im­ mer erwünscht, andere flexible Verfahren zum Herstellen von Hüllen zu entwickeln, die die gleichen oder verbesserte Eigenschaften aufweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Dreischicht-Hüllrohres mit einem äußeren Substrat, einer dazwischenliegenden Zirkonium-Sperrschicht und einer inneren Auskleidung. Das Hüllrohr wird herge­ stellt aus einem Legierungsrohr für das äußere Substrat, einer Zirkoniumhülse und einer Legierungshülse für die innere Auskleidung, die jeweils innere und äußere Umfangs­ oberflächen aufweisen. Bei einem bestimmten Punkt während des Verfahrens dieser Erfindung werden zwei der drei Kompo­ nenten über die geeigneten inneren und äußeren Oberflächen miteinander verbunden. Später wird die dritte Komponente mit den anderen beiden - vorher verbundenen - Komponenten verbunden. Durch Trennen des Verbindungsverfahrens in zwei Unterstufen wird eine beträchtliche Flexibilität in das Verfahren eingeführt. So können zum Beispiel Wärmebehand­ lungsstufen, wie Diffusionsglühungen an der Legierungshülse der inneren Auskleidung und der Zirkoniumhülse, ausgeführt werden, ohne das Legierungsrohr des äußeren Substrates (das ein Gefüge aufweisen kann, das durch die Wärmebehandlung beeinträchtigt werden würde) zu beeinflussen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt das Verfahren die folgenden Stufen ein: (a) Ver­ binden der äußeren Umfangsoberfläche der Legierungshülse für die innere Auskleidung mit der inneren Umfangsoberflä­ che der Zirkoniumhülse zur Bildung einer Hülse aus Sperre und innerer Auskleidung und (b) Verbinden der äußeren Ober­ fläche der Zirkoniumhülse auf der Hülse aus Sperre und in­ nerer Auskleidung mit der inneren Umfangsoberfläche des Legierungsrohres für das äußere Substrat zur Bildung des Hüllrohres. Bei diesem Verfahren wird das Legierungsrohr für das äußere Substrat das äußere Substrat, die Zirkonium­ hülse wird die dazwischenliegenden Zirkonium-Sperrschicht und die Legierungshülse für die innere Auskleidung wird die innere Auskleidung. Vorzugsweise ist zumindest eine der Stufen (a) und (b) eine Extrusions- bzw. Strangpreßstufe. Nach dem Abschluß der Verbindungsstufen wird eine Reihe von Rohrreduktions-Stufen ausgeführt, einschließlich Kaltumfor­ mungs-Durchgängen, um Hüllen zum Einsatz für Brennstäbe herzustellen.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform schließt das Verfahren die folgenden Stufen ein: (a) Ver­ binden der äußeren Umfangsoberfläche der Zirkoniumhülse mit der inneren Umfangsoberfläche des Legierungsrohres für das äußere Substrat zur Bildung einer Hülse aus Substratrohr und Sperre und (b) Verbinden der äußeren Umfangsoberfläche der Legierungshülse für die innere Auskleidung mit der in­ neren Umfangsoberfläche der Zirkoniumhülse der Hülse aus Substratrohr und Sperre zur Bildung des Hüllrohres.

Während der Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfin­ dung werden die Abmessungen der verschiedenen Komponenten sorgfältig kontrolliert. In vielen Ausführungsformen werden das Substrat und die Sperrschicht oder die innere Ausklei­ dung miteinander durch Strangpressen verbunden. In einigen bevorzugten Verfahren dieser Erfindung werden diese Kompo­ nenten jedoch durch heißisostatisches Pressen oder eine an­ dere Technik verbunden, die eine Abmessungsstabilität schafft, die beim Strangpressen nicht erhältlich sein mag. In bevorzugten Ausführungsformen schließen eine oder beide Verbindungsstufen Unterstufen ein, um zuerst eine Stufe des heißisostatischen Pressens auszuführen und dann die zusam­ mengepreßten Komponenten gemeinsam strangzupressen.

Ein weiteres Verstehen der Erfindung kann unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung und die folgende Beschreibung spezifischer Ausführungsformen gewonnen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Phasenkarte für eine typische zirko­ niumhaltige Legierung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Kernbrenn­ stabes dieser Erfindung mit einem Substrat, einer Sperr­ schicht und einer inneren Auskleidung;

Fig. 3 ist ein Verfahrens-Fließdiagramm einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4 ist ein Verfahrens-Fließdiagramm einer zwei­ ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen I. Die Hüllrohr-Struktur

Der Ausdruck "α-kristalline Struktur" oder "α-Phase", wie er hier benutzt wird, bedeutet die hexagonal dicht ge­ packte Kristallgitterstruktur von Zirkonium und zirkonium­ haltigen Legierungen, die bei tieferen Temperaturen stabil ist. Der Temperaturbereich, in dem die α-Phase stabil ist, wird als der α-Bereich bezeichnet. Für Zircaloy-2 existiert die α-Phase bei Temperaturen unter etwa 820°C.

Der Begriff "β-kristalline Struktur" oder "β-Phase", wie er hier benutzt wird, bedeutet die raumzentrierte kubi­ sche Kristallgitterstruktur von Zirkonium und zirkoniumhal­ tigen Legierungen, die bei höheren Temperaturen stabil ist. Der Temperaturbereich, in dem die β-Phase stabil ist, wird als der β-Bereich bezeichnet. Für Zircaloy-2 existiert die reine β-Phase bei Temperaturen oberhalb von etwa 960°C.

Der Begriff "α-plus β-kristalline Strukturen" oder "α- plus β-Phasen", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf Mischungen der α- und β-Phasen, die bei einigen Tempe­ raturen in einigen Zirkoniumlegierungen, aber nicht in rei­ nem Zirkonium, existieren. In reinem Zirkonium ist die α­ kristalline Struktur bis zu etwa 860°C stabil. Bei etwa dieser Temperatur tritt eine Phasenänderung unter Bildung einer β-kristallinen Struktur auf, die bei Temperaturen oberhalb von etwa 860°C stabil ist. Zirkoniumlegierungen haben im Gegensatz dazu einen Bereich von Temperaturen, über den die Änderung von der α- zur β-Phase stattfindet. In diesem Bereich ist eine Mischung der α- und β-kristalli­ nen Struktur stabil. Der spezifische Temperaturbereich, in dem die Mischung stabil ist, hängt von der spezifischen Le­ gierung ab. Zircaloy-2, zum Beispiel, weist eine stabile Mischung der α- und β-kristallinen Strukturen von etwa 825°C bis etwa 965°C auf. Unterhalb von etwa 850°C bilden sich intermetallische Ausscheidungen (in der Fig. 1 abge­ kürzt als "ppt" bezeichnet). Fig. 1 zeigt die verschiede­ nen Phasenbereiche für Zircaloy-2.

Der Begriff "Rohr", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf ein Metallrohr mit verschiedenen Einsatzmöglich­ keiten, und der Begriff "Brennstab-Behälter" oder einfach "Behälter" bezieht sich auf ein Rohr, das bei Brennstäben benutzt wird, um Brennstoffpellets einzuschließen. Manchmal wird der Brennstab-Behälter als "Hülle" oder "Hüllrohr" be­ zeichnet.

In Fig. 2 ist ein Brennstoffelement 14 (üblicherwei­ se als Brennstab bezeichnet), das nach der vorliegenden Er­ findung hergestellt ist, gezeigt. Der Brennstab 14 schließt einen Kern 16 aus Brennstoffmaterial und einen umgebenden Behälter 17 ein. Der Brennstab 14 weist einen ausgezeichne­ ten Wärmekontakt zwischen dem Behälter 17 und dem Kern aus Brennstoffmaterial, eine minimale parasitäre Neutronenab­ sorption und eine Beständigkeit gegenüber Biegen und Vibra­ tion auf, die gelegentlich durch die Strömung des Kühlmit­ tels bei hoher Geschwindigkeit verursacht wird. Der Kern aus Brennstoffmaterial ist typischerweise aus mehreren Brennstoffpellets aus spaltbarem und/oder Brutmaterial zu­ sammengesetzt. Der Brennstoffkern kann verschiedene Gestal­ ten haben, wie zylindrische Pellets, Kügelchen oder kleine Teilchen. Es können verschiedene Kernbrennstoffe benutzt werden, einschließlich Uran-, Thoriumverbindungen und deren Mischungen. Ein bevorzugter Brennstoff ist Urandioxid oder eine Urandioxid und Plutoniumdioxid umfassende Mischung.

Das Hüllrohr 17 ist eine Verbundstruktur, die ein Substrat 21, eine Zirkoniumsperre 22 und eine Innenschicht oder Auskleidung 23 einschließt. Das Substrat bildet den äußeren Umfangsbereich eines Hüllrohres, die innere Schicht bildet einen inneren Umfangsbereich des Hüllrohres, und die Zirkoniumsperre ist dazwischen angeordnet.

Das Substrat kann aus einem konventionellen Hüllmate­ rial, wie einer Zirkoniumlegierung, hergestellt sein. Ge­ eignete Zirkoniumlegierungen für das Substrat schließen vorzugsweise mindestens etwa 98% Zirkonium, bis zu etwa 0,25% Eisen, bis zu etwa 0,1% Nickel, bis zu etwa 0,25% Chrom und bis zu etwa 1,7% Zinn (alles in Gew.-%) ein. An­ dere Legierungselemente können Niob, Wismut, Molybdän sowie verschiedene andere im Stand der Technik eingesetzte Ele­ mente einschließen. Im allgemeinsten kann irgendeine Zirko­ niumlegierung mit einer geeigneten Korrosionsbeständigkeit gegenüber Wasser und genügender Festigkeit und Duktilität eingesetzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Substrat Zircaloy-2 oder Zircaloy- 4.

Mit der inneren Oberfläche des Substrates 21 ist die Zirkoniumsperre 22 metallurgisch verbunden (siehe die oben erwähnten US-PS 42 00 492 und 43 72 817 von Armÿo und Coffin; 44 10 842 von Vannesjo und 48 94 203 von Adamson). In bevorzugten Ausführungsformen ist die Zirkoniumsperre zumindest teilweise legiert, so daß sie im Falle eines Hül­ lenbruches und des nachfolgenden Eindringens von Dampf der raschen Korrosion widersteht. Es ist bekannt, daß die Anwe­ senheit von Legierungselementen, wie Eisen und Nickel, im Zirkonium eine Beständigkeit gegen rasche Korrosion schaf­ fen kann. Ein solcher Schutz wird dadurch erreicht, daß der Sperrschicht durch eine Diffusionsglühstufe eine signifi­ kante Konzentration an Legierungselementen verliehen wird.

Diese Stufe treibt einige der Elemente aus dem Substrat oder der inneren Auskleidung in die Zirkonium-Sperrschicht.

Die Legierungselemente in der Sperrschicht sollten einfach in Konzentrationen vorhanden sein, die genügen, um ein gewisses Maß des Schutzes gegen rasche Korrosion zu schaffen, ohne die Nachgiebigkeit des Zirkoniums merklich zu beeinträchtigen. Es ist besonders wichtig, daß die Le­ gierungselemente an der inneren Oberfläche der Zirkonium­ sperrschicht (benachbart der inneren Auskleidung) vorhanden sind. Dies stellt sicher, daß beim Aussetzen der Sperrschicht gegenüber einer korrosiven Umgebung als Ergebnis eines Defektes in der inneren Auskleidung an ihrer inneren Oberfläche ein gewisses Maß des Korrosionsschutzes aufweist. Geeignete Konzentrationen von Legierungselementen in der inneren Oberfläche der Zirkoniumsperre sind (auf ei­ ner auf das Gewicht bezogenen Grundlage) mindestens etwa 0,03% Eisen, mindestens etwa 0,01% Chrom und mindestens et­ wa 0,01% Nickel. Mehr im besonderen sollten diese Konzen­ trationen zwischen etwa 0,03 bis 0,4% Eisen, zwischen etwa 0,01 bis 0,2% Chrom und zwischen 0,01 bis 0,2% Nickel lie­ gen. Andere Einzelheiten der Sperrschicht, wie das Konzen­ trationsprofil der Legierungselemente in der Sperrschicht, finden sich in der am gleichen Tage eingereichten Patentan­ meldung, für die die Priorität der US-Patentanmeldung 08/ 215 456 vom 21. März 1994 in Anspruch genommen ist (inter­ nes Zeichen: 20 236-24NT-05493), die auf die vorliegende Anmelderin übertragen ist, und die durch Bezugnahme für al­ le Zwecke hier einbezogen wird.

Mit der inneren Oberfläche der Zirkoniumsperre 22 ist die innere Auskleidung 23 metallurgisch verbunden. Diese Schicht schafft einen gewissen Schutz für die Zirkonium­ sperre vor einer schnellen Oxidation, sollte das Innere des Brennstabes mit Dampf in Berührung kommen. Die innere Aus­ kleidung sollte daher ein relativ korrosionsbeständiges Ma­ terial, wie Zircaloy, sein. Es können jedoch auch modifi­ zierte Zircaloys und andere korrosionsbeständige Materia­ lien eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die innere Aus­ kleidung weicher als konventionelle Zircaloy sein, so daß die Rißeinleitung und -ausbreitung auf der inneren Oberflä­ che des Hüllrohres minimiert sind (siehe US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/092 188). In einer anderen Ausführungsform kann die innere Auskleidung aus einer Legierung hergestellt sein, die stark wasserstoffabsorbierende Eigenschaften auf­ weist. Ein solches Material ist eine Zirkoniumlegierung mit einer hohen Nickelkonzentration (zum Beispiel bis zu 15% Nickel).

In einigen Ausführungsformen ist die innere Ausklei­ dung so dünn, daß sie bei einem Diffusionsglühen vollstän­ dig durch gegenseitige Diffusion mit der Sperrschicht ver­ braucht wird. Die resultierende Hülle enthält eine Sperr­ schicht mit einer signifikanten Beständigkeit gegenüber be­ schleunigter Korrosion aufgrund der erhöhten Legierungs­ element-Konzentration am inneren Bereich (wo sie für Kor­ rosion am empfindlichsten ist) der Sperrschicht. Das Dif­ fusionsglühen homogenisiert auch die Konzentrationsvertei­ lung über die innere Oberfläche der Sperrschicht. Dieser Vorteil ergibt sich auch, wenn die innere Auskleidung bei der fertigen Hülle erhalten bleibt. Wenn es daher irgend­ welche Risse oder anderen Defekte in der inneren Ausklei­ dung gibt (die eine Stelle für eine beschleunigte Korrosion schaffen könnten), dann verursacht das Diffusionsglühen das Bewegen der Legierungselemente in die Sperrschicht an die­ sen Defektstellen, um gegen beschleunigte Korrosion zu schützen. Außer bei vollständigem Verbrauch der inneren Auskleidung beim Diffusionsglühen, ist das Hüllrohr struk­ turell ähnlich dem Dreischicht-Hüllrohr, das oben beschrie­ ben ist.

Weitere Einzelheiten der gemäß den Verfahren dieser Erfindung gebildeten Struktur finden sich in der am glei­ chen Tage eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Kernbrennstoffhülle mit einer Sperrschicht aus le­ giertem Zirkonium", für die die Priorität der US-Patent­ anmeldung mit der Serial Nr. 08/215 458 vom 21. März 1994 in Anspruch genommen ist (internes Kennzeichen 20 253-24NT- 05492). Diese andere Anmeldung wird durch Bezugnahme für alle Zwecke hier aufgenommen.

II. Herstellung des Rohres

Die Erfindung hat das Ziel, eine Hülle nach einem Verfahren herzustellen, bei dem die Hüllkomponenten in zwei separaten Stufen miteinander verbunden werden. In einer er­ sten Stufe wird eine Zirkonium-Sperrhülse entweder mit ei­ nem Legierungsrohr für ein äußeres Substrat oder mit einer Legierungshülse für eine innere Auskleidung, nicht aber mit beiden, verbunden, um eine Verbundeinheit aus zwei Teilen zu bilden. In einer zweiten Stufe wird die Verbundeinheit aus zwei Teilen (entweder einer Hülse aus Substratrohr und Sperre oder einer Hülse aus Sperre und innerer Ausklei­ dung), die in der ersten Stufe gebildet wurde, mit der übrigen Komponente (entweder dem Legierungsrohr für das äußere Substrat oder der Legierungshülse für die innere Auskleidung) verbunden.

Im allgemeinen beginnt das Verfahren mit einem Schmelzblock aus einer Zircaloy oder einer anderen geeigne­ ten Legierung, der geschmiedet, durchstoßen und zur Her­ stellung eines dickwandigen Knüppels bzw. Stranges gedehnt wird. Der Knüppel wird von der β-Phase bei etwa 1000°C durch Eintauchen in einen Tank mit Wasser auf etwa 700°C abgeschreckt. Das Aufrechterhalten einer richtigen Ab­ schreckrate ist wesentlich im Temperaturbereich zwischen 1000 und 700°C; nachdem 700°C erreicht sind, kann die Ab­ kühlgeschwindigkeit auf Wunsch erhöht oder verringert wer­ den. Die Abschreckrate ist vorzugsweise schneller als etwa 5°C/s. Bevorzugter wird die Abschreckrate rascher als etwa 50°C/s sein.

Nach dem Abschrecken aus der β-Phase werden die Sperrschicht und die innere Auskleidung verbunden und in einer zweiten Stufe mit dem Inneren des Substrates verbun­ den. Diese beiden Schichten sind als Hülsen oder Hüllen vorhanden, die in einer oder mehreren Stufen aus Knüppeln des geeigneten Materials, Zirkonium für die Sperrschicht und eine Zirkoniumlegierung für die innere Auskleidung, hergestellt werden. Es kann dann ein gewisses Kaltumformen, Glühen und Oberflächenkonditionieren, die für die Rohrgrö­ ßenreduktion und die Abmessungsstabilität vorgesehen sind, angewendet werden. Dies führt zu einem Rohrabschnitt, der als Rohrmantel bezeichnet wird und nachfolgend verschiede­ nen Glüh-, Kaltumformungs- und anderen Stufen unterworfen wird, um die fertige Brennstabhülle herzustellen. Geeignete Knüppel, Hülsen usw. sind von verschiedenen Verkäufern er­ hältlich, wie Teledyne Wahchang (Albany, Oregon USA), We­ stern Zirconium ( einer Westinghouse Company in Ogden, Utah) und Cezus (Frankreich).

Während der gesamten Herstellungssequenz muß die Ab­ messungskontrolle der Hülle aufrechterhalten werden. In der Hülle - die eine relativ harte Auskleidung aus Zirkoniumle­ gierung mit einer relativ weicheren Sperrschicht verbunden aufweist, kann die innere Auskleidung leicht während des Bearbeitens verformt oder gebrochen werden. Die resultie­ rende Hülle kann dann nicht in der Lage sein, die Zirkoni­ um-Sperrschicht während des Einsatzes im Reaktor angemessen zu schützen. In der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere Stufen benutzt, um die angemessene Abmessungskon­ trolle der drei Schichten aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel werden die Schichten einer sorgfältigen Oberflächenbehand­ lung unterworfen, bevor sie miteinander verbunden werden. Spezielle Oberflächenbehandlungen können auch nach dem Ver­ binden benutzt werden, um die Abmessungskontrolle auf recht­ zuerhalten. Geeignete Oberflächenbehandlungen sind in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/091 672 mit dem Titel "Method for Making Fuel Cladding Having Zirconium Barrier Layers and Inner Liners" beschrieben.

Es können verschiedene Verfahren benutzt werden, um die Komponenten miteinander zu verbinden. Weil jedoch eine Strangpreßstufe unabhängig von irgendwelchen anderen einge­ setzten Techniken zum Verbinden der Komponenten ausgeführt werden muß, ist das Strangpressen das bevorzugte Verbin­ dungsverfahren. Das Strangpreßverfahren schafft die erfor­ derliche Energie (in Form eines Zusammenpressens), um die beiden Schichten zu verbinden. Das Strangpressen erfolgt mittels Hindurchschicken des Rohres durch einen Satz von verjüngten Werkzeugen unter einem hohen Druck bei etwa 538 bis 760°C (1000 bis 1.400°F). Geeignete Vorrichtungen zum Strangpressen sind von Mannesmann Demag, Coreobolis, Pennsylvania erhältlich.

Das Strangpressen sorgt manchmal wegen der Temperatur und der großen Reduktion der Wandstärke während des Verfah­ rens für eine ungenügende Abmessungskontrolle. Einige al­ ternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung be­ nutzen daher eine Stufe des Verbindens der Sperrschicht oder der Sperrschicht plus der inneren Auskleidung mit dem Substrat vor oder nach der Strangpreßstufe.

Ein bevorzugtes alternatives Verfahren zum Verbinden der Komponenten ist das heißisostatische Pressen. Bei die­ sem Verfahren wird eine Einheit der zu verbindenden Kompo­ nenten in einem großen Druckbehälter bei einer sehr hohen atmosphärischen Belastung angeordnet, so daß der Gasdruck die Stücke unter Bildung einer metallurgischen Bindung zu­ sammendrückt. Für ein Substrat aus Zircaloy 2, eine Zirko­ nium-Sperrschicht und eine innere Auskleidung aus modifi­ zierter Zircaloy 2 kann die Preßstufe vorzugsweise bei ei­ ner Temperatur zwischen etwa 400 und 850°C und bei einem Druck zwischen etwa 89,7 und 276 N/mm² (13 000 und 40 000 psi) ausgeführt werden. Bevorzugter wird das Pressen bei einer Temperatur zwischen etwa 400 und 700°C und einem Druck zwischen etwa 138 und 276 N/mm² (20 000 und 40 000 psi) ausgeführt. In Abhängigkeit von der angewandten Tem­ peratur und dem angewandten Druck wird der Druck vorzugs­ weise für eine Dauer zwischen etwa 4 und 20 Stunden ausge­ übt. Geeignete Vorrichtungen zum Ausführen des heißisosta­ tischen Pressens sind von der ASEA (Schweden) erhältlich.

Bei einem anderen Verfahren werden die Hülsen der Sperre und der inneren Auskleidung mit der inneren Oberflä­ che des Knüppels durch Erhitzen (wie 8 Stunden auf 750°C) verbunden, um ein Diffusionsverbinden zwischen den Hülsen und dem Knüppel zu ergeben. Bei noch einem anderen Verfah­ ren werden die Komponenten durch Explosionsverbinden mit dem Knüppel verbunden, bei dem man eine Ladung innerhalb der Hüllrohr-Einheit detonieren läßt. Die Kraft der Explo­ sion treibt die Komponenten unter Bildung dauerhafter Bin­ dungen zusammen.

Bei irgendeinem der hier beschriebenen Verbindungs­ verfahren werden zuerst zwei Komponenten vor der Verbin­ dungsstufe an ihren Enden durch Elektronenstrahl-Schweißen oder ein anderes konventionelles Verfahren verbunden. Dies hält die erwünschte Ausrichtung der Komponenten während der Verbindungsstufe aufrecht und ergibt eine im wesentlichen gasfreie saubere Grenzfläche zwischen den Oberflächen. Beim Elektronenstrahl-Schweißen wird ein Elektronenstrahl in ei­ nem hohen Vakuum benutzt, um die Enden der zylindrischen Rohre zu erhitzen, bis sie unter Bildung eines Verbundkör­ pers schmelzen.

In bevorzugten Ausführungsformen wird die in der er­ sten Stufen gebildete Verbundeinheit aus zwei Teilen einem Diffusionsglühen oder einer anderen Wärmebehandlungsstufe unterworfen. Ein Diffusionsglühen wird einige Legierungs­ elemente in die Zirkoniumhülse diffundieren lassen und ihr eine gewisse Korrosionsbeständigkeit verleihen, wie oben beschrieben. Geeignete Diffusionstemperaturen und -zeiten schließen etwa 650 bis 825°C für etwa 4 bis 20 Stunden ein. Bei 825°C sollte die Zeit näher bei 4 Stunden liegen, wäh­ rend bei 650°C die Zeit zwischen etwa 10 bis 20 Stunden liegen sollte. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann das Diffusionsglühen mit verschiedenen, kommerziell erhältli­ chen Vorrichtungen ausgeführt werden, wie einem Vakuumofen, einem Inertgasofen oder einer Induktionsspule. Geeignete Vakuum-Glühöfen sind von der Centorr Vacuum Industries, Nashua, New Hampshire, erhältlich.

In einigen Ausführungsformen wird die nicht bei der ersten Verbindungsstufe eingesetzte Komponente (d. h. das Legierungsrohr für das äußere Substrat oder die Legierungs­ hülse für die innere Auskleidung) auch einer Wärmebehand­ lung vor der zweiten Verbindungsstufe unterworfen. Zum Bei­ spiel kann das Legierungsrohr für das äußere Substrat wär­ mebehandelt werden, um ein korrosionsbeständiges Ausschei­ dungsgefüge zu ergeben, wie unten beschrieben.

Nach irgendwelchen Wärmebehandlungsstufen werden die Untereinheit aus zwei Teilen und die übrige, noch nicht verbundene Komponente in der zweiten Verbindungsstufe ver­ bunden, um eine Dreischichtstruktur zu bilden. Diese zweite Verbindungsstufe kann durch Strangpressen allein, eine Kom­ bination aus heißisostatischem Pressen und Strangpressen oder irgendeine andere Verbindungstechnik, wie oben be­ schrieben, ausgeführt werden. Die Dreischichtstruktur wird dann, wie erforderlich, bearbeitet, um einen Rohrmantel zu bilden.

Der Rohrmantel wird mehreren Durchgängen des Kaltum­ formens unterworfen, üblicherweise mit einem Pilgerwalz­ werk, um die für eine bestimmte Anwendung erforderlichen Abmessungen zu erhalten. Nach jeder Kaltumformungsstufe wird ein Glühen für etwa 2 bis 4 Stunden ausgeführt, um die Spannung zu beseitigen und Duktilität zurückzugewinnen. Vorzugsweise werden die Kaltumformungsdurchgänge jeweils zwischen etwa 30 und 80% ausgeführt, obwohl dies für die Erfindung nicht kritisch ist. Der Prozentwert der Kaltum­ formung ist grob gesprochen analog der prozentualen Reduk­ tion der Wandstärke während des Verfahrens. Der Leser wird verstehen, daß Pilgerwalzwerke allgemein erhältliche, wenn auch recht komplizierte Vorrichtungen sind. Während des Kaltumformens mit einem Pilgerwalzwerk wird die Außenseite des Rohres mit einem Werkzeug mit einer besonderen Form ge­ walzt, während ein harter, verjüngter Dorn die Innenseite des Rohres stützt. Auf diese Weise werden Wandstärke und Durchmesser des Rohres gleichzeitig reduziert. Weitere Ein­ zelheiten zum Kaltumformungsverfahren finden sich in der oben erwähnten US-Patentanmeldung mit der Serial Nr. 08/ 091 672.

Um dem äußeren Umfangsteil des Substrates zusätzliche Korrosionsbeständigkeit zu verleihen, kann eine Stufe des selektiven Erhitzens und raschen Abschreckens des Außentei­ les vom α- plus β-Bereich oder dem reinen β-Bereich unter Halten des inneren Teiles bei einer geringeren Temperatur vorzugsweise während des nachfolgenden Rohrreduzierens aus­ geführt werden. Dies erzeugt einen metallurgischen Gradien­ ten, bei dem der Außenbereich feine Ausscheidungen enthält, während der innere Bereich grobe Ausscheidungen enthält. Diese Wärmebehandlungsstufe kann nach verschiedenen Verfah­ ren ausgeführt werden, die ein Erhitzen mit der Induktions­ spule einschließen, wie unten beschrieben. Es mag auch er­ wünscht sein, grobe Ausscheidungen im inneren Bereich des Rohres zu erzeugen oder zu bewahren, indem man mindestens ein Glühen bei hoher Temperatur und/oder Rekristallisati­ onsglühungen bei relativ hohen Temperaturen ausführt. Ein Glühen bei hoher Temperatur, wie es hier benutzt wird, be­ zieht sich auf ein zwischen 650 und 750°C für etwa 1 bis 100 Stunden ausgeführtes Verfahren. Ein Gefüge mit grober Ausscheidung widersteht im allgemeinen der Rißausbreitung. Eine detailliertere Diskussion des Verfahrens zum Herstel­ len dieses Gefüges ist in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/052 793 mit dem Titel "Zircaloy Tubing Having High Re­ sistance to Crack Propagation" und der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/052 791 mit dem Titel "Method of Fabricating Zircaloy Tubing Having High Resistance to Crack Propaga­ tion", die beide am 23. April 1993 eingereicht und auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurden, enthalten. Diese Anmeldungen werden für alle Zwecke durch Bezugnahme hier aufgenommen.

In einigen Ausführungsformen wird es erwünscht sein, eine Ätz- oder andere Oberflächen-Konditionierungsstufe zur Entfernung der inneren Auskleidung von der Hülle auszufüh­ ren. Dies ergibt eine Hülle, bei der die Zirkonium-Sperr­ schicht die innere Umfangsoberfläche bildet. Chemische und mechanische Oberflächen-Konditionierungsstufen werden der­ zeit bei der Hüllenherstellung benutzt. Diese schließen Ho­ nen, Schleifen, Sandstrahlen, maschinelles Bearbeiten mit einer Drehbank, Aufrauhen, chemisches Ätzen und chemisch­ mechanisches Polieren ein.

III. Beispiele

Zur Erleichterung des Verstehens der Verfahren dieser Erfindung, werden nun zwei beispielhafte bevorzugte Verfah­ ren gemäß der Erfindung beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, daß, obwohl die in diesen Beispielen beschriebenen Bedingungen recht spezifisch sind, jede Stufe des Verfah­ rens unter einem Bereich von Bedingungen ausgeführt werden könnte. Beide Verfahren beginnen mit einem Hohlknüppel 100 aus Zircaloy, der aus der β-Phase abgeschreckt ist (dem Le­ gierungsrohr für das Substrat), einer Zirkoniumhülse 102 und-einer Zircaloy-Hülse 104 für die innere Auskleidung.

Die Verfahrensstufen eines ersten Beispiels werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Als erstes wird die für die innere Auskleidung ausgewählte Zircaloy-Hülse konzentrisch in die für die Zirkonium-Sperre ausgewählte Hülse aus Zirkoniummetall eingeführt. Die Enden der Hülsen für die Sperre und die innere Auskleidung werden dann durch Elektronenstrahl (ES)-Schweißen in Stufe 110 verbunden. Die geschweißte Hülse wird dann einer wahlweise ausgeführten Stufe 112 des heißisostatischem Pressens unterworfen, wie oben beschrieben, und stranggepreßt (Stufe 114) bei einer Rohrtemperatur von etwa 570°C, um eine Hülse aus Zirkonium­ sperre und innerer Auskleidung herzustellen. Danach wird die resultierende Hülse durch ein Diffusionsglühen (Stufe 116) bei etwa 800°C für etwa 4 Stunden behandelt, um Legie­ rungselemente von der inneren Auskleidung in die Zirkonium­ hülse diffundieren zu lassen, wie oben beschrieben. Das Zircaloyrohr für das Substrat kann in einer wahlweise aus­ zuführenden Stufe 118 wärmebehandelt werden.

Als nächstes wird die Hülse aus Zirkoniumsperre und innerer Auskleidung konzentrisch in das Zircaloyrohr für das Substrat eingeführt, und die Enden werden durch Elek­ tronenstrahl (ES)-Schweißen in Stufe 122 verbunden. Danach wird die Einheit einer anderen, wahlweise auszuführenden Stufe 126 des heißisostatischen Pressens und dann einer Co­ extrusionsstufe 128 unterworfen, um den Rohrmantel herzu­ stellen.

Die Verfahrensstufen des zweiten Beispiels werden un­ ter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Als erstes werden die Zirkoniummetall-Hülse und das Zircaloy-Substratrohr konzentrisch zusammengesetzt und in Stufe 136 Elektronen­ strahl(ES)-geschweißt. Die resultierende Einheit wird einem wahlweise auszuführenden heißisostatischen Pressen in Stufe 38 und einer Strangpreß-Stufe 140 unterworfen. Danach wird das strangepreßte Rohr in Stufe 144 unter Bedingungen ge­ glüht, die zum Diffundieren einiger Legierungselemente aus dem Substratrohr durch die Zirkoniumsperre zur inneren Oberfläche der Sperre genügen. Die innere Auskleidung wird in einer wahlweise auszuführenden Wärmebehandlungsstufe 148 behandelt und dann konzentrisch in das Rohr aus Substrat und Zirkoniumsperre gesetzt. Die Einheit wird dann in einer Stufe 150 Elektonenstrahl(ES)-geschweißt. Danach wird die Einheit einer anderen wahlweise auszuführenden Stufe 152 des heißisostatischen Pressens und einer Strangpreßstufe 156 unterworfen, um, wie im ersten Beispiel, einen Rohrman­ tel zu ergeben.

Ungeachtet dessen, ob das erste oder zweite Beispiel zum Herstellen des Rohrmantels benutzt wurde, sind die übrigen bevorzugten Verfahrensstufen 160 (wie im folgenden beschrieben) identisch. Der Rohrmantel wird drei oder mehr Kaltumformungs-Durchgängen in einem Pilgerwalzwerk unter­ worfen. Der Leser wird verstehen, daß Pilgerwalzwerke all­ gemein erhältliche, obwohl recht komplizierte Vorrichtungen sind. Während des Kaltumformens mit einem Pilgerwalzwerk wird die Außenseite des Rohres mit einem geformten Werkzeug gewalzt, während ein harter, verjüngter Dorn die Innenseite des Rohres abstützt. Auf diese Weise werden die Wandstärke und der Durchmesser des Rohres gleichzeitig verringert.

Die erste Durchgangsstufe beim Kaltumformen erfolgt typischerweise bis zu etwa 69%. Wird das Rohr in einem ein­ zelnen Durchgang zu stark kaltumgeformt, dann kann es wäh­ rend der Herstellung reißen. Um die durch das Kaltumformen verursachte Spannung zu entfernen, wird das Rohr etwa 2 Stunden in einem großen Vakuumglühofen, wie er oben be­ schrieben ist (erhältlich von Centorr Vacuum Industries, Nashua, New Hampshire), bei 593°C geglüht.

Als nächstes wird das Rohr bei etwa 927°C auf den äu­ ßeren 30% der Wandung wärmebehandelt. Dies erfolgt durch Erhitzen des Rohrmantels mit einer hohen Energie oder Fre­ quenz (von einer Induktionsspule), die höchstens etwa 33% der Wandung durchdringt. Während des Induktionserhitzens strömt Wasser durch das Innere des Rohres. Dies dient zwei Zwecken: erstens hält es das Innere des Rohres bei einer geringeren Temperatur, während der äußere Bereich erhitzt wird, und zweitens schreckt es das gesamte Rohr sehr schnell ab, wenn die Heizenergie abgeschaltet wird. Es ist wichtig, zu erkennen, daß der innere Abschnitt des Rohrman­ tels nicht beträchtlich erhitzt wird. Weitere Einzelheiten des Induktions-Heizverfahrens finden sich in der US-PS 4,576,654 von Eddens, die durch Bezugnahme für alle Zwecke hier aufgenommen wird. Diese selektive Heizstufe verleiht dem Außenbereich des Substrates Korrosionsbeständigkeit, indem es darin feine Ausscheidungen erzeugt.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein zweiter Durchgang des Kaltumformens mit einem Pilgerwalzwerk (diesmal bis zu 74%) ausgeführt. Um die durch diese zweite Durchgangsstufe der Kaltumformung induzierte Spannung zu entfernen, wird ein weiteres Glühen (wieder etwa 2 Stunden bei 593°C) ausge­ führt. Schließlich wird ein dritter Durchgang des Kaltum­ formens wie oben ausgeführt. Dies verringert das Rohr zu seiner Endgröße, etwa 1,25 cm (1/2 inch) Außendurchmesser mit einer nominellen Wandstärke von grob 0,75 mm (30 mils). Danach wird fünf Minuten bei 825°C diffusionsgeglüht.

Dieses Rohr wird in Längen für Brennstäbe [d. h. etwa 427 cm (14 feet) lang] zerschnitten und abschließend rekri­ stallisationsgeglüht für etwa 2 Stunden bei 577°C. Alterna­ tiv könnte das Endglühen ein Entspannungsglühen sein, das bei irgendeiner Temperatur zwischen etwa 480 bis 577°C aus­ geführt wird. Nach dem Endglühen ist das Rohr fertig zum Einsatz im Reaktor.

Der Fachmann wird erkennen, daß verschiedene Stufen zusätzlich zu den oben aufgeführten ausgeführt wurden. So wird zum Beispiel ein chemisches Ätzen angewandt, um Ober­ flächenfehler, die durch das Rohrreduktions-Walzwerk verur­ sacht werden, zu entfernen. Weiter wird häufig ein Begradi­ gen von Rohren mit für diesen Zweck vorgesehenen Vorrich­ tungen ausgeführt. Zusätzlich werden verschiedene zerstö­ rungsfreie Tests, wie Korrosionstests und Ultraschalltests, auf Rißfehler in der Oberfläche ausgeführt. Dies ist keine erschöpfende Liste, sondern dient nur der Beschreibung ei­ niger Schritte, die benutzt werden können.

Das Verbundrohr dieser Erfindung kann benutzt werden zur Herstellung von Kernbrennstäben, indem man erst einen Verschluß an einem Ende des Hüllrohres befestigt, so daß nur ein offenes Ende verbleibt. Der fertige Brennstab wird dann hergestellt durch Füllen des Hüllbehälters mit Kern­ brennstoffmaterial, Einführen einer das Kernbrennstoffma­ terial zurückhaltenden Einrichtung in den Hohlraum, Evaku­ ieren des Inneren des Hüllrohres, Unterdrucksetzen des In­ neren mit Helium, Aufbringen eines Verschlusses auf das of­ fene Ende des Behälters und Verbinden der Enden des Hüllbe­ hälters mit dem Verschluß, um eine feste Dichtung dazwi­ schen zu bilden.

IV. Schlußfolgerung

Obwohl die vorliegende Erfindung für ein klares Ver­ stehen in einigen Details beschrieben worden ist, wird klar sein, daß gewisse Änderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können. Obwohl die Beschreibung drei oder vier Durchgänge des Kaltumformens erwähnt hat, können andere geeignete Ver­ fahren mit mehr oder weniger Kaltumformungs-Durchgängen ebenso benutzt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Hüllrohres mit einem äußeren Substrat, einer Zwischensperrschicht aus Zirkonium und einer inneren Auskleidung aus einem Legierungsrohr für das äußere Substrat, einer Zirkoniumhülse und einer Legie­ rungshülse für die innere Auskleidung, wobei jede der Kom­ ponenten Legierungsrohr für das äußere Substrat, Zirkonium­ hülse und der Legierungshülse für die innere Auskleidung jeweils innere und äußere Umfangsoberflächen aufweisen und das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:

• (a) Verbinden der äußeren Umfangsoberfläche der Le­ gierungshülse für die innere Auskleidung mit der inneren Umfangsoberfläche der Zirkoniumhülse zur Bildung einer Hülse aus Sperre und innerer Auskleidung;
• (b) Verbinden der äußeren Oberfläche der Zirkonium­ hülse auf der Hülse aus Sperre und innerer Auskleidung mit der inneren Umfangsoberfläche des Legierungsrohres für das äußere Substrat zur Bildung des Hüllrohres, wobei das Le­ gierungsrohr für das äußere Substrat das äußere Substrat, die Zirkoniumhülse die Zwischensperrschicht aus Zirkonium und die Legierungshülse für die innere Auskleidung die in­ nere Auskleidung wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin mindestens eine der Stufen (a) und (b) eine Strangpreßstufe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin beide Stufen (a) und (b) Strangpreßstufen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Ver­ bindens der äußeren Umfangsoberfläche der Legierungshülse für die innere Auskleidung mit der inneren Umfangsoberflä­ che der Zirkoniumhülse die folgenden Stufen einschließt:
Ausführen eines heißisostatischen Pressens der Legie­ rungshülse für die innere Auskleidung und der Zirkonium­ hülse und
Coextrudieren der Legierungshülse für die innere Aus­ kleidung und der Zirkoniumhülse.

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Stu­ fe des Wärmebehandelns der Hülse aus Sperre und innerer Auskleidung, wobei einige Legierungselemente aus der Legie­ rungshülse für die innere Auskleidung in die Zirkoniumhülse diffundieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend mehrere Rohrreduktionsstufen.

7. Verfahren zum Herstellen eines Hüllrohres mit einem äußeren Substrat, einer Zwischensperrschicht aus Zirkonium und einer inneren Auskleidung aus einem Legierungsrohr für das äußere Substrat, einer Zirkoniumhülse und einer Legie­ rungshülse für die innere Auskleidung, wobei jede der Kom­ ponenten Legierungsrohr für das äußere Substrat, Zirkonium­ hülse und Legierungshülse für die innere Auskleidung innere und äußere Umfangsoberflächen aufweisen und das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:

• (a) Verbinden der äußeren Umfangsoberfläche der Zir­ koniumhülse mit der inneren Umfangsoberfläche des Legie­ rungsrohres für das äußere Substrat zur Bildung einer Hülse aus Substratrohr und Sperre;
• (b) Verbinden der äußeren Umfangsoberfläche der Le­ gierungshülse für die innere Auskleidung mit der inneren Umfangsoberfläche der Zirkoniumhülse der Hülse aus Sub­ stratrohr und Sperre zur Bildung des Hüllrohres, wobei das Legierungsrohr für das äußere Substrat das äußere Substrat, die Zirkoniumhülse die Zwischensperrschicht aus Zirkonium und die Legierungshülse für die innere Auskleidung die in­ nere Auskleidung wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin mindestens eine der Stufen (a) und (b) eine Stangpreßstufe ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Stufe des Ver­ bindens der äußeren Umfangsoberfläche der Zirkoniumhülse mit der inneren Umfangsoberfläche des Legierungsrohres für das äußere Substrat die folgenden Stufen einschließt:
Ausführen eines heißisostatischen Pressens des Legie­ rungsrohres für das äußere Substrat und der Zirkoniumhülse und
Coextrudieren der Legierungshülse für das äußere Sub­ strat und der Zirkoniumhülse.

10. Verfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend eine Stu­ fe des Wärmebehandelns der Hülse aus Substratrohr und Sper­ re, wobei einige Legierungselemente aus dem Legierungsrohr des äußeren Substrates in die Zirkoniumhülse diffundieren.