DE2608824A1 - Verfahren zur antikorrosionsbehandlung von zirkoniumlegierungen - Google Patents

Description

Aktiebolaget ASEA-ATOM, Västeras/Schweden

Verfahren zur Antikorrosionsbehandlung von Zirkoniumlegierungen

Die Erfindung bezieht sich, auf ein Verfahren zur Antikorrosionsbehandlung von Blech aus einer beispielsweise für Reaktorzwecke bestimmten Zirkoniumlegierung.

Die Lebensdauer eines aus einer Zirkoniumlegierung hergestellten Gehäuses eines für einen Siedereaktor bestimmten Brennelementenbündels ist von der mit der Zeit auftretenden plastischen Verformung des Gehäuses, der sogenannten Kriechdehnung, abhängig. Diese Kriechdehnung wird aufgrund des durch Korrosion auftretenden Materialverschleißes sehr beschleunigt.

Es ist bekannt, daß Zircaloy-Bleche, die einer Wärmebehandlung in Form einer Erwärmung auf 900⁰C unterzogen wurden, wobei die Verhältnisse in einem Siedereaktor imitiert wurden, wie es von der "American Society for Testing and Materials" empfohlen wird, einen Verlust ihrer Korrosionsfestigkeit um ca. 10 $> erlitten haben. Aus diesem Grunde wurde von der genannten Wärmebehandlung abgeraten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

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Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Uhteransprüchen genannt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wesentliche Verringerung der Korrosion dadurch erzielt werden kann, daß man normalerweise vorkommende Zirkoniumlegierungen, beispielsweise Blech unter dem Handelsname η' Zircaloy, auf eine Temperatur von mindestens 900 C erwärmt. Da Zircaloy bei hoher Temperatur außerordentlich schnell oxydiert, ist es bei einer solchen Antikorrosionsbehandlung notwendig, daß sowohl die Erwärmung wie das Abkühlen schnell erfolgen. Vorzugsweise läßt man im Temperaturbereich über 500⁰C höchstens 60 Sekunden beim Erwärmen zu. Danach muß die Temperatur in höchstens 60 Sekunden unmittelbar um 200⁰C gesenkt werden können.

Der Erfindung liegen Untersuchungen an Zircaloy-Blechen zugrunde, die während mehrerer Jahre tatsächlich in einem in Betrieb befindlichen Siedereaktor verwendet wurden. Dabei zeigte sich das im Vergleich zu den eingangs genannten Untersuchungen überraschende Ergebnis, daß durch die Wärmebehandlung eine Steige-

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rung der Korrosionsfestigkeit um den Faktor 3 — 4 erzielt wurde.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 einen Vertikal schnitt durch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird beim Kühlen des erwärmten Zircaloy-Bleches kein Kühlmittel verwendet.

Fig. 2 einen Vertikal schnitt durch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Kühlung mittels Kühlgas, das auf das Zircaloy-Bleeh geblasen wird.

Fig. 3 ein geschätztes Stromlinienbild in Form eines Schnittes senkrecht zur Vorschubrichtung des Bleches. Dac Stromlinienbild vermittelt eine Illustration der Konvektion in der Hähe eines horizontalen Bleches mit hoher Temperatur von beispielsweise 900⁰C.

Fig. 4 die geschätzte Temperaturverteilung über die Blechbreite beim Kühlen gemäß Fig. 1, d.h. ohne Verwendung einer Kühlgasblasanordnung.

Fig. 5 die Stromlinienbilder bei forcierter Abkühlung durch Gas gemäß der Erfindung.

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In Pig. 1 bezeichnet 1 ein 4 mm dickes, gewalztes Blech, aus einer .Zirkoniumlegierung· mit dem Handelsnamen Zircaloy-4. Das Blech wird mit Hilfe von Förderwalzen 2 durch eine Spule 3 geführt, die an einen Hochfrequenzgenerator 4 angeschlossen ist, dessen Frequenz in dem Bereich von 0,2 - 30 IiHz einstellbar ist. Die Y/alzen 2 können mit einer Umfangsgeschwindigkeit in einem verstellbaren Bereich von 0,5-3 ffl/s angetrieben werden. Bevor das Blech die Spule 3 passiert, hat das Blechmaterial über den ganzen Querschnitt eine-cL-Struktur. Nachdem die Spule 3 passiert ist, bekommt die Blechschicht 5 eine sogenannte Wiedmanstattenstruktur, die eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit bewirkt. Im Mittelabschnitt des Blechquerschnittes erfolgt indessen keine wesentliche Strukturveränderung. In jedem Augenblick wird ein gev/isser ieil der Oberfläche des Bleches 1 erwärmt, indem man diesem eine mittlere Leistung zuführt, die mindestens 1 kW/cm beträgt. Der genannte Oberflächenteil ist in Bewegungsrichtung des Bleches relativ klein; er beträgt normalerweise weniger als 3 cm, vorzugsweise weniger als 1 cm.

Statt der gezeigten Spule 3 kann man eine Spule benutzen, die mit einer ihrer Stirnseiten auf die Ober- oder Unterseite des Bandes gerichtet ist.

Bei einer Induktionserwärmung wie sie beispielsweise in den Figuren dargestellt ist, nimmt die Eindringtiefe des magnetischen Flusses mit zunehmender Frequenz ab. Wählt man eine hohe Frequenz und eine hohe Leistung, so wird nur eine Oberflächenschicht des Zircaloybleehes erwärmt. Wenn daher das

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BIecli die Induktionsspule passiert hat, erhält man in der Oberflächenschicht eine sehr schnelle !temperaturSenkung, da die Oberfl äelienivärme sehneil in die tieferen Schichten des Bl&ches abgeleitet wird. Auf diese Weise entstehen keine Oxidationsprobleöie und kein die Festigkeit herabsetzendes Wachstum dir Korngröße,- Me Abkühlung ist sehr gleichmäßig und verursacht kein© Veiforiaung des Bleches»

Stench kann gemäß der Erfindung auch über den ganzen Querschnitt erwärmt werden, so daß man im ganzen Querschnitt eine Strukturveränderung erhält. Dabei ist es- auch bei der Verwendung eines Kühlmittels - schwierig, die Blechoberfläche schnell genug abzukühlen, ohne daß das Zirealovbleeh verformt wird. Eine derartige Verformung wird bei der obengenannten zweiten: Ausführungsförm der Erfindung vermieden· Ia dem Diagramm gemäß lüg« 4 ist die temperatur auf der Ordinate wad der Abstand 1 von einer Blechkante bis zu dem betreffenden Punkt auf der Abrisse aufgetragen. Sie femperaturverteilung auf der Unterseite des Bleches wird von der Kurve 18 und die auf der Oberseite durch die Kurve 19 besehrieben* Aus den Kurven ist ersichtlich, daß die Unterseite des Bleches eine höhere Temperatur als die Oberseite hat wia daß die Blechkanten schneller als die Blechmitte abgekühlt werden und demzufolge eine niedrigere Temperatμr annehmen· Dies hat eine starke Verformung des Bleches zur Folge* Bei forcierter luftkühlung gemäß der Erfindung, wie sie F±g# 5 Beigt, nähert man sich den idealen Verhältnissen, bei welchen die entsprechenden Temperaturkurven (nicht gezeigt) die Form von zwei geraden,.

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horizontalen Linien haben, die etwas voneinander entfernt liegen.

In den Figuren 2 und 5 bezeichnet 11 ein Blech aus einer Zirkoniumlegierung. Das Blech wird mit Hilfe von Förderwalzen 12 durch eine Spule 13 geführt, die an einen Hochfrequenzgenerator 14 angeschlossen ist, dessen Frequenz im Bereich von 1 - 1000 kHz liegt. Die Walzen 12 können mit einer Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 0,1 -30 cm/s angetrieben werden. Kühlgas, vorzugsweise ein inertes Gas, wie z.B. Argon, wird mittels der Ausblaskästen 16, 17, die mit senkrecht auf das Blech gerichteten Blasdüsen versehen sind, auf das Blech geblasen, wobei jeder der senkrecht auf das Blech gerichteten Luft ströme eine Breite d hat, die 10 - 80 °ß> der Blechbreite D beträgt. Ungefähr die Hälfte der Düsen ist auf jeder Seite einer Vertikalebene angeordnet, welche durch die in Vorschubrichtung des Bleches verlaufende Mittellinie geht. Die Walzen 12 sind vorzugsweise gekühlt, und zwar entweder durch durchströmendes Kühlwasser oder mit Hilfe eines auf die Walzenoberfläche gerichteten Kühlgasstromes.

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Claims (6)

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   Patentansprüche t

   iy Verfahren zur Antikorrosionsbehandlung von Blech aus einer beispielsweise für Reaktorzwecke bestimmten Zirkoniumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech zonenweise auf eine Temperatur von mindestens 900 C erwärmt wird, wobei die Temperaturerhöhung von 500 C bis auf diese Temperatur höchstens 60 Sekunden dauert, und daß anschließend jede erwärmte Zone unmittelbar einer Temperatursenkung von mindestens 200⁰C innerhalb einer Zeit von höchstens 60 Sekunden,unterworfen wird. :
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech nur in der Oberflächenschicht erwärmt wird, wobei die Temperaturerhöhung in tieferen Schichten des Bleches nicht ausreicht, um in diesen Schichten eine nennenswerte Strukturänderung zu bewirken.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenschicht auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird, indem das Blech mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 m/s an einer Induktionsspule vorbeigeführi; wird, die von einem Hochfrequenzgenerator mit einem Strom mit einer frequenz von mindestens 0,5 MHz gespeist wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß

   die genannte Frequenz 0,5 - 30 MHz, die genannte Geschwindigkeit 1-5 m/s und die vom Hochfrequenzgenerator an das Blech, abgegebene momentane Leistung mindestens 1 kW/cm beträgt.

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5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte TemperaturSenkung mit Hilfe einer forcierten Gaskühlung herbeigeführt wird, wobei ein Mittelfeld von mindestens 10 $> der Blechbreite einem von einer Blaseanordnung im wesentlichen senkrecht auf das Blech gerichteten Gasstrom ausgesetzt wird, der im Durchschnitt mindestens 50 fo pro Flächeneinheit größer ist als der entsprechende Wert des Bleches im übrigen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech mit einer Geschwindigkeit von 0,1-30 cm/s an einer Induktionsspule vorbeigeführt wird, die mit einem Strom gespeist ist, dessen Frequenz im Bereich 1 - 1000 kHz liegt.

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