DE3429567A1

DE3429567A1 - Verfahren zum stabilisieren der korrosionsfestigkeit eines huellrohres aus einer zirkoniumlegierung fuer einen kernreaktorbrennstab

Info

Publication number: DE3429567A1
Application number: DE19843429567
Authority: DE
Inventors: Eckard 8520 Erlangen Steinberg
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1986-02-20
Also published as: EP0171684A1; JPS6148560A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab durch Bewegen einer Glühzone in Längsrichtung durch das Hüllrohr und nachfolgendes Abschrecken mit einem Kühlmittel.

Dieses Verfahren ist als sogenanntes " ß- Quenchen" bekannt. In der Zirkoniumlegierung sind nach dem Ziehen oder Pilgern des Hüllrohres Sekundärausscheidungen mit Legierungsbestandteilen wie z.B. Eisen, Chrom und/oder Nickel vorhanden, die Partikel in der Matrix der Zirkoniumlegierung bilden, einen verhältnismäßig großen mittleren Durchmesser im Bereich von 0.01 bis 0.05 /um haben, die technologischen Eigenschaften der Zirkoniumlegierung wie z.B. ihre Härte und Festigkeit beeinflüssen und ein anderes Korrosionsverhalten als die Matrix der Zirkoniumlegierung zeigen. Diese Partikel können die Keimzellen für örtlich erhöhte Oberflächenkorrosion, der sogenannten Nodularkorrosion am Hüllrohr eines in einem Kernreaktor eingesetzten Kernreaktorbrennstabes sein. Die erhöhte Oberflächenkorrosion führt zur Ausbildung von örtlichen Oxidpusteln am Hüll-

02.08.1984 ¥1 2 Ant

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rohr des Kernreaktorbrennstabes, an denen schließlich im Extremfall das Hüllrohr des Kernreaktorbrennstabes durchkorrodieren kann. In der Glühzone werden beim ^Mß - Quenchen" die Sekundärausscheidungen aufgelöst, und beim nachfolgenden Abschrecken bilden sich nur sehr kleine und fein verteilte Sekundärausscheidungen, die nicht mehr Ausgangszellen für Nodularkorrosion sind.

Das ^ttß - Quenchen¹¹ führt jedoch zu Verwerfungen (Dimensionsveränderungen) des Hüllrohres, die für die Fertigung von Kernreaktorbrennstäben unzulässig sind. Das ^Mß - Quenchen" konnte daher nicht am Fertigrohr durchgeführt werden, sondern mußte in eine Zwischenstufe bei der Rohrherstellung gelegt werden. Beim notwendigerweise nachfolgenden Verformen des Rohres durch Ziehen oder Pilgern konnten dann aber Brüche der Rohrwand auftreten. Auch begünstigt dieses nachfolgende Verformen wieder die Bildung von gröberen lokalen SekundärausScheidungen in der Zirkoniumlegierung des fertigen Hüllrohres.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Brüche und Vergröberungen der SekundärausScheidungen im fertigen Hüllrohr zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr beim Glühen und Abschrecken in Umdrehung um die Rohrachse versetzt und beiderseits der Glühzone geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten wird.

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Es wurde gefunden, daß auf diese Weise Verwerfungen des Hüllrohres vermieden werden, so daß das "ß - Quenchen" nicht mehr in Zwischenstufen der Hüllrohrfertigung gelegt zu werden braucht, sondern am fertigen Hüllrohr durchgeführt werden kann.

Es ist günstig, wenn beim Abschrecken mit dem Kühlmittel auf der Hüllrohraußenfläche ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt wird. Dadurch wird die Außenoberfläche des Hüllrohres zusätzlich gegen Korrosion in einem Kernreaktor geschützt.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

In der Zeichnung ist schematisch eine Einrichtung zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres 2 dargestellt, das aus einer mit Zircaloy 2 bezeichneten Zirkoniumlegierung besteht, die 1.2 bis 1.7 Gew. % Zinn, 0.07 bis 0.2 Gew. % Eisen, 0.05 bis 0.15 Gew. % Chrom, 0.03 bis 0.08 Gew. % Nickel, 0.07 bis 0.15 Gew. % Sauerstoff und den Rest Zirkonium enthält.

Dieses Hüllrohr 2 wird durch zwei Paare schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 geradlinig mit genau fluchtender Längsachse gehalten. Mit diesen Paaren schräggestellter Antriebsrollen 3,4; und 5;6 wird das Hüllrohr 2 ferner in Umdrehung um seine Längsachse versetzt und außerdem in Richtung dieser Längsachse d.h. in Richtung des Pfeiles 7 vorbewegt.

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Zwischen den Paaren schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 ist ein Quarzrohr 8 angeordnet, durch das das Hüllrohr 2 koaxial geführt ist und das innen mit Argon oder Helium gespült wird, so daß die Zirkoniumlegierung des Hüllrohres keinen Luftstickstoff aufnehmen kann. Außen auf dem Quarzrohr 8 befindet sich eine koaxiale Induktionsheizspule, die an einem

elektrischen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist und mit der im Hüllrohr 2 innerhalb des Quarzrohres 8 eine Glühzone erzeugt wird, in der die Zirkoniumlegierung eine Temperatur im Bereich von 900 bis 1200⁰C hat.

Am Ende des Quarzrohres 8, an dem das Hüllrohr 2 aus dem Quarzrohr 8 austritt, ist eine zum Quarzrohr 8 und zum Hüllrohr 2 koaxiale Ringdüse 9 angebracht, die auf der inneren Mantelfläche dem Hüllrohr 2 zugewandte Düsenöffnungen aufweist.

Das Hüllrohr 2 wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 bis 10 mm pro Sekunde durch den Quarzzylinder 8 hindurch in Richtung seiner Längsachse bewegt. Zugleich vollführt das Hüllrohr 2 um seine Längsachse eine Umdrehung mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit im Bereich von 200 bis 2000 Umdrehungen pro Minute. Das aus dem Quarzzylinder 8 austretende Hüllrohr 2 wird vom Düsenring 9 mit einem Kühlmittel besprüht, das beispielsweise Wasserstoffperoxid enthaltendes Wasser sein kann. Mit dem Wasserstoffperoxid wird außen auf dem

Hüllrohr 2 ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt. Als Kühlmittel kann auch Sauerstoff enthaltendes Inertgas, z.B. Sauerstoff enthaltendes Argon oder Helium verwendet werden, wenn die Abkühlgeschwindigkeit des aus dem Quarzzylinder 8 austretenden Hüllrohres 2 nicht zu hoch gewählt sein soll.

Die Vorschubgeschwindigkeit des Hüllrohres 2 im Bereich von 1 bis 10 mm pro Sekunde in Richtung des Pfeiles 7 bedeutet, daß die mit der Induktionsspule 10 im Hüllrohr 2 erzeugte Glühzone mit der gleichen Vorschubgeschwindigkeit durch in das Hüllrohr 2 bewegt wird. Durch die Umdrehung des Hüllrohres 2 um seine Längsachse wird an der Glühzone eine über dem Rohrumfang gleichmäßige Temperaturverteilung im Hüllrohr 2 erzielt, das überdies durch die Paare schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten ist, so daß das Hüllrohr 2, wenn es schließlich die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung verlassen hat,nicht nur gegen Korrosion stabilisiert ist, sondern auch keine Deformationen aufweist d.h. geradlinig ist und einen kreisrunden Innen- und Außenquerschnitt aufweist.

5 Patentansprüche
1 Figur

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab durch Bewegen einer Glühzone in Längsrichtung durch das Hüllrohr und nachfolgendes Abschrecken mit einem Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (2) beim Glühen und Abschrecken in Umdrehung um die Rohrachse versetzt und beiderseits der Glühzone geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschrecken mit dem Kühlmittel auf der Hüllrohraußenfläche ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß als Kühlmittel Wasserstoffperoxid enthaltendes Wasser verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Kühlmittel Sauerstoff enthaltendes Inertgas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke nnzeichnet, daß eine Vorschubgeschwindigkeit der Glühzone im Bereich von 1 bis 10 mm/Sekunde und eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Hüllrohres im Bereich von 200 bis 2000 Umdrehungen pro Minute gewählt wird.