EP0673691A1 - Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrôle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium - Google Patents

Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrôle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium Download PDF

Info

Publication number
EP0673691A1
EP0673691A1 EP95420069A EP95420069A EP0673691A1 EP 0673691 A1 EP0673691 A1 EP 0673691A1 EP 95420069 A EP95420069 A EP 95420069A EP 95420069 A EP95420069 A EP 95420069A EP 0673691 A1 EP0673691 A1 EP 0673691A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zirconium
zircaloy
billet
composite
alpha
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP95420069A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0673691B1 (fr
Inventor
Philippe Moinard
Yvon Millet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA
Original Assignee
Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA filed Critical Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA
Publication of EP0673691A1 publication Critical patent/EP0673691A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0673691B1 publication Critical patent/EP0673691B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a tubular zircaloy blank 2 clad internally with zirconium and intended for the production of composite cladding tubes for nuclear fuel.
  • the internal zirconium coating constitutes a barrier to the fission products and to the hydrogen generated in the fuel which have an embrittling action on the external zircaloy cladding 2 and therefore the thickness of this coating must be precisely controlled and reproducible.
  • the regularity of the thickness of the internal zirconium layer of Zy2 / Zr composite cladding tubes for nuclear fuel is an essential characteristic which should therefore be checked with great precision and systematically on each cladding tube and by the made on each composite tubular blank from which it originated.
  • the numerous aberrant measurements generally corresponded to anomalies in the reflection of the interface, distributed randomly along each tubular blank, each of the points of the surface of which describes, during the control, a helix whose pitch is defined by the rotational speed and advance of the blank.
  • FIG 1 schematic representation of the steps of the closest prior art method.
  • FIG. 1 schematic representation of the same process including the embodiment of the invention consisting in performing after quenching the zircaloy bar 2 additional forging in the alpha domain.
  • Figure 3 schematic representation of the same process including the 2nd embodiment of the invention consisting in carrying out after quenching the drilling of the zircaloy billet 2 by press spinning according for example to the process described in FR 2 685 881.
  • Figure 4 schematic representation of the same process including the 3rd embodiment of the invention consisting in carrying out a recrystallization heat treatment on a billet of unalloyed zirconium after spinning in the alpha domain.
  • Figure 5 schematic representation of the same process including the 4th embodiment of the invention consisting in performing at least one recrystallization heat treatment on the composite tubular blank.
  • the external zircaloy 2 component is obtained after Al working of a bar full of Zy2 up to the diameter of 177 mm (150 mm ⁇ ⁇ 200 mm) which, after heating A2 for 1 hour at 1050 ° C, is quenched A3 with possible annealing A4 for 3 to 5 hours between 750 ° C and 780 ° C. After cutting the bar into billets, they are machined A5 and drilled ( 168 mm, 78.8 mm).
  • the internal component of unalloyed zirconium is obtained by working B2 of an ingot of zirconium melted under vacuum B1, the iron content of which is between 250 and 1000 ppm.
  • B2 the iron content of which is between 250 and 1000 ppm.
  • B3 After cutting the forged bar into 172 mm diameter billets (150 ⁇ ⁇ 200 mm) these are heated between 880 ° C and 1050 ° C to be quenched B3 then machined B4 ( 168 mm - 51 mm) before being extruded B5 in the alpha range with diameters 82 mm and 47 mm in the form of tubes; each tube being machined at 78.8 mm and 48 mm before positioning for C1 assembly inside the substantially coaxial hole of the zircaloy billet 2 machined and drilled.
  • the assembly C1 thus formed is spun C2 in the alpha domain, preferably around 600 ° C, to obtain a composite extruded blank ( 80 mm, 48 mm) which is cold rolled C3 to 63.5 mm and 41.5 mm to give a composite tubular blank subjected to a possible final heat treatment. Under these conditions and as previously indicated, only 30% of the thickness measurements of the internal zirconium cladding can be used.
  • a first solution shown diagrammatically in FIG. 2, to improve the regularity of the Zy2 / Zr interface and above all to create an index difference of grain size ⁇ I at least equal to 2, consists in performing after quenching A3 of the zircaloy 2 bar a working in the alpha domain causing a very significant refinement of the grain size of zircaloy 2 at the roughing stage which is preserved after C1 assembly, C2 spinning and C3 rolling of the composite tubular blank, and allowing to significantly regularize the Zy2 / Zr interface.
  • the alpha hardening of an already wrought bar A'1 is carried out by forging or rolling to a diameter of approximately 300 mm ( 250 to 350 mm) and not 177 mm (150 to 200 mm) according to the prior art.
  • the diameter of the bar is reduced by forging A4 in alpha phase 177 mm before cutting, machining and drilling the A5 billets ready for assembly C1 and transformation according to the prior art.
  • the second solution shown schematically in fig. 3, makes it possible to improve the regularity of the Zy2 / Zr interface of composite tubular blanks just as significantly and above all to obtain ⁇ I ⁇ 2. It consists in acting on the grain size of the solid or pre-drilled billets of zircaloy 2 after quenching.
  • A3 and optionally annealed A4 by performing a drilling operation by spinning with the press A'4 between 400 ° C and 600 ° C according to the process described in patent FR 2,685,881 relating to the manufacture of zirconium-based duplex and triplex tubes.
  • This process recommends using a conventional direct spinning press the spinning with discharge on a zirconium or zirconium alloy billet punch to improve and regularize the internal surface structure of the tubular element to be produced.
  • the Applicant has found experimentally that the regularity of the interface closely depends on the micrographic structures of the 2 components of the assembly before spinning and that the interface resulting from said assembly was all the more irregular as the phase needles ex beta, originating from quenching from the beta domain of zircaloy 2 were wider.
  • a particularly effective working of the internal face of the Zy2 blank is obtained which will be placed in contact with the external face of the tubular blank in unalloyed Zr.
  • a third solution shown diagrammatically in FIG. 4, also leads to perfectly acceptable precision and reproducibility of the measurements and consists in specifically favoring the magnification of the grain of the unalloyed zirconium blank during its preparation by a heat treatment of specific recrystallization B'5 of the tubular zirconium blank after spinning in the alpha B5 domain.
  • This heat treatment is carried out at a sufficient temperature 500 ° C to 780 ° C for 1 hour to 4 hours and preferably at 730 ° C for 3 hours, to obtain a grain magnification whose ASTM index is between 4 and 6 .
  • a 4th solution a little less effective but easy to carry out indistrially, is shown diagrammatically in FIG. 5. It consists in performing on the composite tubular blank either a recrystallization annealing C'2 after assembly C1, spinning C2 according to the prior art, or a recrystallization annealing C4 after assembly C1, spinning C2, optionally a recrystallization annealing C'2 then rolling C3.
  • This recrystallization annealing C'2 and / or C4 is carried out under such conditions, generally 1 to 3 hours between 700 ° C and 730 ° C, that an internal grain size index of at least 7 and preferably 8 while retaining on the external zircaloy sheath 2 a grain size index of at least 9 and preferably 10 with a difference in index ⁇ I ⁇ 2.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et destinée à l'élaboration de tubes-gaines composites pour combustible nucléaire. Le placage intérieur en zirconium est rendu apte au contrôle ultrasonore d'épaisseur par un traitement thermomécanique approprié intervenant à une ou à plusieurs étapes d'élaboration de ladite ébauche et dont le but est de régler la taille de grain selon l'indice ASTM entre 9 et 12 sur le ziraloy 2 et entre 6 et 10 sur le zirconium non allié en conservant une différence de taille de grain entre le zircaloy 2 et le zirconium non allié d'au moins 2 indices ASTM.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et destinée à l'élaboration de tubes-gaines composites pour combustible nucléaire. Le revêtement interne en zirconium constitue une barrière aux produits de fission et à l'hydrogène engendrés dans le combustible qui ont une action fragilisante sur la gaine externe en zircaloy 2 et de ce fait l'épaisseur de ce revêtement doit être contrôlée de façon précise et reproductible.
    • ART ANTERIEUR
  • La régularité de l'épaisseur de la couche interne en zirconium des tubes-gaines composites Zy2/Zr pour combustible nucléaire est une caractéristique essentielle qu'il convient donc de contrôler avec une grande précision et de façon systématique sur chaque tube-gaine et par le fait sur chaque ébauche tubulaire composite dont elle est issue.
  • A cet effet, il est nécessaire de faire appel à des méthodes industrielles de contrôle non destructif réputées précises et fiables mais aussi faciles à mettre en oeuvre et rapides, s'agissant de contrôler l'épaisseur du placage interne en zirconium de chaque ébauche tubulaire composite sur toute sa longueur.
  • Ainsi des méthodes de contrôle d'épaisseur par courant de Foucault ont été utilisées, notamment par M. IWASAKI, N. SUZUKI, Y. NISHIMOTO, M. KOTAN et N. FUJII dans leur publication p. 447-452 de NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN 94 (1986). Ces méthodes bien adaptées aux mesures d'épaisseur de quelques dixièmes de millimètre des tubes-gaines composites deviennent imprécises et donc inadaptées pour des épaisseurs de 1 mm et plus. Dans le cas présent elles ne couvrent pas la totalité de la plage des épaisseurs de placage interne en Zr des ébauches de tubes-gaines composites qui peuvent varier de 0,5 mm à 1,5 voire 2 mm.
  • Si les méthodes de contrôle d'épaisseur par ultrason des tubes-gaines composites en alliage Zr/Zr, ont été longtemps considérées comme trop imprécises en raison de la trop faible différence d'impédance acoustique entre le zirconium pur et le zirconium allié, des progrès significatifs ont été accomplis récemment dans ce domaine,
    • soit en accentuant l'effet d'interface dans le matériau par création entre les 2 couches d'une couche intermédiaire à base de graphite et de méthylcellulose selon JP-58199139 mais cela conduit sauvent à modifier très sensiblement les conditions d'élaboration du produit avec le risque d'altérer certaines de ses propriétés ou simplement d'augmenter son coût de production
    • soit en améliorant la précision et la reproductibilité des mesures ultrasonores, elles-mêmes, par la mise en oeuvre de moyens plus adaptés comme ceux décrits dans EP 0429854A, US 49921440 et surtout EP 335808B préconisant le contrôle ultrasonore d'épaisseur du placage interne par l'extérieur du tube au moyen d'un transducteur focalisant bien amorti, de fréquence principale de résonnance comprise entre 4 et 20 MHz, utilisé en émission réflexion et muni des moyens électroniques appropriés à la détection d'au moins un écho double de l'interface placage/âme du tube, de moyens indépendants de positionnement en distance et en orientation par rapport au tube à contrôler ainsi que de moyens de suivi de cette position pour des tubes successifs du même type.
  • Ces perfectionnements, tout en augmentant la sensibilité des mesures ultrasonores d'épaisseur du placage interne en Zr dans les tubes composites alliage de Zr/Zr, se sont avérés encore insuffisants pour une détermination précise et fiable de l'épaisseur du placage Zr dans les tubes composites Zircaloy 2/Zr car la différence relative des impédances acoustiques entre Zircaloy 2 et Zr reste inférieure à 2%. C'est tout particulièrement le cas pour les ébauches tubulaires et tubes composites élaborés selon le procédé décrit dans FR 2579122 qui préconise un affinement du grain du revêtement interne en Zr en vue d'améliorer son état de surface et cela par réglage de la teneur en fer du lingot de Zr entre 250 et 1000 ppm, en combinaison avec une trempe à l'eau des billettes issues du lingot corroyé de Zr à partir d'une température comprise entre 880°C et 1050°C.
  • La mauvaise qualité du signal ultrasonore observé s'est traduite, lors de l'exploration circonférentielle dynamique de l'ébauche tubulaire ou du tube composite selon le procédé EP 335808B, par des pertes de signal dans différentes zones où la mesure d'épaisseur n'a pu de ce fait se réaliser.
    • OBJET DE L'INVENTION
  • A partir d'un premier constat expérimental que la fiabilité des mesures ultrasonores d'épaisseur du placage Zr des ébauches tubulaires obtenues notamment selon le procédé FR 2579122 précédemment décrit était fonction de paramètres métallurgiques dépendant étroitement du mode d'élaboration, la demanderesse a recherché et mis au point un procédé de fabrication d'ébauches tubulaires en zircaloy 2 plaquées intérieurement en zirconium qui soient aptes au contrôle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium.
  • Plus précisément l'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire composite en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium comportant selon l'art antérieur les étapes essentielles suivantes:
    • a) trempe à l'eau à partir du domaine bêta d'une barre corroyée de zircaloy 2, avant ou après découpe en billettes percées ou non, et suivie d'un éventuel recuit
    • b) trempe à l'eau d'une billette en zirconium non allié de teneur en fer comprise entre 250 et 1000 ppm, avant ou après perçage, à partir d'une température comprise entre 880°C et 1050°C
    • c) extrusion dans le domaine alpha sous forme de tube de la billette en zirconium
    • d) positionnement du tube de zirconium à l'intérieur de la billette percée en zircaloy 2 et assemblage
    • e) extrusion de l'assemblage ainsi obtenu dans le domaine alpha sous forme d'ébauche extrudée composite
    • f) laminage à froid et traitement thermique de l'ébauche extrudée composite pour obtenir une ébauche tubulaire composite constituant le tube-gaine composite Zy2/Zr, caractérisé en ce que, au moyen d'un traitement thermomécanique approprié de la barre de zircaloy 2 corroyée dans le domaine alpha après trempe à l'eau à partir du domaine bêta, et/ou de la billette trempée de zircaloy 2, éventuellement recuite et percée, et/ou de la billette en zirconium non allié après extrusion sous forme de tube dans le domaine alpha, et/ou de l'ébauche tubulaire composite après laminage à froid, on règle la taille de grain selon l'indice ASTM entre 9 et 12 sur le zircaloy 2 et entre 6 et 10 sur le zirconium non allié de ladite ébauche composite, en conservant une différence de taille de grain ΔI entre le zircaloy 2 et le zirconium non allié d'au moins 2 indices ASTM.
  • Les examens métallurgiques réalisés sur différents échantillons soumis aux mêmes conditions de contrôle ultrasonore ont montré que les difficultés à obtenir un signal ultrasonore de bonne qualité étaient notamment fonction de la régularité de l'interface Zy2/Zr mais aussi et surtout de la différence de taille de grain entre le composant externe en zircaloy 2 et le composant interne en zirconium de l'ébauche tubulaire. C'est ainsi que la demanderesse a constaté sur des séries d'ébauches tubulaires composites zircaloy 2/zirconium (élaborées selon FR 2579122 déjà cité) dont le placage interne en zirconium contient notamment de 250 à 1000 ppm de fer qu'à peine 30% des mesures d'épaisseur dudit placage interne pouvaient être prises en compte. En effet les nombreuses mesures aberrantes correspondaient généralement à des anomalies de réflexion de l'interface, réparties de façon aléatoire le long de chaque ébauche tubulaire dont chacun des points de la surface décrit, pendant le contrôle, une hélice dont le pas est défini par la vitesse de rotation et l'avance de l'ébauche. Ainsi dans les conditions de contrôle selon EP 335808B utilisant un transducteur excité à la fréquence de 1 KHz, les ébauches tubulaires étant animées d'une vitesse de rotation de 250 T/min avec une avance de 1 m/min pour chaque tour d'hélice de pas = 4 mm, on devait recueillir théoriquement 240 mesures par tour d'hélice or seulement 72 mesures se sont avérées exploitables avec une précision de ± 5/µm sur la mesure d'épaisseur.
  • On a déterminé par ailleurs un indice de grain ASTM de 10 pour la gaine externe en zircaloy 2 et de 10 également pour la gaine interne ou placage en zirconium, correspondant donc à une différence d'indice ASTM nulle soit ΔI = 0.
  • Au cours de l'élaboration des ébauches tubulaires composites Zy2/Zr selon l'art antérieur et notamment FR 2579122, la demanderesse a déterminé 4 modifications possibles du mode opératoire, réalisables indépendamment les unes des autres ou en combinaison, toutes susceptibles de changer certaines caractéristiques métallurgiques, notamment la taille des grains des composants internes et externes de l'ébauche composite pour rendre lesdits composants aptes au contrôle ultrasonore d'épaisseur. Ces modifications qui mettent en oeuvre de nouveaux traitements thermiques et/ou mécaniques sans pour autant altérer les propriétés du produit final dans son utilisation seront mieux comprises par la description détaillée suivante s'appuyant sur les figures 1 à 5 à savoir :
  • Figure 1 représentation schématique des étapes du procédé de l'art antérieur le plus proche.
  • Figure 2 représentation schématique du même procédé incluant le mode de réalisation de l'invention consistant à effectuer après trempe de la barre de zircaloy 2 un forgeage complémentaire dans le domaine alpha.
  • Figure 3 représentation schématique du même procédé incluant le 2ème mode de réalisation de l'invention consistant à effectuer après trempe le perçage de la billette de zircaloy 2 par filage à la presse selon par exemple le procédé décrit dans FR 2 685 881.
  • Figure 4 représentation schématique du même procédé incluant le 3ème mode de réalisation de l'invention consistant à effectuer un traitement thermique de recristallisation sur billette en zirconium non allié après filage dans le domaine alpha.
  • Figure 5 représentation schématique du même procédé incluant le 4ème mode de réalisation de l'invention consistant à effectuer au moins un traitement thermique de recristallisation sur l'ébauche tubulaire composite.
    • DESCRIPTION
  • Selon l'art antérieur (fig. 1) le composant externe en zircaloy 2 est obtenu après corroyage Al d'une barre pleine de Zy2 jusqu'au diamètre de 177 mm (150 mm ≦
    Figure imgb0001
    ≦ 200 mm) qui, après chauffage A2 pendant 1 heure à 1050°C, est trempé A3 avec un éventuel recuit A4 de 3 à 5 heures entre 750°C et 780°C. Après découpage de la barre en billettes celles-ci sont usinées A5 et percées (
    Figure imgb0002
    168 mm,
    Figure imgb0003
    78,8 mm).
  • Parallèlement le composant interne en zirconium non allié est obtenu par corroyage B2 d'un lingot de zirconium fondu sous vide B1 dont la teneur en fer est comprise entre 250 et 1000 ppm. Après découpage de la barre forgée en billettes de diamètre 172 mm (150 ≦
    Figure imgb0004
    ≦ 200 mm) celles-ci sont réchauffées entre 880°C et 1050°C pour être trempées B3 puis usinées B4 (
    Figure imgb0005
    168 mm -
    Figure imgb0006
    51 mm) avant d'être extrudées B5 dans le domaine alpha aux diamètres
    Figure imgb0007
    82 mm et
    Figure imgb0008
    47 mm sous forme de tubes; chaque tube étant usiné à
    Figure imgb0009
    78,8 mm et
    Figure imgb0010
    48 mm avant positionnement pour assemblage C1 à l'intérieur du trou sensiblement coaxial de la billette en zircaloy 2 usinée et percée.
  • L'assemblage C1 ainsi constitué est filé C2 dans le domaine alpha, de préférence aux environs de 600°C, pour obtenir une ébauche extrudée composite (
    Figure imgb0011
    80 mm,
    Figure imgb0012
    48 mm) qui est laminée à froid C3 jusqu'à
    Figure imgb0013
    63,5 mm et
    Figure imgb0014
    41,5 mm pour donner une ébauche tubulaire composite soumise à un éventuel traitement thermique final. Dans ces conditions et comme précédemment indiqué, seulement 30% des mesures d'épaisseur du placage interne en zirconium sont exploitables.
  • Une première solution, schématisée à la figure 2, pour améliorer la régularité de l'interface Zy2/Zr et surtout créer un écart d'indice de taille de grain ΔI au moins égal à 2, consiste à effectuer après trempe A3 de la barre de zircaloy 2 un corroyage dans le domaine alpha provoquant un affinement très sensible de la taille de grain du zircaloy 2 au stade d'ébauche qui se conserve après assemblage C1, filage C2 et laminage C3 de l'ébauche tubulaire composite, et permettant de régulariser significativement l'interface Zy2/Zr.
  • Plus précisément après chauffage A2 de 1 heure à 1050°C (1030 à 1070°C), on effectue la trempe en alpha d'une barre déjà corroyée A'1 par forgeage ou laminage jusqu'à un diamètre d'environ 300 mm (250 à 350 mm) et non de 177 mm (150 à 200 mm) selon l'art antérieur. Après chauffage de 3 à 5 heures entre 750°C et 780°C on réduit par forgeage A4 en phase alpha le diamètre de la barre jusqu'à
    Figure imgb0015
    177 mm avant d'effectuer le découpage, l'usinage et le perçage des billettes A5 prêtes pour l'assemblage C1 et transformation selon l'art antérieur.
  • Les mesures de taille de grain en indice ASTM ont indiqué :
    Pour le placage interne en Zr non allié I1 = 10
    pour la gaine externe en Zy2   I2 = 12
    soit un écart ΔI = 2 indices ASTM.
  • Parallèlement les contrôles ultrasonores d'épaisseur du placage interne sur une série de 10 ébauches tubulaires composites Zy2/Zr ainsi élaborées indiquaient une moyenne de 218 mesures exploitables avec une dispersion de ± 5% sur un total théorique de 240 par tour d'hélice selon les conditions de contrôle précédemment décrites (voir tableau 1).
  • La seconde solution, schématisée fig. 3, permet d'améliorer tout aussi significativement la régularité de l'interface Zy2/Zr des ébauches tubulaires composites et surtout d'obtenir ΔI ≧ 2. Elle consiste à agir sur la taille des grains des billettes pleines ou prépercées de zircaloy 2 après trempe A3 et éventuellement recuites A4 en effectuant une opération de perçage par filage à la presse A'4 entre 400°C et 600°C selon le procédé décrit dans le brevet FR 2685881 relatif à la fabrication de tubes duplex et triplex à base de zirconium. Ce procédé préconise au moyen d'une presse de filage directe classique le filage avec refoulement sur poinçon de billette en zirconium ou alliage de zirconium pour améliorer et régulariser la structure de surface interne de l'élément tubulaire à réaliser.
  • Or dans le cas présent la demanderesse a constaté expérimentalement que la régularité de l'interface dépendait étroitement des structures micrographiques des 2 composants de l'assemblage avant filage et que l'interface résultant dudit assemblage était d'autant plus irrégulier que les aiguilles de phase ex bêta, provenant de la trempe à partir du domaine bêta du zircaloy 2 étaient plus larges. Par filage avec refoulement sur poinçon des billettes de Zy2 trempée ou éventuellement recuite, on obtient un corroyage particulièrement efficace de la face interne de l'ébauche en Zy2 qui sera placée au contact de la face externe de l'ébauche tubulaire en Zr non allié. On obtient notamment la brisure de la structure aciculaire de transformation bêta en alpha de trempe et par suite un affinement de la taille moyenne des grains de Zy2 avec un lissage des irrégularités d'interface.
  • Ainsi à partir de billettes trempées usinée de
    Figure imgb0016
    168 mm et prépercées à
    Figure imgb0017
    25 mm on obtient après perçage A'4 la presse à 500°C une ébauche de Zy2 de
    Figure imgb0018
    172 mm et
    Figure imgb0019
    70 mm qui après réusinage A5 à
    Figure imgb0020
    168 mm et
    Figure imgb0021
    78 mm est assemblée avec l'ébauche tubulaire en zirconium C1 à basse teneur en fer pour être filée C2 et laminée à froid C3 selon l'art antérieur.
  • Les mesures de taille de grain en indice ASTM ont indiqué :
    pour le placage interne en Zr non allié I1 = 10
    pour la gaine externe en Zy2   I2 = 12
    soit un écart ΔI = 2 indices ASTM.
  • Parallèlement les contrôles ultrasonores d'épaisseur du placage interne en Zr sur une série de 10 ébauches composites ainsi élaborées indiquaient une moyenne de 204 mesures exploitables sur un total théorique de 240 avec une dispersion de ± 5% (voir tableau 1).
  • Une 3ème solution, schématisée à la fig. 4, conduit également à une précision et une reproductibilité des mesures tout à fait acceptables et consiste à favoriser spécifiquement le grossissement du grain de l'ébauche de zirconium non allié lors de son élaboration par un traitement thermique de recristallisation spécifique B'5 de l'ébauche tubulaire de zirconium après filage dans le domaine alpha B5. Ce traitement thermique est effectué à une température suffisante 500°C à 780°C pendant 1 heure à 4 heures et de préférence à 730°C pendant 3 heures, pour obtenir un grossissement de grain dont l'indice ASTM est compris entre 4 et 6.
  • Lors des opérations ultérieures de filage C2 et de forgeage à froid C3 de l'ébauche tubulaire composite selon l'art antérieur on enregistre un affinement sensible des grains de zirconium du placage interne dont l'indice de taille de grain atteint 7 alors que l'indice de taille de grain du gainage externe de Zy2 reste stable à 10 soit un écart d'indice ΔI = 3.
  • Parallèlement les contrôles ultrasonores d'épaisseur du placage interne en Zr sur une série de 10 ébauches élaborées indiquaient une moyenne de 209 mesures exploitables pour 240 théoriques avec une dispersion de ± 5% autour de cette moyenne (voir tableau 1).
  • Une 4ème solution, un peu moins efficace mais facile à réaliser indstriellement, est schématisée à la fig. 5. Elle consiste à effectuer sur l'ébauche tubulaire composite soit un recuit de recristallisation C'2 après assemblage C1, filage C2 selon l'art antérieur, soit un recuit de recristallisation C4 après assemblage C1, filage C2, éventuellement un recuit de recristallisation C'2 puis un laminage C3. Ce recuit de recristallisation C'2 et/ou C4 est effectué dans des conditions telles, généralement 1 à 3 heures entre 700°C et 730°C, qu'on obtienne sur le placage interne en zirconium un indice de taille de grain d'au moins 7 et de préférence 8 en conservant sur la gaine externe en zircaloy 2 un indice de taille de grain d'au moins 9 et de préférence 10 avec un écart d'indice Δ I ≧ 2.
  • Le contrôle ultrasonore d'épaisseur effectué sur une série de 10 ébauches tubulaires composites ainsi élaborées indiquaient une moyenne de 204 mesures exploitables pour 240 théoriques avec une dispersion de ± 5% (voir tableau 1).
  • Il faut noter que ces différentes solutions intervenant à des étapes distinctes du procédé de base peuvent être combinées entre elles chacune contribuant alors à l'augmentation du nombre et donc du pourcentage des mesures lisibles et par suite à l'amélioration de la fiabilité des mesures ultrasonores d'épaisseur du placage interne en zirconium non allié comme le montre le tableau 1 ci-après.
  • A remarquer toutefois que les combinaisons les plus efficaces sont les combinaisons binaires mettant en oeuvre un corroyage spécifique de la gaine externe en Zy2 (lère ou 2ème solution) avec un traitement thermique de recristallisation (3ème ou 4ème solution).
    Figure imgb0022

Claims (10)

1) Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire composite en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium comportant selon l'art antérieur les étapes essentielles suivantes :
a) Trempe à l'eau à partir du domaine bêta d'une barre corroyée de zircaloy 2 avant ou après découpage en billettes percées ou non avec recuit éventuel.
b) Trempe à l'eau d'une billette corroyée en zirconium non allié de teneur en fer comprise entre 250 et 1000 ppm, avant ou après perçage, à partir d'une température comprise entre 880°C et 1050°C
c) Extrusion dans le domaine alpha sous forme de tube de la billette en zirconium
d) Positionnement du tube de zirconium à l'intérieur de la billette percée en zircaloy 2 et assemblage
e) Extrusion de l'assemblage ainsi obtenu dans le domaine alpha sous forme d'ébauche extrudée composite.
f) Laminage à froid et traitement thermique de l'ébauche extrudée composite pour obtenir une ébauche tubulaire composite constituant le tube-gaine composite Zy2/Zr, caractérisé en ce que, par un traitement thermomécanique approprié de la barre de zircaloy 2 corroyée dans le domaine alpha, après trempe à l'eau à partir du domaine bêta, et/ou de la billette trempée de zircaloy 2 éventuellement recuite et percée, et/ou de la billette en zirconium non allié après extrusion sous forme de tube dans le domaine alpha, et/ou de l'ébauche tubulaire composite après laminage à froid, on règle la taille de grain selon l'indice ASTM entre 9 et 12 sur le zircaloy 2 et entre 6 et 10 sur le zirconium non allié de ladite ébauche composite en conservant une différence de taille de grain ΔI entre le zircaloy 2 et le zirconium non allié d'au moins 2 indices ASTM.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que de préférence on règle la taille de grain du zircaloy 2 sur les indices 11 ou 12 et la taille de grain du zirconium non allié sur les indices 7 ou 8.
3) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que après trempe à partir du domaine bêta de la barre de zircaloy 2 on effectue un corroyage de ladite barre dans le domaine alpha.
4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le corroyage dans le domaine alpha est un forgeage après chauffage pendant 3 à 5 heures entre 750 et 780°C.
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que sur la billette pleine ou prépercée de zircaloy 2, après trempe alpha à partir du domaine bêta, on effectue une opération de perçage par filage à la presse selon un procédé connu.
6) Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que cette opération de perçage par filage est réalisée à 400°C et 600°C sur une presse de filage directe avec refoulement sur poinçon de la billette de Zy2.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que après extrusion dans le domaine alpha sous forme de tube de la billette en zirconium non allié on effectue un traitement thermique de recristallisation entre 500°C et 780°C pendant 1 à 4 heures.
8) Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le traitement thermique de recristallisation est de préférence de 3 heures à 730°C.
9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'après filage et/ou après laminage de l'ébauche tubulaire composite, on effectue un traitement thermique de recristallisation dans des conditions telles qu'on obtienne une taille de grain au moins d'indice 7 et de préférence d'indice 8 sur le gainage interne en zirconium non allié en conservant une taille de grain au moins d'indice 10 et de préférence d'indice 11 sur la gaine extérieure en zircaloy 2 avec une différence de taille de grain d'au moins 2 indices ASTM.
10.Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le traitement thermique de recristallisation de l'ébauche tubulaire composite après filage est de 1 à 3 heures entre 700°C et 730°C.
EP95420069A 1994-03-24 1995-03-20 Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrÔle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium Expired - Lifetime EP0673691B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9403724A FR2717717B1 (fr) 1994-03-24 1994-03-24 Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrôle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium.
FR9403724 1994-03-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0673691A1 true EP0673691A1 (fr) 1995-09-27
EP0673691B1 EP0673691B1 (fr) 1997-08-13

Family

ID=9461569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP95420069A Expired - Lifetime EP0673691B1 (fr) 1994-03-24 1995-03-20 Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrÔle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5609697A (fr)
EP (1) EP0673691B1 (fr)
JP (1) JP2923224B2 (fr)
DE (1) DE69500537T2 (fr)
FR (1) FR2717717B1 (fr)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052650A1 (fr) * 1999-05-14 2000-11-15 General Electric Company Gaine pour combustible nucléaire à résistance accrue à la fissuration et à la corrosion
CN104368623A (zh) * 2014-11-29 2015-02-25 攀钢集团成都钢钒有限公司 一种大口径不锈钢无缝钢管的生产方法
CN107470385A (zh) * 2017-08-02 2017-12-15 安徽骏达起重机械有限公司 悬吊轨道加工方法
CN111286686A (zh) * 2020-04-09 2020-06-16 西部钛业有限责任公司 一种tc4钛合金细等轴组织大规格棒材短流程制备方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA015019B1 (ru) 2007-12-26 2011-04-29 Ториум Пауэр Инк. Ядерный реактор (варианты), топливная сборка из запально-воспроизводящих модулей для ядерного реактора (варианты) и топливный элемент топливной сборки
US8116423B2 (en) 2007-12-26 2012-02-14 Thorium Power, Inc. Nuclear reactor (alternatives), fuel assembly of seed-blanket subassemblies for nuclear reactor (alternatives), and fuel element for fuel assembly
HUE043364T2 (hu) 2008-12-25 2019-08-28 Thorium Power Inc Fûtõelem és egy fûtõelem elkészítési eljárása egy nukleáris reaktor egy fûtõelem-egysége számára
WO2011143172A1 (fr) 2010-05-11 2011-11-17 Thorium Power, Inc. Assemblage de combustible à noyau d'alliage de combustibles métalliques et son procédé de fabrication
US10192644B2 (en) 2010-05-11 2019-01-29 Lightbridge Corporation Fuel assembly
US10170207B2 (en) 2013-05-10 2019-01-01 Thorium Power, Inc. Fuel assembly
CN111036705B (zh) * 2019-12-19 2021-07-02 湖南金天钛业科技有限公司 大口径钛合金无缝管材及其制备方法
CN112775203B (zh) * 2020-12-23 2024-01-19 西部新锆核材料科技有限公司 一种锆或锆合金挤压型材的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2951102A1 (de) * 1978-12-22 1980-06-26 Gen Electric Verfahren zum behandeln eines koerpers aus einer zirkoniumlegierung zur verbesserung seiner korrosionsbestaendigkeit
FR2579122A1 (fr) * 1985-03-19 1986-09-26 Cezus Co Europ Zirconium Procede de fabrication de tubes-gaines composites pour combustible nucleaire et produits obtenus
FR2585593A1 (fr) * 1985-08-02 1987-02-06 Westinghouse Electric Corp Procede de fabrication d'un tube metallique et tube ainsi obtenu, notamment le traitement des gaines pour combustible nucleaire
EP0574194A1 (fr) * 1992-06-08 1993-12-15 General Electric Company Méthode pour la production de chemises composites traitées thermiquement pour combustible nucléaire

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390497A (en) * 1979-06-04 1983-06-28 General Electric Company Thermal-mechanical treatment of composite nuclear fuel element cladding
SE506174C2 (sv) * 1992-12-18 1997-11-17 Asea Atom Ab Metod att framställa kärnbränsleelement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2951102A1 (de) * 1978-12-22 1980-06-26 Gen Electric Verfahren zum behandeln eines koerpers aus einer zirkoniumlegierung zur verbesserung seiner korrosionsbestaendigkeit
FR2579122A1 (fr) * 1985-03-19 1986-09-26 Cezus Co Europ Zirconium Procede de fabrication de tubes-gaines composites pour combustible nucleaire et produits obtenus
FR2585593A1 (fr) * 1985-08-02 1987-02-06 Westinghouse Electric Corp Procede de fabrication d'un tube metallique et tube ainsi obtenu, notamment le traitement des gaines pour combustible nucleaire
EP0574194A1 (fr) * 1992-06-08 1993-12-15 General Electric Company Méthode pour la production de chemises composites traitées thermiquement pour combustible nucléaire

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052650A1 (fr) * 1999-05-14 2000-11-15 General Electric Company Gaine pour combustible nucléaire à résistance accrue à la fissuration et à la corrosion
CN104368623A (zh) * 2014-11-29 2015-02-25 攀钢集团成都钢钒有限公司 一种大口径不锈钢无缝钢管的生产方法
CN104368623B (zh) * 2014-11-29 2016-05-25 攀钢集团成都钢钒有限公司 一种大口径不锈钢无缝钢管的生产方法
CN107470385A (zh) * 2017-08-02 2017-12-15 安徽骏达起重机械有限公司 悬吊轨道加工方法
CN111286686A (zh) * 2020-04-09 2020-06-16 西部钛业有限责任公司 一种tc4钛合金细等轴组织大规格棒材短流程制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0673691B1 (fr) 1997-08-13
US5609697A (en) 1997-03-11
FR2717717B1 (fr) 1996-05-15
DE69500537T2 (de) 1998-02-05
JPH07306279A (ja) 1995-11-21
FR2717717A1 (fr) 1995-09-29
JP2923224B2 (ja) 1999-07-26
DE69500537D1 (de) 1997-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0673691B1 (fr) Procédé de fabrication d'une ébauche tubulaire en zircaloy 2 plaquée intérieurement en zirconium et apte au contrÔle ultrasonore de l'épaisseur de zirconium
EP0296972B1 (fr) Procédé de fabrication d'un tube en alliage à base de zirconium pour réacteur nucléaire et applications
EP1846189B1 (fr) Fil composite pour electroerosion
EP2981371B1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce métallique tubulaire
FR2503590A1 (fr) Methode de percage dans la fabrication de tubes sans soudure
EP1949995A1 (fr) Fil electrode pour electroerosion
BE1011647A3 (fr) Filiere d'extrusion en nid d'abeilles et son procede de fabrication.
EP1870196B1 (fr) Procédé de fabrication d' un arbre de bielle mécanique
CA1310479C (fr) Procede de fabrication de tubes-gaines composites pour combustible nucleaire et produits obtenus
EP0655745B1 (fr) Procédé de fabrication d'un tube de gainage pour crayon de combustible nucléaire et tubes conformes à ceux ainsi obtenus
FR2584097A1 (fr) Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium
CA1106265A (fr) Procede de traitement thermique et de trempe des pieces forgees
EP3817880B9 (fr) Fil électrode a couche poreuse pour électroerosion et procédés de réalisation d'un tel fil électrode
EP0559588B1 (fr) Procédé de fabrication de tubes à base de zirconium formés de couches de composition différente
FR3113851A1 (fr) Procede de fabrication d’une piece metallique par fusion selective en lit de poudre
FR2790981A1 (fr) Procede de production d'un tube en alliage a base de fer a durcissement par phase dispersee
WO2023088601A1 (fr) Fil électrode
FR2495638A1 (fr) Procede de production d'un tube metallique d'une maniere reduisant la fissuration par fragilisation par l'hydrogene
FR3129097A1 (fr) Fil électrode
WO1996032211A1 (fr) Procede de fabrication d'un conducteur en aluminium argente
FR2492295A1 (fr) Procede pour preparer des produits en acier plaque et produits ainsi obtenus
FR2492694A1 (fr) Procede de fabrication de mandrins pour laminoirs perceurs et mandrins obtenus par ledit procede
Thevenet et al. Extrusion and drawing of zircaloy 2. Production of pressure tubes for EL-4
WO1991014519A1 (fr) Aiguille pour le filage par extrusion
BE412660A (fr)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19951006

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 19970130

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 69500537

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19970918

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20030312

Year of fee payment: 9

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041001

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20140313

Year of fee payment: 20

REG Reference to a national code

Ref country code: SE

Ref legal event code: EUG