FI89945B - Korrosionsbestaendiga zirkoniumlegeringar - Google Patents
Korrosionsbestaendiga zirkoniumlegeringar Download PDFInfo
- Publication number
- FI89945B FI89945B FI881896A FI881896A FI89945B FI 89945 B FI89945 B FI 89945B FI 881896 A FI881896 A FI 881896A FI 881896 A FI881896 A FI 881896A FI 89945 B FI89945 B FI 89945B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- weight
- corrosion
- proportion
- alloys
- tellurium
- Prior art date
Links
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 21
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 97
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 97
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 79
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 79
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 21
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 18
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- GRTOGORTSDXSFK-XJTZBENFSA-N ajmalicine Chemical compound C1=CC=C2C(CCN3C[C@@H]4[C@H](C)OC=C([C@H]4C[C@H]33)C(=O)OC)=C3NC2=C1 GRTOGORTSDXSFK-XJTZBENFSA-N 0.000 claims 1
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 12
- 208000021017 Weight Gain Diseases 0.000 description 10
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 10
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000004789 Rosa xanthina Nutrition 0.000 description 1
- 241000109329 Rosa xanthina Species 0.000 description 1
- 229910001215 Te alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 239000013500 performance material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 235000013616 tea Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C16/00—Alloys based on zirconium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Description
1 89945
Korroosionkestäviä zirkoniumlejeerinkej ä Tämä keksintö koskee zirkoniumpohjaisia lejeerin-kejä, jotka soveltuvat käytettäviksi ydinreaktoreissa ja 5 tarkemmin määriteltynä polttonaine-elementtien vuoraukseen.
Zirkoniumpohjaisia lejeerinkejä on pitkään käytetty ydinreaktoreissa polttoaine-elementtien vuoraukseen. Zirkoniumissa yhdistyvät toivotulla tavalla pieni termi-10 sen neutronin poikkileikkaus ja yleisesti hyväksyttävä korroosionkesto kiehutusreaktoriympäristössä. Zirkaloy 2:a, Zr-Sn-Fe-Cr-lejeerinkiä, on käytetty laajasti ja käytetään edelleen nykyäänkin ydinreaktoreissa. Tämä lejee-rinki on toiminut riittävän hyvin reaktoreissa, mutta sil-15 lä on myös joitakin puutteita, jotka ovat johtaneet jatkotutkimuksiin toimintakyvyltään parannettujen materiaalien löytämiseksi. Zirkaloy 4 oli eräs mainitun tutkimuksen tuloksena kehitetty lejeerinki. Tässä lejeeringissä on poistettu suurin piirtein kokonaan Ni (korkeintaan 0,007 p-%) 20 Zirkaloy 2-tyyppisestä lejeeringistä. Zirkaloy kehitettiin
Zirkaloy 2:n parannukseksi hydrautumisongelmien vähentämiseksi; hydrautuminen tekee Zirkaloy 2:sta hauraan, kun se jäähdytetään ympäristön lämpötilaan (esimerkiksi pysäytettäessä reaktori) vedyn absorboiduttua siihen korkeammissa 25 lämpötiloissa.
Zirkaloy-lejeeringit ovat parhaiten korroosiota kestävien materiaalien joukossa testattuina vedessä reaktorin toimintalämpötiloissa (noin 290 °C) fissioreaktiosta tulevan säteilyn poissa ollessa. Korroosionopeus on 30 mainituissa olosuhteissa hyvin pieni, ja korroosiotuote on yhtenäinen, lujasti tarttuva, musta Zr02-kalvo/kerros. Todellisessa käytössä Zirkaloy joutuu kuitenkin säteilyn vaikutuksen ja myös reaktorivedessä olevien radiolyysi-tuotteiden vaiktuuksen alaiseksi. Zirkaloyn korroosion-35 kesto-ominaisuudet heikkenevät näissä olosuhteissa ja sen korroosionopeus kasvaa.
2 89945
Tutkimukset, joiden kohteena on ollut zirkonium-pohjaisten lejeerinkien korroosio-ominaisuuksien parantaminen, ovat johtaneet joihinkin edistysaskeliin. Korroo-sionkestoa on parannettu joissakin tapauksissa lejeerin-5 kien huolellisesti säädetyillä lämpökäsittelyillä joko ennen materiaalin muokkausta tai sen jälkeen. Lisätyt lämpökäsittelyt suurentavat kuitenkin yleensä valmiiden tuotteiden valmistuskustannuksia, ja tapauksissa, joissa asentaminen vaatii hitsaamista, alueella, johon hitsaustoimen-10 piteen lämpö on vaikuttanut, ei välttämättä ole samoja korroosiokesto-ominaisuuksia kuin tuotteen loppuosalla. Myös käytettäviä lejeeraus-alkuaineita ja lejeeraus-alku-aineiden prosenttiosuuksia on ehdotettu muutettaviksi pyrittäessä parantamaan näiden lejeerinkien korroosionkes-15 toa.
Zirkaloyn korroosionkesto-ominaisuuksien heikkeneminen todellisissa reaktoriolosuhteissa ei ilmene ainoastaan suurentuneena yhtenäisen korroosion nopeutena. Muodostuvan mustan Zr02-kerroksen lisäksi on havaittu paikal-20 linen eli nodulaarinen korroosioilmiö erityisesti kiehu- tusreaktoreissa (BWR). Sen lisäksi, että nodulaarisen korroosioreaktion tuote suurentaa korroosionopeutta, se on hyvin epätoivottavaa valkoista Zr02-kukkaa, joka on heikommin tarttuvaa ja tiheydeltään pienempää kuin musta Zr02-'· 25 kerros.
Nodulaarisen korroosioreaktion aiheuttama suurentunut korroosionopeus lyhentää todennäköisesti putken vuorauksen käyttöikää, ja tämä nodulaarinen korroosio vaikuttaa haitallisesti myös reaktorin tehokkaaseen toimintaan. 30 Valkoinen Zr02, joka on heikommin tarttuvaa, saattaa lohje-ta tai kuoriutua irti putkesta reaktoriveteen. Jos nodulaarisen korroosion tuote ei lohkea pois, alenee toisaalta lämmönsiirtoteho putken kautta veteen, kun nodulaarinen korroosio etenee ja vähemmän tiheä valkoinen Zr02 peittää 35 putken kokonaan tai suurelta osin.
Il 3 89945
Todellisia reaktoriolosuhteita ei ole helppo toistaa normaalissa laboratoriotutkimuksessa, koska on epäkäytännöllistä käyttää säteilylähdettä reaktorissa esiintyvän säteilyvaikutuksen simuloimiseksi. Tietojen kerääminen to-5 dellisesta reaktorikäytöstä on lisäksi äärimmäisen aikaavievä prosessi. Tästä syystä alan kirjallisuudessa ei esitetä mitään lopullisia todisteita, jotka selittäisivät täsmällisen mekanismin, joka johtaa nodulaariseen korroosioon. Tämä rajoittaa jossakin määrin kykyä varmistaa si-10 tä, ovatko muut lejeeringit alttiita nodulaariselle korroosiolle, ennen kuin näytteitä näistä lejeeringeistä todella sijoitetaan reaktoreihin.
Laboratoriokokeet, jotka tehdään reaktorissa normaalisti esiintyvissä olosuhteissa (säteilyn puuttuessa) 15 suunnilleen lämpötilassa 300 °C ja paineessa 6900 kPa vedessä, eivät aiheuta nodulaarisen korroosiotuotteen muodostumista Zirkaloy-lejeeringeille, joka olisi samankaltaista kuin tuote, jota esiintyy Zirkaloy-lejeeringeillä joita on käytetty reaktorissa. Jos kuitenkin käytetään 20 vesihöyryä ja nostetaan lämpötila korkeammaksi kuin 500 eC ja paine arvoon 10300 kPa, voidaan laboratoriokokeissa muodostaa Zirkaloy-lejeeringeille nodulaarinen korroosio-tuote, joka on samanlaista kuin reaktorikäytössä havaittava. Zirkaloy-lejeerinkinäytteet, joita karkaistaan lämpö-'· 25 tilassa 750 °C 48 tuntia, ovat erityisen alttiita nodulaariselle korroosiolle näissä koeolosuhteissa. Näillä karkaistuilla Zirkaloy-näytteillä tapahtuu suhteellisen vähän aikaa, ts 24 tuntia, kestävissä kokeissa nodulaarinen korroosio, joka on asteeltaan vertailukelpoinen todellisessa 30 reaktorikäytössä tapahtuvaan Zirkaloy-putkivuorauksen korroosioon. Tässä korkeammassa lämpötilassa ja paineessa saadaan aikaan simuloitu ydinreaktoriympäristö, joka antaa tutkijoille mahdollisuuden määrittää uusien lejeerinkien alttius nodulaariseen korroosioon. Näiden testien tuloksia 35 voidaan yleisesti verrata tuloksiin, joita saadaan testattaessa Zirkaloy-näytteitä samoissa olosuhteissa.
89945 4
Uuden lejeeringin, jota pidettäisiin Zirkaloy-le-jeerinkien vaihtoehdoksi tai korvaajaksi soveltuvana, ei tule ainoastaan olla vähemmän altis nodulaariseen korroosioon kuin Zirkaloy-lejeeringit, vaan myös hyväksyttävien 5 yhtenäisten korroosion nopeuksien tulisi säilyä riittävän käyttöiän takaamiseksi.
Tämän keksinnön tärkeimpänä päämääränä on siten saada aikaan ryhmä lejeerinkejä, joilla on parannetut kor-roosionkesto-ominaisuudet ydinreaktoriympäristössä.
10 Tämän keksinnön eräänä muuna tärkeänä päämääränä on saada aikaan ryhmä lejeerinkejä, joiden korroosiokesto-ominaisuudet eivät ole riippuvaisia huolellisesti säädetystä lämpökäsittelystä.
Keksinnön mukaiset zirkoniumpohjaiset lejeeringit 15 on määritelty oheistetuissa patenttivaatimuksissa 1-16. Eräs keksinnön mukainen lejeerinki sisältää oleellisina aineosinaan 0,5 - 2,0 p-% tinaa ja 0,5 - 1,0 p-% liukenevaa ainetta, joka muodostuu niobista, jonka osuus lejee-ringissä on alle 0,5 p-%, ja ainetta joka on ryhmästä 20 koostuen molybdeenistä, telluurista ja niiden seoksista loppuosan ollessa zirkoniumia ja satunnaisia epäpuhtauksia.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine koostuu niobista ja telluurista.
: 25 Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine koostuu niobista, jolloin niobin osuus on yli 0,5 p-%, molybdeenistä ja telluurista.
Eräissä edullisissa suoritusmuodoissa tinan osuus on noin 0,65 -1,60 p-%.
30 Eräissä edullisissa suoritusmuodoissa tinan osuus on noin 1,5 p-%.
Eräissä edullisissa suoritusmuodoissa liukenevan aineen osuus on 0,6 p-%.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine 35 koostuu telluurista, ja liukenevan aineen osuus on 0,3 - 1,4 p-% lejeeringistä.
Il 5 39945
Eräässä edullisessa lisäsuoritusmuodossa liukeneva aine koostuu niobista, jonka osuus on 0,35 p-%, ja molybdeenistä, jonka osuus on 0,35 p-%.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine 5 koostuu niobista, jonka osuus on 0,4 p-%, ja telluurista, jonka osuus on 0,2 p-%.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine koostuu molybdeenistä, jonka osuus on 0,4 p-%, ja telluurista, jonka osuus on 0,2 p-%.
10 Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine koostuu niobista, jonka osuus on 0,2 p-%, molybdeenistä, jonka osuus on 0,2 p-%, ja telluurista, jonka osuus on 0,2 p-%.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa liukeneva aine 15 koostuu niobista, jonka osuus on 0,3 p-%, molybdeenistä, jonka osuus on 0,15 p-%, ja telluurista, jonka osuus on 0,15 p-%.
Nämä lejeeringit voivat valinnaisesti sisältää 0,09 - 0,16 paino-% happea.
20 Näillä lejeeringeillä on parantunut kestävyys modu laarista korroosiota vastaan korkeassa paineessa ja lämpötilassa tehtävässä vesihöyrytestauksessa yhtenäisen korroosion etenemisnopeuden pysyessä hyväksyttävänä vesi-ja höyrytesteissä.
: 25 Keksinnön mukaiset lejeeringit ovat osoittautuneet riittävän kestäviksi yhtenäistä korroosiota vastaan, jotta niitä voidaan ajatella ydinreaktorikäyttöön, ja korroosi-onkesto on yleensä vertailukelpoinen Zirkaloy-lejeerinkien erinomaisen kestävyyden kanssa yhtenäistä korroosiota vas-30 taan. Tämän keksinnön mukaisilla lejeeringeillä on myös parantunut kestävyys nodulaarista korroosiota vastaan.
Tinaa on lisätty zirkoniumin ennen tätä keksintöä, kuten Zirkaloy ja muut tunnetut zirkoniumpohjäiset lejeeringit osoittavat. Tinen läsnäolo, joka stabiloi Zr:n 35 α-muotoa, parantaa pääasiallisesti lejeeringin lujuutta, 6 89945 vaikkakin Sn parantaa jossakin määrin kestävyyttä yhtenäistä korroosiota vastaan. On määritetty, että Sn-pitoi-suudet alle noin 0,5 p-% johtavat lejeerinkiin, jossa korroosionopeus vedessä on hyväksyttävää suurempi. Lisäksi 5 suuremmat Sn-pitoisuudet kuin noin 2,0 p-% johtavat lejeerinkiin, jossa esiintyy hyväksyttävää suurempaa kiihtynyttä korroosiota laboratoriovesihöyrykokeissa. Tämän keksinnön mukaisten lejeerinkien tinapitoisuus on noin 0,5 - 2,0 p-%, edullisesti noin 0,65 - 1,60 p-%, ja edullisim-10 min ne sisältävät noin 1,5 p-% tinaa. Tämän keksinnön mukaiset lejeeringit sisältävät lisäksi tiettyjä muita le-jeerausalkuaineita, joita kutsutaan tässä yhteisnimityksellä lejeeringin liukeneva osa. Tämän keksinnön mukaisten lejeerinkien liukeneva osa eroaa Zirkaloy-lejeeringeissä 15 esiintyvistä lisälejeerausalkuaineista ja saa pääasiallisesti aikaan suhteellisen parantumisen kestävyydessä nodu-laarista korroosiota vastaan. Nämä lejeeringit sisältävät myös tavanomaisia epäpuhtauksia.
Tulisi huomata, että tämän keksinnön mukaiset le-20 jeeringit sisältävät mahdollisesti myös noin 0,09 - 0,16 p-% happea. Useimmat kaupallista laatua olevat sienimäiset zirkoniumlaadut, joita käytetään lejeerinkien valmitukses-sa, kuten tämän keksinnön yhteydessä käytettävät, sisältävät pieniä määriä happea, noin 800 - 1300 ppm. Joissakin : 25 tapauksissa on toivottavaa suurentaa lejeeringin happipitoisuutta. Hapen lisääminen on eräs tapa suurentaa myötö-rajaa huoneen lämpötilassa. Tämän keksinnön mukaisia le-jeerinkejä voidaan siten valmistaa lisäten tai lisäämättä happea, koska tällä on pieni tai mitätön vaikutus lejee-30 rinkien korroosionkestoon. On olemassa muutamia parametreja, jotka tulisi ottaa huomioon valittaessa lejeerausalku-aineita Zr-pohjaisiin lejeerinkeihin, jotka ovat ehdolla käytettäviksi polttoaineen vuoraukseen kiehutusreaktori-käytössä. Alkuaineen termisen neuronin poikkileikkauksen 35 tulisi olla suhteellisen pieni, jotta fissioreaktion tuot-
II
7 89945 teet pääsevät helposti kulkemaan polttoaineen vuorauksen läpi ja mahdollistetaan siten kiehutusreaktorin mahdollisimman tehokas toiminta. Materiaalin hinta tulisi ottaa huomioon, eikä se saa olla liian suuri. Myös se, miten 5 helppoa tai vaikeaa on mainittuja alkuaineita ja zirkoniumia sisältävän lejeeringin valmistus, tulee ottaa huomioon. Lisäksi on toivottavaa, että alkuaine tai alkuaineet parantavat zirkoniumin korroosionkesto-ominaisuuksia todellisissa tai simuloiduissa kiehutusreaktoriolosuhteissa. 10 Alkuaineen termisen neutronin poikkileikkaus on yleensä alkuaineen tunnettu ominaisuus, jos tätä koskaan on harkittu käytettäväksi ydinreaktorissa. Materiaalien hinta voidaan tarkistaa hintatiedoista tekemällä tarvittaessa ekstrapolointi. Tämän keksinnön mukaisten lejee-15 rinkien lejeerausmenetelmä on samanlainen kuin tavanomaiset zirkoniumin lejeerausmenetelmät, ja lejeerauksen helppous on siten kohtuullisesti ennustettavissa. Lejeeraus tehdään edullisesti valokaarisulattamalla zirkoniumharkko, joka sisältää sopivan määrän lejeerausalkuainetta suljet-20 tuna onttoon osaansa. Sulatetusta metallista valetaan sitten lejeerinkiharkko, joka muokataan sitten lopullisiin muotoihin viimeistelymenetelmin.
Vaikeammin ennustettavissa oleva näistä parametreistä on yleensä se, parantaako lejeerausalkuaine kor-: 25 roosion kestoa.
Tämän keksinnön yhteydessä on havaittu, että zir-koniumpohjaiset lejeeringit, jotka sisältävät noin 0,5 - 2,0 p-% tinaa ja liukenevia osia, jotka sisältävät niobia, telluuria, molybdeeniä ja niiden seoksia, jolloin liukene-30 van osan osuus lejeeringistä on noin 0,3 - 1,4 p-%, toimivat oleellisesti paremmin kuin Zirkalov 2 kokeissa, joita tehdään nodulaarisen korroosin kestävyyden määrittämiseksi. Nämä lejeeringit toimivat hyvin myös testeissä yhtenäisen korroosion kestävyyden määrittämiseksi. Sen lisäk-35 si, että nämä alkuaineet, niobi, telluuri ja molybdeeni, 8 39945 parantavat kestävyyttä nodularista korroosiota vastaan, niillä on muita edellä mainittuja toivottuja piirteitä.
Tämän keksinnön mukaisista lejeeringeistä on testattu kestävyys sekä yhtenäistä korroosiota vastaan että 5 nodulaarista korroosiota vastaan. Nämä testit ovat osoittaneet, että dramaattinen pieneneminen alttiudesa nodulaa-riseen korroosioon voidaan saavuttaa lejeeringissä, joka on suhteellisen epäherkkä lämpökäsittelylle, säilyttäen samalla Zirkaloy 2-lejeeringin kestävyys yhtenäistä kor-10 roosiota vastaan suurin piirtein ennallaan.
Liukenevan osan muodostavat lejeerausalkuaineet osoittautuvat tehokkaimmiksi näissä lejeeringeissä liukenevan aineen kokonaispitoisuuden ollessa noin 0,6 - 0,7 p-% lejeeringistä. On testattu liukenevan aineen pitoisuuk-15 siä 0,3 p-%:sta 1,4 p-%:iin, ja niillä on osoitettu olevan Zirkaloy 2:ta parempi kestävyys nodulaarista korroosiota vastaan.
Suurimmassa osassa testatuista lejeeringeistä liukenevan aineen kokonaispitoisuus on alueella 0,5 - 1,0 p-20 %. On myös testattu lejeerinkejä, jotka sisältävät tel- luuria ainoana liukenevana aineena, jonka pitoisuus on 0,3 - 1,4 p-%, ja saatu erinomaisia tuloksia.
Taulukossa 1 luetellaan muutamia esimerkkejä tämän keksinnön mukaisista lejeeringeistä; taulukon lopussa ole-25 vat kolme ainetta ovat Zirkaloy 2-lejeerinkejä, jotka ovat kolmessa erilaisessa lämpökäsitellyssä tilassa. Nämä le-jeeringit testattiin vedessä, joka sisälsi 8 ppm happea, lämpötilassa 288 °C ja paineessa 10300 kPa, siis olosuhteissa, jotka vastaavat reaktorin käyttölämpötilaa ja 30 -painetta (säteilylähde puuttuu), kestävyyden yhtenäistä korroosiota vastaan arvioimiseksi.
Tässä taulukossa esitetyistä tuloksista on havaittavissa, että testatuilla keksinnön mukaisilla lejeerin-geillä on erinomainen kestävyys yhtenäistä korroosiota 35 vastaan; korroosionopeudet ovat useimmissa tapauksissa
II
9 S 9 9 4 5 vertailukelpoisia Zirkaloy 2-näytteiden vastaavien arvojen kanssa. Yhdessäkään näissä olosuhteissa testatuista näytteistä ei havaittu mitään merkkejä nodulaarisen korroosion tuotteiden muodostumisesta.
5 Taulukossa 2 esitetään tulokset testeistä, jotka tehtiin tämän keksinnön mukaisten lejeerinkien modulaarisen korroosioalttiuden määrittämiseksi. Käytetyt testi-olosuhteet (vesihöyry lämpötilassa 510 °C, paine 10300 kPa) olivat sellaiset, joissa tapahtuu laboratorio-olosuh-10 teissä Zirkaloy-lejeerinkien nodulaarisen korroosion tuotteen muodostumista, joka on samanlaista kuin mitä Zirka-loylla esiintyy reaktorikäytön jälkeen. Vertailun vuoksi mainittakoon, että karkaistun Zirkaloyn painonlisäykset (ei esitetä taulukossa) samoissa testiolosuhteissa on suu-15 ruusluokkaa muutamia tuhansia milligrammoja neliödesimet-riä kohden.
Tämän keksinnön mukaiset lejeeringit testattiin erilaisissa lämpökäsittelyn jälkeisissä tiloissa. Taulukossa 2 esitetyt tulokset viittaavat myös siihen, että nä-20 mä lejeeringit ovat suhteellisen epäherkkiä näytteen läm-pökäsittelytilalle. Jotkut koostumukset testattiin käyttämällä kylmävalssatun levyn muodossa olevia näytteitä sekä karkaistuina että karkaisemattomina. Joitakin koostumuksia testattiin "valamisen jälkeisessä" muodossa sekä jälkeen-• 25 päin karkaistuina että karkaisemattomina. Muutamia koostumuksia testattiin pelkän karkaisun jälkeen. Karkaisu lämpötilassa 750 °C 48 tuntia, joka tehtiin kaikille tämän keksinnön mukaisille testatuille lejeeringeille, on lämpökäsittely, joka poistaa Zirkaloy 2:sta kestävyyden nodu-30 laarista korroosiota vastaan laboratoriovesihöyrykokeissa.
Kaikki taulukossa 2 esitetyt painonlisäykset ovat paljon parempia kuin tulokset, joita saatiin testattaessa herkistettyä (karkaistua) Zirkaloy-lejeerinkiä. Useimmilla keksinnön mukaisilla lejeeringeillä painonlisäys oli alle 35 100 mg/dm2; lopuilla näytteillä painonlisäykset olivat suu- 10 89945 ruusluokkaa 100 tai 200 mg/dm2. Kuten edellä mainittiin, herkistettyjen Zirkaloy-näytteiden, jotka testattiin samaa testausaikaa ja samoja olosuhteita käyttäen, painonlisäyk-set ovat suuruusluokkaa muutamia tuhansia milligrammoja 5 neliödesimetriä kohden.
Tulisi huomata, että testattu lejeerinki, joka sisältää 1,4 p-% telluuria, ei sisältänyt tinaa, jota tämän keksinnön mukaisten lejeerinkien ilmoitetaan sisältävän 0,5 - 2,0 p-%. Tinen läsnäololla lienee pieni vaikutus 10 kestävyyteen nodulaarista korroosiota vastaan pitoisuutena 0,5 - 2,0 p-%, joka vallitsee keksinnön mukaisissa lejeeringeissä. Siksi lejeerinki, joka on samanlainen kuin testattu ja sisältää 1,4 p-% telluuria ja lisäksi 0,5 - 2,0 p-% tinaa loppuosan ollessa zirkoniumia, toimisi sa-15 maila tai hyvin samankaltaisella tavalla kuin taulukoissa 1 ja 2 esitetty Zr-1,4-Te-lejeerinki.
Sen lisäksi, että keksinnön mukaisten lejeerinkien painonlisäykset olivat pienentyneitä, yhdessäkään näistä lejeeringeistä ei esiintynyt merkkejä nodulaarisen korroo-20 sion tuotteen muodostumisesta. Näillä lejeeringeillä on testiolosuhteissa selvästi parantunut kestävyys nodulaarista korroosiota vastaan.
Il n 39945
Taulukko 1
Oksidin kasvu/painon lisäys vedessä lämpötilassa 288°C, paineessa 10300 kPa happipitoisuuden ollessa 8 ppm 5 2 Lejeeringin koostumus3 Painon lisäys (mg/din ) 1000 tuntia 1700 tuntia 2r-l.51Sn-0.38Nb-0.19Mo 13,8 14,0
Zr-l.56Sn-0.38Te-0.21Nb 9,5 10,3
Zr-l.53Sn-0.22Te-0.39Nb 11^3 12,0 1° Zr-l.57Sn-0.16Te-0.26Nb-0.15Mo 13,3 10,8
Zr-l.55Sn-0.2Te-0.2Nb-0.18Mo 11,7 12,5
Zr-l.60Sn-0.58Te 9,7 11,5
Zr-l.16Sn-0.72Te 9,8 11,0
Zr-l.13Sn-0.60Te 10,5 12,5
Zr-l.65Sn-0.68Te 10,0 12,0
Zr-l.54Sn-0.69Te 12,5 20,8 15 Zr-l.50Sn-0.29Nb-0.28Mo 15,3 19,0
Zr-l.50Sn-0.5Mo 13,5 16,8
Zr-l.49Sn-0.34Nb-0.32Mo 11,0 13,6
Zr-l.5Sn-0.5Nb-0.5Mo 21,8 50,0
Zr-l.0Sn-0.5Nb-0.5Mo 21,2 40,0
Zr-l.5Sn-0.5Nb-0.5Mo 16,8 33,0
Zr-1.4Te 18,0 33,8
Zr-l.3Sn-0.6Te 4.3 b 20 Z2 (zircaloy 2, poikittaisvalssattu kaupallinen levy) 11,0 13,2 Z2 w/750°C/16 t karkaisu 11,0 15,0 Z2 w//3-karkaisu 15,0 17,0 15,0 17,0 25 (a) Koostumukset ilmoitettu paino prosentteina (b) Testiä ei viety loppuun.
12 39945
Taulukko 2
Painonlisäys höyrykäsittelyn jälkeen (510°C, 10300 kPa, 24 tuntia) 2
Lejeermgm Painonlisäys (mg/dm ) Valettuna koostumus (1) Kylmävalssattu 2,5 mm w/750öC/48 t (0,1"1 levy w/750°C/48 t ,
No HT karkaisu No HT^ karkaisu
Zr-1.5lSn-0.38Nb-0.19Mo 44 61 * *
Zr-1.56Sn-0.38Te-0.21Nb 69 58 * *
Zr-1.53Sn-0.22Te-0.39Nb 47 49 * *
Zr-1.57Sn-0.16Te-0.29Nb-0.15Mo48 58 * *
Zr-1.55Sn-0.2Te-0.2Nb-0.18Mo 60 64 * *
Zr-1.60Sn-0.58Te 111 107 * *
Zr-1.16Sn-0.72Te 94 88 * *
Zr-1.13Sn-0.60Te 88 90 * *
Zr-0.65Sn-0.68Te 99 95 * *
Zr-1.54Sn-0.69Te * 83 * *
Zr-1.5Sn-0.29 Nb-0.2BMo *70 * *
Zr-1.5Sn-0.5MO * 68 ★ *
Zr-1.49Sn-0.34Nb-0.32Mo 42/43 61/57 * *
Zr-1.5Sn-0.2Nb-0.4Mo 52 70 * *
Zr-1.5Sn-0.2Te-0.4Mo 85 70 * *
Zr-1.5Sn-0.4Te-0.2Mo 70 68 * *
Zr-l.5Sn-0.3Te-0.l5Nb-0.15MO 65 67 * *
Zr-1.5Sn-0.3Mo-0.15Te-0.15-Nb 65 63 * *
Zr-1.0Sn-0.30Te * * 214 117
Zr-1,5Sn-0.30Te * * 260 107
Zr-0.5Sn-0.50Te * * 144 88
Zr-1.3Sn-0.60Te 45 42 * *
Zr-1.5Sn-1.OOTe * * 100 156
Zr-1.4Te * * * 74
Zr-2.0Sn-0.30Nb-0.30Mo * * * 102
Zr-0.5Sn-0.50Nb-0.50Mo * * * 62
Zr-1,0Sn-0.50Nb-0.50Mo * * * 79
Zr-1.5Sn-0.50Nb-0.50Mo * * * 108 1. Koostumukset ilmoitetaan painoprosentteina 2. No HT - Ei myöhempää lämpökäsittelyä * = Ei testattu
II
13 S"45
Vaikka iässä ei ole kuvattu muita tämän keksinnön muunnoksia ja variaatioita, joita voidaan käyttää poikkeamatta keksinnön piiristä, on tarkoitus, että keksinnön piiriin kuuluvat kaikki muunnokset ja variaatiot, jotka 5 voidaan katsoa seuraavien patenttivaatimusten kattamiksi.
Claims (16)
1. Korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että se sisältää 0,5 - 2,0 p-% tinaa, 0,5 - 1,0 p- 5. liukenevaa ainetta, joka koostuu molybdeenistä ja tel- luurista sekä valinnaisesti 0,09 - 0,16 p-% happea loppuosan ollessa zirkoniumia ja satunnaisia epäpuhtauksia.
2. Korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että se sisältää 0,5-2, 0 p-% tinaa, 0,5 - 1,0 p- 10. liukenevaa ainetta, joka muodostuu niobista, jonka osuus on alle 0,5 p-% lejeeringistä, ja ainetta, joka on ryhmästä koostuen molybdeenistä, telluurista ja niiden seoksista, sekä valinnaisesti 0,09 - 0,16 p-% happea ja satunnaisia epäpuhtauksia loppuosan ollessa zirkoniumia.
3. Korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että se sisältää 0,5 - 2,0 p-% tinaa, 0,5 - 1,0 p-% liukenevaa ainetta, joka koostuu niobista ja telluurista, sekä valinnaisesti 0,09 - 0,16 p-% happea loppuosan ollessa zirkoniumia ja satunnaisia epäpuhtauksia.
4. Korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että se sisältää 0,5 - 2,0 p-% tinaa, 0,6 - 1,0 p-% liukenevaa ainetta, joka koostuu niobista, molybdeenistä ja telluurista, jolloin niobin määrä on ainakin 0,5 paino-%, sekä valinnaisesti 0,09 - 0,16 p-% happea loppu-l 25 osan ollessa zirkoniumia ja satunnaisia epäpuhtauksia.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukenevan aineen osuus on 0,6 p-%.
6. Patenttivaatimuksien 1-5 mukainen korroosion- 30 kestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että tinan osuus on alueella 0,65 - 1,60 p-%.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että tinan osuus on 1,5 p-%.
8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva aine II β 9 9 45 koostuu molybdeenin ja telluurin seoksesta, jolloin molybdeenin osuus on 0,4 p-% ja telluurin osuus 0,2 p-%.
9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva 5 aine muodostuu niobista ja molybdeenistä, jolloin niobin osuus on 0,4 p-% ja molybdeenin osuus on 0,2 p-%.
10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen korroosionkes-tävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva aine koostuu niobista, jonka osuus on 0,2 p-% , molybdee- 10 nistä, jonka osuus on 0,2 p-%, ja telluurista, jonka osuus on 0,2 p-%.
11. Patenttivaatimuksen 5 mukainen korroosionkes-tävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva aine koostuu niobista, jonka osuus on 0,3 p-%, molybdee- 15 nistä, jonka osuus on 0,15 p-% ja telluurista, jonka osuus on 0,15 p-%.
12. Patenttivaatimuksen 2 mukainen korroosionkestä-vä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva aine muodostuu niobista, jonka osuus on 0,35 p-% ja molybdee- 20 nista, jonka osuus 0,35 p-%.
13. Patenttivaatimuksen 5 mukainen korroosionkes-tävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukeneva aine koostuu niobista, jonka osuus on 0,4 p-% ja telluurista, jonka osuus on 0,2 p-%.
14. Korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu Siitä, että se sisältää 0,5 - 2,0 p-% tinaa ja 0,3 - 1,4 p-% liukenevaa ainetta, joka koostuu telluurista, sekä valinnaisesti 0,09 - 0,16 p-% happea, loppuosan ollessa zirkoniumia ja satunnaisia epäpuhtauksia.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen korroosionkes tävä lejeerinki, tunnettu siitä, että tinan osuus on alueella 0,65 - 1,60 p-%.
16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen korroosionkestävä lejeerinki, tunnettu siitä, että liukenevan 35 aineen osuus on alueella 0,3 - 1,0 p-%. 16 39945 Patentkrav
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4150787A | 1987-04-23 | 1987-04-23 | |
| US4150787 | 1987-04-23 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI881896A0 FI881896A0 (fi) | 1988-04-22 |
| FI881896L FI881896L (fi) | 1988-10-24 |
| FI89945B true FI89945B (fi) | 1993-08-31 |
| FI89945C FI89945C (fi) | 1993-12-10 |
Family
ID=21916880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI881896A FI89945C (fi) | 1987-04-23 | 1988-04-22 | Korrosionsbestaendiga zirkoniumlegeringar |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0287888B1 (fi) |
| JP (1) | JPH07103433B2 (fi) |
| DE (1) | DE3862606D1 (fi) |
| ES (1) | ES2022509B3 (fi) |
| FI (1) | FI89945C (fi) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5026516A (en) * | 1989-05-25 | 1991-06-25 | General Electric Company | Corrosion resistant cladding for nuclear fuel rods |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB764285A (en) * | 1954-02-18 | 1956-12-19 | Atomic Energy Commission | Ternary zirconium alloys |
| US2736651A (en) * | 1954-08-19 | 1956-02-28 | Arthur D Schwope | Zirconium ternary alloys |
| US3294594A (en) * | 1963-11-08 | 1966-12-27 | Nat Distillers Chem Corp | Method of imparting corrosion resistance to zirconium base alloys |
| SE323525B (fi) * | 1969-02-21 | 1970-05-04 | Sandvikens Jernverks Ab | |
| NO130993C (fi) * | 1973-07-09 | 1975-03-25 | Atomenergi Ab | |
| CA1027781A (en) * | 1975-05-06 | 1978-03-14 | Brian A. Cheadle | High strength sn-mo-nb-zr alloy tubes and method of making same |
| US4649023A (en) * | 1985-01-22 | 1987-03-10 | Westinghouse Electric Corp. | Process for fabricating a zirconium-niobium alloy and articles resulting therefrom |
| JPS62297449A (ja) * | 1986-06-18 | 1987-12-24 | Hitachi Ltd | ジルコニウム基合金部材の製造法 |
| JPS6350453A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-03 | Hitachi Ltd | ジルコニウム基合金部材の製造法 |
-
1988
- 1988-04-06 EP EP88105451A patent/EP0287888B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-04-06 ES ES88105451T patent/ES2022509B3/es not_active Expired - Lifetime
- 1988-04-06 DE DE8888105451T patent/DE3862606D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-04-22 FI FI881896A patent/FI89945C/fi not_active IP Right Cessation
- 1988-04-22 JP JP63098490A patent/JPH07103433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07103433B2 (ja) | 1995-11-08 |
| FI881896L (fi) | 1988-10-24 |
| ES2022509B3 (es) | 1991-12-01 |
| EP0287888A1 (en) | 1988-10-26 |
| DE3862606D1 (de) | 1991-06-06 |
| JPS63290233A (ja) | 1988-11-28 |
| FI89945C (fi) | 1993-12-10 |
| FI881896A0 (fi) | 1988-04-22 |
| EP0287888B1 (en) | 1991-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5832050A (en) | Zirconium-based alloy, manufacturing process, and use in a nuclear reactor | |
| US5254308A (en) | Zirconium alloy with improved post-irradiation properties | |
| US4876064A (en) | Corrosion resistant zirconium alloys containing bismuth | |
| JP5704553B2 (ja) | 沸騰水型原子炉核燃料集合体の部品のためのシャドー腐食に耐性のあるジルコニウム合金 | |
| JP4099493B2 (ja) | 耐クリープ性が優れたジルコニウム合金組成物 | |
| KR100261666B1 (ko) | 저 부식성과 고강도를 갖는 지르코늄합금 조성물 | |
| US5278882A (en) | Zirconium alloy with superior corrosion resistance | |
| US4963323A (en) | Highly corrosion-resistant zirconium alloy for use as nuclear reactor fuel cladding material | |
| JPH07504229A (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料棒被覆管 | |
| US6884304B1 (en) | Zirconium alloy highly resistant to corrosion and to sun burst by water and water vapor and method for thermomechanical transformation of the alloy | |
| US5196163A (en) | Highly corrosion-resistant zirconium alloy for use as nuclear reactor fuel cladding material | |
| CN1128235C (zh) | 用作燃料棒包覆层的锆合金 | |
| FI86994C (fi) | Korrosionsfasta vismut innehaollande zirkoniumlegeringar | |
| JPH05247567A (ja) | 核燃料被覆隔壁用ジルコニウム‐ビスマス‐ニオブ合金 | |
| US4863685A (en) | Corrosion resistant zirconium alloys | |
| FI89945B (fi) | Korrosionsbestaendiga zirkoniumlegeringar | |
| RU2187155C2 (ru) | Сплав и труба для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, а также способ изготовления такой трубы | |
| KR100286871B1 (ko) | 내부식성과 기계적 특성이 우수한 지르코늄합금 조성물 | |
| EP1149180B1 (en) | Zirconium based alloy and component in a nuclear energy plant | |
| US2947621A (en) | Ternary alloys of uranium, columbium, and zirconium | |
| US5122334A (en) | Zirconium-gallium alloy and structural components made thereof for use in nuclear reactors | |
| KR20130116668A (ko) | 우수한 기계적 특성과 부식저항성을 갖는 핵연료 피복관용 지르코늄 합금 | |
| US7985373B2 (en) | Alloy and tube for nuclear fuel assembly and method for making same | |
| CN107675024A (zh) | 一种含钒的锆锡合金及其制备方法 | |
| KR20010001111A (ko) | 우수한 내부식 및 저수소흡수성, 고강도를 갖는 지르코늄 (Ｚｒ)-니오븀(Ｎｂ)-주석(Ｓｎ)-철(Ｆｅ)-산소(Ｏ) 합금 및그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application | ||
| MM | Patent lapsed | ||
| MM | Patent lapsed |
Owner name: GENERAL ELECTRIC COMPANY |