JP2001074872A - Method for manufacturing zirconium alloy for nuclear reactor - Google Patents

Method for manufacturing zirconium alloy for nuclear reactor

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JP2001074872A
JP2001074872A JP24504599A JP24504599A JP2001074872A JP 2001074872 A JP2001074872 A JP 2001074872A JP 24504599 A JP24504599 A JP 24504599A JP 24504599 A JP24504599 A JP 24504599A JP 2001074872 A JP2001074872 A JP 2001074872A
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zirconium alloy
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corrosion
vanadium
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Yoshio Nonaka
善夫 野中
Shiyuuichi Nanikawa
修一 何川
Yoshinori Eito
良則 栄藤
Yoshio Shimada
祥雄 島田
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Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
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Toshiba Corp
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a zirconium alloy with improved nodular resistance and uniform corrosion resistance even if a fuel is set to highly combustible. SOLUTION: The method is used to manufacture a zirconium alloy that is made of 3.00 wt.% or less tin, 0.30 wt.% or less iron, 0.15 wt.% or less chrome, 0.20 wt.% or less nickel, and 0.1-0.5 wt.% or less vanadium while the remainder is essentially made of zirconium. In specific heat-treatment conditions after the zirconium alloy is heated and cooled to 830 deg.C or higher (α+β quenching or β quenching), the heat-treatment conditions are set so that an accumulation annealing parameter ΣAi that has been determined by an expression, ΣAi=Σti.exp(-40000/Ti) (ti; retention time at a temperature of Ti, Ti; heat-treatment time (K)), reaches 1×10-17 h or more.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉に使用され
るジルコニウム合金の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a zirconium alloy used in a nuclear reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、ジルコニウム合金は沸騰水型軽水
炉、加圧水型軽水炉などで燃料被覆管および炉心構造材
料として広く使用されている。これまで最も一段的に用
いられているジルコニウム合金は、ジルカロイ−2とジ
ルカロイ−4である。表1にそれらの化学組成を重量%
の単位で示す。その他にも、Zr−2.5重量%Nb、
Zr−1.0重量%Nbなどの合金も原子炉に適用され
ている。
2. Description of the Related Art At present, zirconium alloys are widely used as fuel cladding tubes and core structural materials in boiling water reactors, pressurized water reactors and the like. The zirconium alloys that have been most commonly used so far are Zircaloy-2 and Zircaloy-4. Table 1 shows their chemical compositions in weight%.
Is shown in units of In addition, Zr-2.5% by weight Nb,
Alloys such as Zr-1.0 wt% Nb have also been applied to nuclear reactors.

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【0004】上記の合金は、主に中性子経済性、耐食性
および強度を考慮して開発された合金である。中性子経
済性とは、中性子が漏れや無駄な吸収を逃れて核分裂反
応に有効に利用される程度を表したものである。
[0004] The above-mentioned alloys are alloys developed mainly in consideration of neutron economy, corrosion resistance and strength. Neutron economics describes the extent to which neutrons escape leakage and wasteful absorption and are effectively used for fission reactions.

【0005】沸騰水型軽水炉に用いられるこれらの合金
では、原子炉運転中にノジュラー腐食と呼ばれるレンズ
状の局部腐食が発生することが問題になっていた。ノジ
ュラ一腐食は、使用期間の増加に伴い成長し、腐食層が
厚くなると剥離に至ることもある。従って、ノジュラー
腐食の発生は構造材の減肉をもたらすだけでなく、中性
子照射により放射化した腐食層が剥離して炉水中に存在
することにより、定期検査の際に作業者の被曝量を増加
させる恐れがある。
[0005] With these alloys used in boiling water light water reactors, there has been a problem that lens-shaped local corrosion called nodular corrosion occurs during operation of the reactor. Nodular corrosion grows with an increase in the service life, and may become exfoliated when the corrosion layer becomes thicker. Therefore, the occurrence of nodular corrosion not only reduces the thickness of structural materials, but also increases the exposure of workers during periodic inspections due to the fact that the corroded layer activated by neutron irradiation peels off and is present in the reactor water. May cause

【0006】このようなノジュラー腐食の発生を防止さ
せる技術としては、例えば次のようなものが知られてい
る。(1)特開平3−31438号公報記載の従来のジ
ルコニウム合金にバナジウムを微量添加させノジュラー
腐食を抑制する方法、(2)特開平483838号公報
記載の合金組成の変更、(3)特開平2−213437
号公報記載の希土類元素の0.3重量%以下の添加、さ
らに(4)ジルコニウム合金のα+β相あるいはβ相の
温度範囲に短時間加熱し、その後急冷する熱処理方法
(後記文献1)などが挙げられる。
As a technique for preventing the occurrence of such nodular corrosion, for example, the following is known. (1) A method for suppressing nodular corrosion by adding a small amount of vanadium to a conventional zirconium alloy described in JP-A-3-31438, (2) Changing the alloy composition described in JP-A-483838, (3) -213437
No. 3 or less by weight of a rare earth element described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-209, and (4) a heat treatment method in which a zirconium alloy is heated to a temperature range of α + β phase or β phase for a short time and then quenched (Reference 1). Can be

【0007】前記(1)記載のバナジウム添加ジルカロ
イ−2では、Fe、Cr、Niなどが固溶するα+β相
あるいはβ相になるような前記(4)記載の第一の熱処
理と、冷間圧延による歪みを除去させるための第ニの熱
処理が施される。これらの熱処理は、ジルカロイ−2と
同じ目的で行われている。上記のような方法により、現
在の実炉運転条件下においてノジュラー腐食は抑制さ
れ、腐食形態は腐食生成物である酸化皮膜が均一に成長
する一様腐食へと変化しつつある。文献1「極限燃料技
術」研究専門委員会,核燃料工学 現状と展望,(1993)
110。
In the vanadium-added zircaloy-2 according to the above (1), the first heat treatment according to the above (4) and cold rolling are performed so as to form an α + β phase or a β phase in which Fe, Cr, Ni, etc. are dissolved. A second heat treatment is performed to remove distortion due to. These heat treatments are performed for the same purpose as Zircaloy-2. By the above-described method, nodular corrosion is suppressed under the current operating conditions of the actual furnace, and the corrosion mode is changing to uniform corrosion in which an oxide film as a corrosion product grows uniformly. Literature 1 “Extreme Fuel Technology” Research Subcommittee, Nuclear Fuel Engineering Current Status and Prospects, (1993)
110.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】耐ノジエラー腐食性を
改善したバナジウム添加ジルコニウム合金は、現在の軽
水炉運転条件下ではその機能を充分に果たしている。と
ころが、現在原子力発電プラントの経済性向上のため原
子炉燃料の高燃焼度化が計画されており、この場合原子
炉燃料被覆管は長期間炉内に滞在することになる。従っ
て、腐食量が大きくなり材料にとって一層苛酷な環境と
なる。このような環境下では腐食速度が高燃焼度で増加
する一様腐食加速現象の発生が懸念されている。従っ
て、炉内においてノジュラー腐食が発生せず、一様腐食
加速現象が起こらない耐一様腐食性に優れた材料が要望
されている。
The vanadium-doped zirconium alloy with improved resistance to noji error corrode sufficiently fulfills its function under current LWR operating conditions. However, at present, a high burnup of the reactor fuel is planned to improve the economic efficiency of the nuclear power plant, and in this case, the reactor fuel cladding stays in the reactor for a long time. Therefore, the amount of corrosion increases and the environment becomes more severe for the material. Under such an environment, there is a concern that a uniform corrosion acceleration phenomenon in which the corrosion rate increases at a high burnup will occur. Therefore, there is a demand for a material which does not generate nodular corrosion in the furnace and has excellent uniform corrosion resistance, which does not cause uniform corrosion acceleration.

【0009】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、燃料を高燃焼度化した場合でも、
耐ノジュラー腐食性および耐一様腐食性に優れたジルコ
ニウム合金の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell having a high burnup,
An object of the present invention is to provide a method for producing a zirconium alloy having excellent nodular corrosion resistance and uniform corrosion resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、錫
3.00重量%以下、鉄0.30重量%以下、クロム0.
15重量%以下、二ツケル0.20重量%以下、バナジ
ウム0.1〜0.5重量%、残部が実質的にジルコニウム
から成るジルコニウム合金の製造方法において、前記ジ
ルコニウム合金を830℃以上まで加熱・冷却(α+β
焼入またはβ焼入れ)した後の所定の熱処理条件におい
て、前記熱処理の条件を定量化した累積アニーリングパ
ラメータ(ΣAi)
That is, according to the present invention, tin is less than 3.00% by weight, iron is less than 0.30% by weight, chromium is less than 0.3% by weight.
In a method for producing a zirconium alloy comprising 15% by weight or less, 0.2% by weight or less of nickel, 0.1% to 0.5% by weight of vanadium and the balance substantially consisting of zirconium, the zirconium alloy is heated to 830 ° C. or more. Cooling (α + β
Cumulative annealing parameters (ΣAi) quantifying the heat treatment conditions under predetermined heat treatment conditions after quenching or β quenching)

【0011】[0011]

【数3】ΣAi=Σti・exp(−40000/Ti) ti;温度Tiにおける保持時間 Ti;熱処理温度(K) がl×10~17h以上となるようになし所期の目的を達
成するようにしたものである。
Equation 3] ΣAi = Σt i · exp (-40000 / T i) t i; temperature T i hold time at T i; heat-treating temperature (K) is none of the intended so that l × 10 ~ 17 h or more This is to achieve the purpose.

【0012】また、本発明は、ジルコニウム合金を次の
工程で製造するようにしたものである。すなわち、
(a)原料秤量でジルコニウム合金の原料にバナジウム
を0.1〜0.5重量%加える工程、(b)ジルコニウ
ム合金をα+β相あるいはβ相の金属組織にし、その後
急冷する第1熱処理工程、(c)前記熱処理の条件を定
量化した累積アニーリングパラメータΣAi
Further, the present invention is to produce a zirconium alloy in the following steps. That is,
(A) a step of adding 0.1 to 0.5% by weight of vanadium to the raw material of the zirconium alloy by weighing the raw material, (b) a first heat treatment step of converting the zirconium alloy into an α + β phase or β phase metal structure, and then quenching it, c) Cumulative annealing parameter ΣAi quantifying the heat treatment conditions

【0013】[0013]

【数4】ΣAi=Σti・exp(−40000/Ti) ti;温度Tiにおける保持時間 Ti;熱処理温度(K) がl×10~17h以上の条件で焼鈍する第2熱処理工
程。
The second heat treatment for annealing at a heat treatment temperature (K) is not less than l × 10 ~ 17 h condition; Equation 4] ΣAi = Σt i · exp (-40000 / T i) t i; temperature T i hold time at T i Process.

【0014】すなわち、このような製造方法であると、
ノジュラー腐食を抑制する手段として、(a)および
(b)の工程が備えられている。ジルカロイ−2にバナ
ジウムを徴量添加して作製したバナジウム添加ジルカロ
イ−2を炉外でノジュラー腐食試験(410℃で4時間
+520℃で16時間、123気圧の水蒸気)し、腐食
による重量増加に関するバナジウム添加量の影響につい
て調べた結果を図2に示す。この図で、A工程のΣAi
は1.62×10~18h、B工程は6.48×10~17
である。
That is, with such a manufacturing method,
As means for suppressing nodular corrosion, steps (a) and (b) are provided. A vanadium-added zircaloy-2 prepared by adding vanadium to zircaloy-2 was subjected to a nodular corrosion test (4 hours at 410 ° C. + 16 hours at 520 ° C., 123 atm steam) outside the furnace, and vanadium related to weight increase due to corrosion. FIG. 2 shows the results of the investigation on the effect of the amount of addition. In this figure, ΔAi of the process A
Is 1.62 × 10 to 18 h, Step B is 6.48 × 10 to 17 h
It is.

【0015】これより、バナジウム添加量が0.3重量
%あたりで重量増加は最小になり、無添加材よりも耐ノ
ジュラー腐食性に優れていることがわかる。しかし、
0.1重量%の添加では、無添加材より耐ノジュラー腐
食性に劣ることから、ジルカロイ−2へのバナジウム添
加量は、0.1重量%より大きく0.5重量%以下の範
囲がよい。
From this, it can be seen that the weight increase is minimized when the amount of vanadium added is about 0.3% by weight, and the nodular corrosion resistance is superior to that of the non-added material. But,
Since the addition of 0.1% by weight is inferior in nodular corrosion resistance to the additive-free material, the amount of vanadium added to Zircaloy-2 is preferably in the range of more than 0.1% by weight and 0.5% by weight or less.

【0016】本発明の手段には、さらに一様腐食を抑制
する(c)の工程が備えられている。図3にΣAiを変
化させて製造した2種類の0.3重量%バナジウム添加
ジルカロイ2およびジルカロイ−2の一様腐食試験の結
果が示されている。
The means of the present invention further comprises a step (c) for suppressing uniform corrosion. FIG. 3 shows the results of a uniform corrosion test of two kinds of zircaloy-2 and zircaloy-2 added with 0.3% by weight of vanadium produced by changing ΔAi.

【0017】この図で、A工程のΣAiは1.62×1
0~18h、B工程は6.48×10~17hである。またこ
の図で、縦軸が酸化による合金重量の増加量、横軸が腐
食試験の時間であり、グラフの傾きから腐食の進行速度
がわかる。これら2種類は全く同じ組成の合金であるが
腐食の進行速度が大きく異なり、B工程の進行速度はA
工程よりも遥かに遅く、耐一様腐食性に優れており、ノ
ジュラー腐食が発生しない耐一様腐食性に優れたジルコ
ニウム合金であることがわかる。
In this figure, ΔAi in the step A is 1.62 × 1
0 to 18 h, Step B is 6.48 × 10 to 17 h. Also, in this figure, the vertical axis indicates the amount of increase in alloy weight due to oxidation, and the horizontal axis indicates the time of the corrosion test. The slope of the graph indicates the rate of progress of corrosion. Although these two types are alloys having exactly the same composition, the progress speed of corrosion is greatly different.
This is a zirconium alloy that is much slower than the process, has excellent uniform corrosion resistance, and has excellent uniform corrosion resistance without generating nodular corrosion.

【0018】これは次のような理由によるものと考えら
れる。バナジウム添加ジルカロイ−2にはZr、Fe、
Cr、NiおよびVで構成される金属間化合析出物が存
在し、その構造はおそらくZr(Fe,Cr,Ni,
V)2と考えられる。合金表2にA工程とB工程で作製
された合金の析出物をエネルギー分散型X線分析法によ
って200個分析したときのV/(Fe+Cr+Ni+
V)、Fe(Fe+Cr+Ni+V)、Cr/(Fe+
Cr+Ni+V)、およびNi/(Fe+Cr+Ni+
V)の特性X線カウント比の平均値が示されている。
This is considered to be due to the following reasons. Vanadium-doped Zircaloy-2 has Zr, Fe,
There are intermetallic compound precipitates composed of Cr, Ni and V, whose structure is probably Zr (Fe, Cr, Ni,
V) 2 . Alloy Table 2 shows V / (Fe + Cr + Ni +) obtained by analyzing 200 precipitates of the alloys prepared in Steps A and B by energy dispersive X-ray analysis.
V), Fe (Fe + Cr + Ni + V), Cr / (Fe +
Cr + Ni + V) and Ni / (Fe + Cr + Ni +)
The average value of the characteristic X-ray count ratio V) is shown.

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】B工程の合金がA工程の合金に比べてV/
(Fe+Cr+Ni+V)カウント比が小さく析出物中
のFe、Cr、Niの含有総量が高いことから、合金母
材中へのFe、Cr、Niの固溶量が少ないと考えられ
る。ジルコニウム合金の酸化膜は金属/酸化膜界面から
環境側への電子の移動と環境側から金属/酸化膜界面へ
の酵素イオンの移動で成長するため、電子あるいは酸素
イオンのどちらかの移動を抑制すると腐食進行が遅くな
る。
The alloy in the step B has a V / V
Since the (Fe + Cr + Ni + V) count ratio is small and the total content of Fe, Cr and Ni in the precipitate is high, it is considered that the amount of Fe, Cr and Ni dissolved in the alloy base material is small. The oxide film of zirconium alloy grows by the transfer of electrons from the metal / oxide film interface to the environment and the transfer of enzyme ions from the environment to the metal / oxide film interface. Then, the progress of corrosion becomes slow.

【0021】酸化膜に固溶したFe、Cr、Niは酸素
空孔の形成に寄与する。酸素空孔によって酸素イオンは
移動するため、酸素空孔の形成に強く寄与するFe、C
r、Niの固溶量が小さい合金程腐食進行が遅くなると
考えられる。A工程の合金に比べてB工程の合金の腐食
進行が遅いのは、B工程合金の方がFe、Cr、Niの
固溶量が少ないためだと考えられる。
Fe, Cr and Ni dissolved in the oxide film contribute to the formation of oxygen vacancies. Since oxygen ions move by oxygen vacancies, Fe and C strongly contribute to the formation of oxygen vacancies.
It is considered that the progress of corrosion becomes slower for alloys with smaller solid solution amounts of r and Ni. It is considered that the corrosion progress of the alloy of the process B is slower than that of the alloy of the process A because the amount of solid solution of Fe, Cr and Ni in the alloy of the process B is smaller.

【0022】図6にジルカロイ−4を400℃にて一様
腐食試験を1200h行った際の腐食増量に及ぼすΣA
iの影響を示す。ΣAiが10~17hと10~18hの腐食
増量の比較から後者が前者に比べて2倍程度大きく、Σ
Aiが大きいほど耐食性に優れている。また1×10~
17h以上の腐食増量には大きな差は見られず、本製造法
によって製造されるバナジウム添加ジルカロイ−2も同
様な傾向を示すと考えられる。
FIG. 6 shows the effect of ΔA on the increase in corrosion when Zircaloy-4 was subjected to a uniform corrosion test at 400 ° C. for 1200 hours.
The effect of i is shown. ΣAi about 2 times larger than the latter to the former from the comparison of the corrosion increment of 10 ~ 17 h and 10 ~ 18 h, Σ
The larger the Ai, the better the corrosion resistance. Also 1 × 10 ~
No significant difference was observed in the corrosion increase over 17 hours, and it is considered that the vanadium-added zircaloy-2 produced by the present production method shows the same tendency.

【0023】さらに、B工程で製造された0.1〜0.
5重量%バナジウム添加ジルカロイ−2の一様腐食試験
の結果から求めた腐食速度を表3にまとめる。
Furthermore, 0.1 to 0.1.
Table 3 summarizes the corrosion rates obtained from the results of the uniform corrosion test of 5 wt% vanadium-added zircaloy-2.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】0.1〜0.5重量%の添加量範図ではバ
ナジウム添加量が少ないほど耐一様魔食性に優れてお
り、0.3重量%添加材と0.5重量%添加材とはほぼ
同程度の一様腐食速度を示した。図3に示したように、
B工程で作製された0.3重量%添加ジルカロイ−2と
ジルカロイ−2では一様腐食の腐食速度が同程度である
ことから、ジルカロイ−2と同程度あるいは優れた耐一
様腐食性を示す0.5重量%以下のバナジウム添加が有
効であると考えられる。
In the range of the addition amount of 0.1 to 0.5% by weight, the smaller the amount of vanadium added, the better the uniform erosion resistance. Showed almost the same uniform corrosion rate. As shown in FIG.
Since the corrosion rate of uniform corrosion is the same between 0.3% by weight-added Zircaloy-2 and Zircaloy-2 produced in the step B, it shows the same or superior uniform corrosion resistance as Zircaloy-2. It is considered that vanadium addition of 0.5% by weight or less is effective.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕本発明の製造法に基
づく実際の原子炉用材料の製造に適用した実施例を図1
の製造工程フローに示す。板材の本製造方法には、基本
的に図1記載の(1)の原料秤量工程、(2)の原料溶
解工程、(3)のβ焼き入れ工程、(4)の熱間圧延工
程、(5)酸洗い工程、(6)真空焼鈍工程、(7)の
冷間圧延工程などを備える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 shows an embodiment applied to the actual production of nuclear reactor materials based on the production method of the present invention.
Is shown in the manufacturing process flow. In the present method for producing a plate material, basically, (1) a raw material weighing step, (2) a raw material dissolving step, (3) a β quenching step, (4) a hot rolling step, 5) pickling step, (6) vacuum annealing step, (7) cold rolling step, and the like.

【0027】(1)の工程では、重量%で錫1.20〜
1.70、鉄0.07〜0.20、二ツケル0.03〜
0.08、クロム0.05〜0.15(但し、鉄、ニッ
ケル、クロムの合計が0.18−0.38)、バナジウ
ム0.1〜0.5になるように各元素の規定量を計る。
In the step (1), tin is contained in an amount of 1.20 to 20% by weight.
1.70, iron 0.07-0.20, nickel 0.03-
0.08, chromium 0.05-0.15 (however, the total of iron, nickel and chromium is 0.18-0.38), and the specified amount of each element is set so that vanadium becomes 0.1-0.5. measure.

【0028】(2)の工程では、(1)工程済の原料を
溶解させ合金にする。
In the step (2), the raw material subjected to the step (1) is melted to form an alloy.

【0029】(3)の工程では、(2)工程済のジルコ
ニウム合金に酸化防止剤を塗布し、1050℃で1時間
の大気焼鈍を行い、その後水冷を行う。
In the step (3), an antioxidant is applied to the zirconium alloy which has been subjected to the step (2), and air annealing is performed at 1050 ° C. for 1 hour, followed by water cooling.

【0030】(1)〜(3)の工程で、耐ノジュラー腐
食性に優れたジルコニウム合金となる。
In the steps (1) to (3), a zirconium alloy having excellent nodular corrosion resistance is obtained.

【0031】(4)工程では、(3)の工程済のジルコ
ニウム合金を800℃に加熱して圧延する。
In the step (4), the zirconium alloy which has been subjected to the step (3) is heated to 800 ° C. and rolled.

【0032】(5)の工程では、(3)〜(4)の工程
で酸化したジルコニウム合金の表面を酸で溶かす酸洗や
エッジの手入れを行う。
In the step (5), pickling for dissolving the surface of the zirconium alloy oxidized in the steps (3) and (4) with an acid and edge care are performed.

【0033】(6)の工程では、(5)工程済のジルコ
ニウム合金を(4)の工程、(6)工程および(10)
工程の累積アニーリングパラメータ(ΣAi)が1×1
0~1 7h以上の条件で真空焼鈍し、その後炉冷を行う。
(6)の工程で、耐一様腐食性に優れたジルコニウム合
金となる。
In the step (6), the zirconium alloy which has been subjected to the step (5) is subjected to the steps (4), (6) and (10).
The cumulative annealing parameter (ΣAi) of the process is 1 × 1
0 ~ 1 7 h or more conditions vacuum annealing, carried out the subsequent furnace cooling.
In the step (6), a zirconium alloy having excellent uniform corrosion resistance is obtained.

【0034】(7)の工程では、(6)工程済のジルコ
ニウム合金を圧延する。
In the step (7), the zirconium alloy subjected to the step (6) is rolled.

【0035】(8)の工程では、(7)工程済のジルコ
ニウム合金のエッジを手入れする。但し、(6)〜
(8)の工程は、目的の厚さに達するまで繰り返され
る。
In the step (8), the edge of the zirconium alloy which has been subjected to the step (7) is treated. However, (6)-
Step (8) is repeated until the target thickness is reached.

【0036】(9)の工程では、(8)工程済のジルコ
ニウム合金を目的の大きさに切断する。
In the step (9), the zirconium alloy which has been subjected to the step (8) is cut into a target size.

【0037】(10)の工程では、(9)工程済のジル
コニウム合金を577℃で2時間の真空焼鈍を行う。
In the step (10), the zirconium alloy subjected to the step (9) is subjected to vacuum annealing at 577 ° C. for 2 hours.

【0038】〔実施例2〕管材の本製造方法には、基本
的に(1)の原料秤量工程、(2)の原料溶解工程、
(3)の熱間鍛造工程、(4)のβ焼き入れ工程、
(5)の熱間押出工程、(6)の素管処理工程、(7)
の素管熱処理工程、(8)の冷間圧延工程、(12)の
曲がり矯正工程、(13)の内外面研磨工程などを備え
る。
[Example 2] In this method for producing a tube material, a raw material weighing step (1), a raw material dissolving step (2),
(3) hot forging process, (4) β quenching process,
(5) hot extrusion step, (6) tube processing step, (7)
(8), a cold rolling step (8), a bending correction step (12), and an inner / outer surface polishing step (13).

【0039】(1)の工程では、重量%で錫1.20〜
1.70、鉄也0.07〜0.20、ニッケル0.03
〜0.08、クロム0.05〜0.15(但し、鉄、ニ
ッケル、クロムの合計が0.18〜0.38)、バナジ
ウム0.1〜0.5になるように各元素の規定量を計
る。
In the step (1), tin is contained in an amount of 1.20 to 20% by weight.
1.70, Tetsuya 0.07-0.20, Nickel 0.03
-0.08, chromium 0.05-0.15 (the sum of iron, nickel and chromium is 0.18-0.38), and the specified amount of each element so that vanadium becomes 0.1-0.5. Measure.

【0040】(2)の工程では、(1)工程済の原料を
真空溶解させインゴットをつくる。
In the step (2), the raw material subjected to the step (1) is melted in vacuum to form an ingot.

【0041】(3)の工程では、(2)工程済のインゴ
ットは高温に加熱され熱間鍛造され、長尺棒に延ばす。
In the step (3), the ingot after the step (2) is heated to a high temperature, hot forged, and extended into a long bar.

【0042】(4)の工程では、(3)の工程済の長尺
捧をβ焼入れする。
In the step (4), the long strip that has been subjected to the step (3) is β-hardened.

【0043】(5)の工程では、(4)の工程済の長尺
棒に孔開け、表削を行い600〜700℃でプレスす
る。
In the step (5), a hole is formed in the long rod which has been subjected to the step (4), surface cutting is performed, and pressing is performed at 600 to 700 ° C.

【0044】(6)の工程では、(5)の工程で酸化し
た表面を酸で溶かす酸洗やエッジの手入れを行う。
In the step (6), pickling for dissolving the surface oxidized in the step (5) with an acid and edge care are performed.

【0045】(7)の工程では、(6)の工程済のジル
カロイ素管にα+β焼入れを行う。
In the step (7), α + β quenching is performed on the zircaloy element tube after the step (6).

【0046】(8)の工程では、(7)の工程済のジル
カロイ素管を冷間圧延する。
In the step (8), the zircaloy tube subjected to the step (7) is cold-rolled.

【0047】(9)の工程では、(7)の工程、(9)
の工程および(11)工程の累積アニーリングパラメー
タ(ΣAi)がl×10~17h以上の条件で真空焼鈍す
る。(9)の工程で、耐一様腐食性に優れたジルコニウ
ム合金となる。
In the step (9), the steps (7) and (9)
Vacuum annealing is performed under the condition that the cumulative annealing parameter (ΣAi) in the step (11) and the step (11) is l × 10 to 17 h or more. In the step (9), a zirconium alloy having excellent uniform corrosion resistance is obtained.

【0048】(8)と(9)の工程を繰り返し、最終寸
法に仕上げる。
The steps (8) and (9) are repeated to finish to the final dimensions.

【0049】(10)の工程では、(9)の工程済のジ
ルカロイ素管を仕上げ冷間圧延する。
In the step (10), the zircaloy tube subjected to the step (9) is subjected to finish cold rolling.

【0050】(11)の工程では、(10)の工程済の
ジルカロイ素管の洗浄および最終真空焼鈍を行う。
In the step (11), the zircaloy tube after the step (10) is washed and subjected to final vacuum annealing.

【0051】(12)の工程では、(11)の工程済の
ジルカロイ素管の曲がり矯正を行う。
In the step (12), the bending of the zircaloy tube after the step (11) is corrected.

【0052】(13)の工程では、(12)の工程済の
ジルカロイ素管の内外面を研磨する。
In the step (13), the inner and outer surfaces of the zircaloy tube subjected to the step (12) are polished.

【0053】(14)の工程では、(13)の工程済の
ジルカロイ素管を仕様の長さに切断する。
In the step (14), the zircaloy tube subjected to the step (13) is cut to a specified length.

【0054】次に、本製造方法で製造されたジルコニウ
ム合金を実際の原子炉用材料に適用した例を説明する。
図5は沸騰水型軽水炉に装荷される燃料集合体の斜視
図、図4(a)は燃料棒の斜視図、該図の(b)は燃料
棒の横断面図、該図の(c)は燃料棒の縦断面図であ
る。
Next, an example in which the zirconium alloy manufactured by the present manufacturing method is applied to an actual reactor material will be described.
FIG. 5 is a perspective view of a fuel assembly loaded in a boiling water reactor, FIG. 4 (a) is a perspective view of a fuel rod, FIG. 4 (b) is a cross-sectional view of the fuel rod, and FIG. FIG. 3 is a vertical sectional view of a fuel rod.

【0055】図5の燃料集合体1は、一般にチャンネル
ボックス2内に所定数の燃料棒6とウォー夕ロッド7な
どの棒状要素を正方配列し、それらの上下端を端栓を介
して上部タイプレート3および下部タイプレート4に夫
々装着し、中間高さ位置の複数箇所にスペーサー5を所
定間隔で配置する構成になっている。
In the fuel assembly 1 shown in FIG. 5, a predetermined number of fuel rods 6 and rod-like elements such as a warp rod 7 are generally arranged in a square in a channel box 2, and upper and lower ends thereof are connected to an upper type via end plugs. The spacers 5 are attached to the rate 3 and the lower tie plate 4, respectively, and the spacers 5 are arranged at predetermined intervals at a plurality of positions at intermediate height positions.

【0056】また、図4に示す燃料棒は、核分裂反応を
起こして発熱する核燃料物質9、それを被覆する燃料被
覆管8、プレナム12、上部端栓13および下部端栓1
4より構成される。図5および図4中の被覆管チャンネ
ルボックス、ウォーターロッド、上部端栓、下部端栓お
よびスペーサーは炉水と直接接しており、現在この部分
がジルカロイ−2あるいはジルカロイ−4製でありノジ
ュラー腐食と一様腐食が問題とされている。本製造方法
で製造されたジルコニウム合金を上記ジルカロイ部分に
適用することにより、図2が示すように耐ノジュラー腐
食性に優れ、尚かつ図3が示すように耐一様腐食性にも
優れた燃料集合体とすることができるのである。
The fuel rod shown in FIG. 4 includes a nuclear fuel material 9 which generates heat by generating a nuclear fission reaction, a fuel cladding tube 8 covering the nuclear fuel material 9, a plenum 12, an upper end plug 13 and a lower end plug 1.
4 The cladding channel box, water rod, upper end plug, lower end plug, and spacer in FIGS. 5 and 4 are in direct contact with the reactor water, and this part is currently made of Zircaloy-2 or Zircaloy-4, and has nodular corrosion. Uniform corrosion is a problem. By applying the zirconium alloy manufactured by the present manufacturing method to the zircaloy portion, a fuel excellent in nodular corrosion resistance as shown in FIG. 2 and also excellent in uniform corrosion resistance as shown in FIG. It can be an aggregate.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ジルコニウム合金の製造方法において原子炉燃料を
高燃焼度化した場合でも、対ノジュラー腐食性および耐
一様腐食性に優れたジルコニウム合金を製造することが
できる。
As described above, according to the present invention, a zirconium alloy excellent in nodular corrosion resistance and uniform corrosion resistance even when a reactor fuel is burned up in a method for producing a zirconium alloy. Can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】原子炉用ジルコニウム合金の製造行程を示すフ
ロー図である。
FIG. 1 is a flow chart showing a production process of a zirconium alloy for a nuclear reactor.

【図2】ノジュラー腐食試験によって得られたジルコニ
ウム合金へのバナジウム添加量とノジュラー腐食による
合金の重量増加量の関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of vanadium added to a zirconium alloy obtained by a nodular corrosion test and the weight increase of the alloy due to nodular corrosion.

【図3】一様腐食試験によって得られたΣAiを換えて
製造した2種類のバナジウム添加ジルカロイ−2とジル
カロイ−2の400℃水蒸気中における一様腐食量の経
時変化を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change over time of a uniform corrosion amount in steam at 400 ° C. of two kinds of vanadium-added zircaloy-2 and zircaloy-2 produced by changing ΔAi obtained by a uniform corrosion test.

【図4】本製造方法で製造されたジルコニウム合金を用
いた燃料棒の斜視図および断面図である。
FIG. 4 is a perspective view and a sectional view of a fuel rod using a zirconium alloy manufactured by the present manufacturing method.

【図5】沸騰水型軽水炉に装荷される燃料集合体の一部
破断斜視図である。
FIG. 5 is a partially broken perspective view of a fuel assembly loaded in a boiling water reactor.

【図6】ジルカロイ−4の腐食増量に及ぼすアニーリン
グパラメータの影響に関する特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the effect of annealing parameters on the increase in corrosion of Zircaloy-4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料集合体、2…チャンネルボックス、3…上部タ
イプレート、4…下部タイプレート、S…スペーサー、
6…燃料棒、7…ウォーターロッド、8…燃料被覆管、
9…核燃料物質、10…官、11…ライナー層、12…
プレネム、13…上部端栓、14…下部端栓。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel assembly, 2 ... Channel box, 3 ... Upper tie plate, 4 ... Lower tie plate, S ... Spacer,
6: fuel rod, 7: water rod, 8: fuel cladding tube,
9 Nuclear fuel material, 10 Government, 11 Liner layer, 12
Prenem, 13: upper end plug, 14: lower end plug.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22F 1/00 640 C22F 1/00 641C 641 691C 691 691B 693A 693 693B G21C 3/06 GDPN (72)発明者 野中 善夫 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 何川 修一 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 栄藤 良則 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 島田 祥雄 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C22F 1/00 640 C22F 1/00 641C 641 691C 691 691B 693A 693 693B G21C 3/06 GDPN (72) Inventor Yoshio Nonaka 2163, Narita-cho, Oarai-machi, Higashiibaraki-gun, Ibaraki Japan (72) Inventor Shuichi Nanagawa 2163, Narita-cho, Oarai-machi, Higashiibaraki-gun, Ibaraki Japan (72) Invention Person Yoshinori Eito 2163 Narita-cho, Oarai-machi, Higashiibaraki-gun, Ibaraki Japan (72) Inventor Yoshio Shimada Yoshinobu Shimada 2163, Narita-cho, Oarai-cho, Higashiibaraki-gun, Ibaraki Japan Nuclear fuel development Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 錫3.00重量%以下、鉄0.30重量%
以下、クロム0.15重量%以下、二ツケル0.20重量
%以下、バナジウム0.1〜0.5重量%、残部が実質的
にジルコニウムから成るジルコニウム合金の製造方法に
おいて、 前記ジルコニウム合金を830℃以上まで加熱・冷却
(α+β焼入またはβ焼入れ)した後の所定の熱処理条
件において、前記熱処理の条件を定量化した累積アニー
リングパラメータ(ΣAi) 【数1】ΣAi=Σti・exp(−40000/Ti) ti;温度Tiにおける保持時間 Ti;熱処理温度(K) がl×10~17h以上であることを特徴とする原子炉用
ジルコニウム合金の製造方法。
1. Tin less than 3.00% by weight, iron 0.30% by weight
Hereinafter, in a method for manufacturing a zirconium alloy comprising 0.15% by weight or less of chromium, 0.20% by weight or less of nickel and 0.1 to 0.5% by weight of vanadium, and the balance substantially consisting of zirconium, in certain heat treatment conditions after ℃ heating and cooling to above (alpha + beta quenching or beta quenching), the cumulative annealing parameter quantifying the condition of the heat treatment (ShigumaAi) Equation 1] ΣAi = Σt i · exp (-40000 / T i) t i; temperature T i hold time at T i; heat-treating temperature (K) is the manufacturing method of the reactor for a zirconium alloy, characterized in that at l × 10 ~ 17 h or more.
【請求項2】 (a)原料秤量でジルコニウム合金の原
料にバナジウムを0.1〜0.5重量%加える工程、
(b)ジルコニウム合金をα+β相あるいはβ相の金属
組織にし、その後急冷する第1熱処理工程、(c)前記
熱処理の条件を定量化した累積アニーリングパラメータ
ΣAi 【数2】ΣAi=Σti・exp(−40000/Ti) ti;温度Tiにおける保持時間 Ti;熱処理温度(K) がl×10~17h以上の条件で焼鈍する第2熱処理工
程、以上の工程を備えたことを特徴とする原子炉用ジル
コニウム合金の製造方法。
2. A step of adding 0.1 to 0.5% by weight of vanadium to a raw material of a zirconium alloy by weighing the raw material,
(B) a zirconium alloy and the alpha + beta phase or beta phase of the metal structure, then the first heat treatment step of quenching, (c) [2 Number Cumulative annealing parameter ShigumaAi quantifying the condition of the heat treatment ΣAi = Σt i · exp ( -40000 / T i) t i; temperature T i hold time at T i; second heat treatment step of heat-treating temperature (K) is annealed under the above conditions l × 10 ~ 17 h, comprising the above steps Of producing a zirconium alloy for a nuclear reactor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690759B1 (en) * 2001-04-06 2004-02-10 Global Nuclear Fuel - Japan Co., Ltd. Zirconium-base alloy and nuclear reactor component comprising the same
JP2006028553A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Toshiba Corp Zirconium alloy and channel box utilizing the same

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