JP2001522403A - ジルコニウム合金管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、２元及び多元ジルコニウム合金から管状製品を製造する方法に関するもので、インゴットにβ相成形処理を行うことによる素管の製造、上記素管をα相ジルコニウムの存在する温度で熱間成形して作った管状ビレットの(α＋β)相ジルコニウムからβ相ジルコニウムへの相変態温度を30〜60℃超える温度での焼き入れ、この焼き入れされたビレットの機械加工、α相ジルコニウムの存在する温度での焼き戻し、α相ジルコニウムの存在する温度での焼きなましを伴う冷間成形、及び最終仕上げという工程を含むものである。上記冷間成形における総伸延は、最終寸法製品に対してはμ_Σ>100で、TREXまたはSUPER−TREXタイプの管状中間製品に対してはμ_Σ<50であり、初回の冷間成形における伸延はμ<2.0である。ここで、μ＝Ｓ_billet/Ｓ_tube(Ｓ_billetはロール加工される前のビレットの断面積、Ｓ_tubeはロール加工後の管の断面積)、総減少値μ_Σ＝Ｓ_init.billet/Ｓ_ready.tube（Ｓ_init.billetは初めてロール加工されるビレットの断面積、Ｓ_ready.tubeは最終ロール加工後の管の断面積）である。

Description

【発明の詳細な説明】 ジルコニウム合金管の製造方法 発明の属する技術分野 本発明は、冶金技術、ロール加工技術の分野に係わり、特にジルコニウム合金 の中間及び最終製品を製造する技術に関するものである。 発明の背景 従来のジルコニウム合金製品の製造方法としては、ビレットの熱間成形、予備 冷間成形及び3〜4時間の恒温間隔により560〜590℃で行う真空焼きなまし、最終 的な加工度が17〜31％となるような冷間ロール加工、及びそれに続く5〜7時間の 恒温間隔により560〜585℃で行う最終真空焼きなましという工程を含んでいるも のが知られている(RU特許No.2037555、C22F/18、1995参照)。 また、本出願に最も関係する技術としては、インゴットの製造、インゴットの 予備β処理、α相ジルコニウムが存在する温度での熱間型成形によるビレットの 製造、380〜650℃でのビレットの焼きなまし、ビレットの冷間成形とα相ジルコ ニウムが存在する温度での中間焼きなましとの繰り返し、及び完成品(最終製品) を得るための仕上げ、という工程順序を含んだものが存在する。(米国特許No.46 49023、Cl.C22C16/00、1987参照)。 さらに上記従来技術の他に、以下の特徴を持った技術も知られている。 −インゴットの熱間型成形前に行われるβ処理の後に、ビレットは380〜650℃の 温度で焼きなましされる。 −ビレットの熱間型成形後に行われる焼きなましの前に、ビレットは920〜1070 ℃の温度で焼き入れされる。上記焼きなましは380〜520℃の温度で行われる。 −上記焼入れは、60〜1000℃/sの冷却速度で行われる(RU Patent No.2032760、C 22F1/18、1995参照)。 一方、高い機械的性質と幾何学的寸法精度を持つよう特別に作られた厚肉の管 状中間製品を冷間ロール加工して最終寸法のジルコニウム合金管を製造すること は広く知られている。上記中間製品は、海外文献(E.Ross Bradley,George P.Sab ol共著「Zirconium in the Nuclear」：第11回国際シンポジュウムASTM Publicati on Code Number(PCN):04−012950−04 ASTM 100 Barr Harbor Drive West Consh ohocken，PA19428−2959参照)においてSUPER−TREXまたはTREXと呼ばれている。 最も一般的な中間製品の幾何学的寸法は、63.5×10.9ｍｍ及び44.5×7.62mmであ る。 この63.5×10.9ｍｍ及び44.5×7.62mmの中間製品を使ってジルコニウム合金製 ２重管を製造する方法も知られている(FR Patent No.2584097、C22F1/18：C22 16/00、1987参照)。この方法では、１回の冷間ロール加工での加工度を５１％ にして初めて高品質の２重管を製造できるもので、加工度80％では多くのクラッ クが発生してしまう。 発明の概要 本発明は、製品材料の連続性を阻害することない、つまり製品の軸方向におい ても径方向においても均質な金属組織を得る、成形条件の設定によってジルコニ ウム合金製品の品質を改善するとという課題を解決するものである。また、初期 ビレット寸法を大きく設定可能にすることによる生産面の技術的及び経済的要素 を改善し、さらに管状中間製品の品質を改善する課題をも解決するものである。 この狙いは、２元ジルコニウム合金から成る最終寸法管及びSUPER−TREX、TRE Xタイプの管状中間製品を製造するため、従来の工程に以下の工程を加えること によって達成される。 −インゴットを製造する −初期ビレットの製造前に、インゴットをβ相での予備成形処理を行う −α相ジルコニアが存在する温度で初期ビレットを熱間型成形し管状ビレッ トを製造する −管状ビレットの冷間成形とα相ジルコニアが存在する温度での中間焼きな ましを繰り返す −完成品を得るためビレットの仕上げを行う 上記冷間成形は、最終寸法管の製造に対しては、総減少値をμ_Σ>100、あるい はSUPER−TREX、TREXタイプの管状中間製品の製造に対してはμ_Σ<50で行われる 。また、初回における管のロール加工においてはμ<2.0とされ、管の最終焼きな ましはα相ジルコニウムの存在する温度で行われる。 尚、上記減少値μ＝Ｓ_billet/Ｓ_tubeであり、Ｓ_billetはロール加工前のビレ ットの断面積、Ｓ_tubeはロール加工後の管の断面積である。また、μ_Σ＝Ｓ_{init .billet} /Ｓ_ready.tubeであり、Ｓ_init.billetは初めてロール加工される（全く ロール加工されていない）ビレットの断面積、Ｓ_ready.tubeは最終ロール成形後 の完成管の断面積である。 一方、多元ジルコニウム合金や２元ジルコニウム合金から成る最終寸法管また はSUPER−TREX、TREXタイプの中間製品を製造する際、品質改善した、（つまり 管のいかなる部分においても水素酸化物の配向がFn<0.3であること、安定した金 属組織であること等の要件を満足する）製品を得ることが必要な場合には、上記 した工程に加え、α相または(α＋β)相ジルコニウムの存在する温度で熱間型成 形した管状ビレットを、(α＋β)相ジルコニウムからβ相ジルコニウムへの相変 態温度を30〜60℃超える温度で焼き入れすると共に、この焼き入れされたビレッ トを機械加工した後にα相ジルコニウムの存在する温度で焼き戻しすればよい。 本発明方法では従来技術より高い金属延性を確保できるようにしているので、 総減少値がμ_Σ>100となるよう管の冷間ロール加工を行うことが可能となり、こ の際にも軸及び径方向において均質な組織を持った完成品を得ることができる。 つまり、初回のロール加工による減少値を上記した限定値としているので、冷間 ロール圧延機による成形で生じるせん断応力を、上記熱処理によってジルコニウ ム合金に生じる引張り応力より充分小さく押さえることができるので、多元合金 やより延性のある２元合金のいずれに対しても連続性を阻害することなく合金の 成形を行うことが可能となる。初回ロール加工及びその次に行われる焼き入れ後 には合金の延性が増しているため、それに続くロール加工の際上記減少値を増加 することができるのである。 尚、SUPER−TREX、TREXタイプの管状中間製品を製造する場合には、冷間ロー ル加工による総減少値はμ_Σ<50とされる。これは、最終寸法管では５〜８回の 冷間ロール加工が行なわれるのに対し、中間製品は通常１〜３回の冷間ロール加 工で製造されること、及び初回の冷間ロール加工での減少値がμ<2.0とされてい ることを考慮したものである。 また、管状ビレットを熱間型成形後、(α＋β)相ジルコニウムからβ相ジルコ ニウムへの相変態温度を30〜60℃超える温度で焼き入れすると共に、この焼き入 れされたビレットを機械加工後、α相ジルコニウムの存在する温度で焼き戻しし することによって、合金の完全な再結晶化が行われ、微粒子化(粒径0.16〜0.22m m)したマクロ組織を持ち、飽和固溶体の状態で添加物と合金成分とが凝固し金属 間化合物及び添加物相が最大分散したマルテンサイト組織への変態が誘起される (第１図参照)。上記熱処理は、従来の方法に比し、初回の冷間ロール加工の際合 金に２倍の延性を与えることができ(表１参照)、さらに、初回の冷間ロール加工 における減少値を上記値に限定することと組み合わせれば、ミクロ及びマクロ欠 陥を生じることなく冷間成形を行うことが可能となる(第２図参照)。その上、上 述した成形及び熱処理により、プレス加工(型成形：押出しプレス等)されたビレ ットの軸方向及び径方向において均質な金属組織とすることができる(第４図参 照)。これに対し、従来方法では、最終寸法の管が製造されるまで継続的に行わ れる特異なダイレクトプレス方法である(I.L.Perlin、L.H.Reitbarg、「Theory of Metal Pressing」Moscow．Metallurgy、1975、p.350参照)ため、プレス 加工されたビレットは軸方向及び径方向において不均質な金属組織となっている (第３図参照)。 尚、本発明では焼き入れされた管状ビレットを機械加工するようにしているの で、焼き入れ後ガス雰囲気にさらされることにより酸化された表面層を取り除く ことができ、同時に熱間型成形の過程で生じたビレット内外面の欠陥も取り除く ことができる。このビレット表面の品質改善によって、金属の延性低下を回避で き(G.V.Filimonov、Nikishov「Pilgering of Zirconium Tubes」Moscow．Met allurgy、1988、p.26参照)、その後の冷間成形の際表面欠陥によって連続性が損 なわれることもない。 図面の簡単な説明 本発明は、以下の図によって説明される。 第１図は、本発明による焼き入れ、機械加工、及び焼き戻した後の、Zr-1.0Nb -1.5Sn-0.4Fe合金管のマクロ組織を示す。 第２図は、本発明による初回ロール加工及び焼きなましをした後の、Zr-1.0Nb -1.5Sn-0.4Fe合金管のマクロ及びミクロ組織を示す。 第３図は、従来の方法でのプレス加工及び焼きなましを行った後の、Zr-1.0Nb 合金管のミクロ組織を示す。 第４図は、本発明によるプレス加工、焼き入れ、機械加工、及び焼き戻しを行 った後の、Zr-1.0Nb合金管のミクロ組織を示す。 発明の実施形態 例１．Zr-1.0Nbジルコニウム合金からなるTREXタイプ管状中間製品の製造。 インゴットは、鍛造ハンマによってβ相ジルコニウムの存在する温度で熱間成 形処理されビレットに成形される。機械加工後、ビレットは580〜650℃の温度範 囲で熱間プレスされ管状スリーブに成形される。成形されたスリーブは、総減少 値μ_Σ＝30の管状中間製品に成形するため、３段階の冷間ロール圧延機で冷間成 形される。この初回ロール加工での減少値はμ＝1.9とされる。上記中間製品に 関する中間及び最終熱処理は560〜600℃の温度範囲で行われる。 例２．Zr-1.0Nbジルコニウム合金管の製造。 インゴットは、スクリュウロール圧延機によってβ相ジルコニウムの存在する 温度で熱間成形処理されビレットに成形される。機械加工後、ビレットは580〜6 50℃の温度範囲で熱間プレスされ管状スリーブに成形される。成形されたスリー ブは、910〜940℃の温度で焼き入れされ、機械加工及びその後に560〜580℃の温 度で焼き戻しが行われる。焼き戻しされたビレットには、総減少値μ_Σ＝313の 最終寸法管に成形するため、中間熱処理を介在させながら、６段階の冷間成形が 行われる。この初回のロール加工の減少値はμ＝1.9とされる。上記最終寸法管 に関する中間及び最終熱処理は560〜600℃の温度範囲で行われる。 例３．Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Feジルコニウム合金からなるTREXタイプ管状中間 製品の製造。 インゴットは、スクリュウロール圧延機によってβ相ジルコニウムの存在する 温度で熱間成形処理されビレットに成形される。機械加工後、ビレットは600〜6 50℃の温度範囲で熱間プレスされ管状スリーブに成形される。成形されたスリー ブは、930〜960℃の温度で焼き入れされ、機械加工及びその後に560〜600℃の温 度で焼き戻しが行われる。焼き戻しされたビレットは、総減少値μ_Σ＝20の管状 中間製品に成形するため、２段階の冷間ロール圧延機で冷間成形される。この初 回のロール加工での減少値はμ＝1.75とされる。上記中間製品に関する中間及び 最終熱処理は540〜600℃の温度範囲で行われる。 例４．Zr-1.0Nb-1.5Sn-0.4Feジルコニウム合金管の製造。 インゴットは、スクリュウロール圧延機によってβ相ジルコニウムの存在する 温度で熱間成形処理されビレットに成形される。機械加工後、ビレットは650〜7 50℃の温度範囲で熱間プレスされ管状スリーブに成形される。成形されたスリー ブは、930〜960℃の温度で焼き入れされ、機械加工及びその後に580〜600℃の温 度で焼き戻しが行われる。焼き戻しされたビレットは、総減少値μ_Σ＝165の最 終寸法管に成形するため、５段階の冷間成形が行われる。この初回のロール加工 での減少値はμ＝1.75とされる。上記製品に関する中間及び最終熱処理は540〜6 20℃の温度範囲で行われる。 産業への適用可能性 上述した本発明方法による管の製造例と従来方法による同種製品の製造例とを 比較すれは、本発明方法が多元合金や２元合金製品の製造を欠陥なくより高品質 で行えることが判る。その上本発明方法は従来方法と異なり、２元合金から多元 合金までの相違するジルコニウム合金製品の製造を可能にするものである。本発 明方法は、従来方法と比し幅広い範囲の製品に適用可能であり、これは、管の冷 間ロール加工の総減少値が従来方法ではμ_Σ<50であるのに対し、本発明によれ ばμ_Σ＝313にまですることができることからも明らかである。 現在本発明方法を適用したジルコニウム合金の最終製品及び中間製品の実験的 製造テストがジョイントストック社（Joint Stock Compamy）の“Chepetsky Mechanical”プラントで行われている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/00 ６９１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ａ ６９４ Ｇ２１Ｃ 3/06 Ｋ (72)発明者 アクツガノヴァ エレーナ ニコラエヴナ ロシア連邦 ウドムルト リパブリック 427600 グラツォフ ウリッサ キロヴァ 70―38 (72)発明者 ボチャロフ オレグ ヴィクトロヴィッチ ロシア連邦 モスコウ 109429 カポトニ ャ ディストリクト ３―20―135 (72)発明者 ブホフツェフ ヴィクトール フェドロヴ ィッチ ロシア連邦 モスコウ 123063 ウリッサ テュハチェフスコゴ 50―２―74 (72)発明者 コトレホフ ウラディミール アンドレエ ヴィッチ ロシア連邦 ウドムルト リパブリック 427600 グラツォフ ウリッサ トルスト ゴ 47―215 (72)発明者 ロシツキー アナトリー フランツェヴィ ッチ ロシア連邦 ウドムルト リパブリック 427600 グラツォフ ウリッサ ペクティ ーナ 12―62 (72)発明者 シェヴニン ユーリー パヴロヴィッチ ロシア連邦 ウドムルト リパブリック 427600 グラツォフ ウリッサ プリアゼ ンニコヴァ 33―49 (72)発明者 ニクリーナ アナトニーナ ヴァシリエヴ ナ ロシア連邦 モスコウ 125057 ウリッサ ペシャナーヤ 13―68 (72)発明者 セリヴェルストフ ウラディミール フェ ドロヴィッチ ロシア連邦 ウドムルト リパブリック 427600 グラツォフ ウリッサ コムソモ ルスカヤ 14アー 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インゴットの製造、初期ビレット成形のためのβ相成形処理、α相ジルコニ ウムが存在する温度での初期ビレットの熱間型成形による管状ビレットの予備 成形、α相ジルコニウムの存在する温度での中間焼きなましを伴う管状ビレッ トの冷間成形、及び完成品を得るための仕上げを含む２元ジルコニウム合金の 管状製品を製造する方法において、減少値μ＝Ｓ_billet/Ｓ_tube(Ｓ_billetはロ ール加工される前のビレットの断面積、Ｓ_tubeはロール加工後の管の断面積) 、及び総減少値μ_Σ＝Ｓ_init.billet/Ｓ_ready.tube（Ｓ_init.billetは初めて ロール加工されるビレットの断面積、Ｓ_ready.tubeは最終ロール加工後の完成 管の断面積）とした、上記ビレットの冷間成形を、最終寸法製品に対してはμ _Σ>100の総減少値で、SUPER−TREXまたはTREXタイプの管状中間製品に対して はμ_Σ<50の総減少値で行い、上記ビレットの初回ロール加工での減少値をμ< 2.0とすると共に、上記ビレットの最終焼きなましをα相ジルコニウムの存在 する温度で行うことを特徴とするジルコニウム合金管の製造方法 ２．インゴットの製造、初期ビレット成形のためのβ相成形処理、初期ビレット の熱間型成形による管状ビレットの予備成形、αジルコニウムの存在する温度 での中間焼きなましを伴う管状ビレットの冷間成形、及び完成品を得るための 仕上げを含む多元ジルコニウム合金あるいは２元ジルコニウム合金の管状製品 を製造する方法において、減少値μ＝Ｓ_billet/Ｓ_tube(Ｓ_billetはロール加工 される前のビレットの断面積、Ｓ_tubeはロール加工後の管の断面積)、及び総 減少値μ_Σ＝Ｓ_init.billet/Ｓ_ready.tube（Ｓ_init.billetは初めてロール加 工されるビレットの断面積、Ｓ_ready.tubeは最終ロール加工後の完成管の断面 積）とした、α相または(α＋β)相ジルコニウムの存在する温度で熱間型成形 した管状ビレットを、(α＋β)相ジルコニウムからβ相ジルコニウムへの相変 態温度を30〜60℃超える温度で焼き入れすると共に、この焼き入れされたビレ ットを機械加工した後にα相ジルコニウムの存在する温度で焼き戻し、上記管 の冷間成形を、最終寸法製品に対してはμ_Σ>100の総減少値で、SUPER−TREX またはTREXタ イプの管状中間製品に対してはμ_Σ<50の総減少値で行い、上記ビレットの初 回ロール加工においてはμ<2.0とすると共に、上記ビレットの最終焼きなまし をα相ジルコニウムの存在する温度で行うことを特徴とするジルコニウム合金 管の製造方法