JP2003149369A - 燃料集合体支持格子の製造方法 - Google Patents
燃料集合体支持格子の製造方法Info
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- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
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- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高効率運転に十分に耐えるよう溶接部の耐食
性を向上させる。 【解決手段】 複数のストラップを格子状に組み立てて
支持格子を形成する。各ストラップの交差部を溶接し、
その後に再結晶焼鈍する。再結晶焼鈍は、真空または不
活性ガス雰囲気の熱処理炉内で行い、再結晶焼鈍条件
は、加熱温度を４３０〜７５０℃に設定し、０．５〜２
４時間保持する。ジルカロイ合金のストラップでは、高
温金属相であるβ相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の先
β相に結晶が変わり耐食性が低下するが、その後に再結
晶焼鈍することによって溶接部の急冷組織である先β相
を調整して過飽和状態の金属間化合物Ｆｅ，Ｃｒを析出
させて溶接部の耐食性を向上させることができる。
性を向上させる。 【解決手段】 複数のストラップを格子状に組み立てて
支持格子を形成する。各ストラップの交差部を溶接し、
その後に再結晶焼鈍する。再結晶焼鈍は、真空または不
活性ガス雰囲気の熱処理炉内で行い、再結晶焼鈍条件
は、加熱温度を４３０〜７５０℃に設定し、０．５〜２
４時間保持する。ジルカロイ合金のストラップでは、高
温金属相であるβ相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の先
β相に結晶が変わり耐食性が低下するが、その後に再結
晶焼鈍することによって溶接部の急冷組織である先β相
を調整して過飽和状態の金属間化合物Ｆｅ，Ｃｒを析出
させて溶接部の耐食性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加圧水型原
子炉で用いられる核燃料集合体の支持格子の製造方法に
関する。
子炉で用いられる核燃料集合体の支持格子の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば軽水炉の原子炉に使用され
る核燃料集合体は、上部ノズルと下部ノズルの間に複数
の支持格子が所定間隔で配設され、計装用管及び複数の
制御棒案内管が各支持格子と上部ノズル及び下部ノズル
にそれぞれ固定され、更に各支持格子の格子空間に燃料
棒が挿入されて保持されている。各支持格子は、薄板帯
状のストラップを格子状に交差させて構成されている。
ストラップは例えばジルカロイ２合金またはジルカロイ
４合金で形成され、図２（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、各内ストラップ２…が格子状に組み立てられて多数
の格子空間３を形成した状態で各内ストラップ２…の交
差する交差部がそれぞれレーザー溶接装置などで溶接部
Ｐとしてスポット溶接されている。また内ストラップ２
と外ストラップ４の交差部では、各内ストラップ２の両
端に形成された溶接タブ５が支持格子１の四辺に位置す
る外ストラップ４の溝４ａにそれぞれ嵌合して嵌合部
（交差部）が構成され、これを溶接部Ｒ（図２（ｂ）で
は溶接前の状態を示す）として溶接している。
る核燃料集合体は、上部ノズルと下部ノズルの間に複数
の支持格子が所定間隔で配設され、計装用管及び複数の
制御棒案内管が各支持格子と上部ノズル及び下部ノズル
にそれぞれ固定され、更に各支持格子の格子空間に燃料
棒が挿入されて保持されている。各支持格子は、薄板帯
状のストラップを格子状に交差させて構成されている。
ストラップは例えばジルカロイ２合金またはジルカロイ
４合金で形成され、図２（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、各内ストラップ２…が格子状に組み立てられて多数
の格子空間３を形成した状態で各内ストラップ２…の交
差する交差部がそれぞれレーザー溶接装置などで溶接部
Ｐとしてスポット溶接されている。また内ストラップ２
と外ストラップ４の交差部では、各内ストラップ２の両
端に形成された溶接タブ５が支持格子１の四辺に位置す
る外ストラップ４の溝４ａにそれぞれ嵌合して嵌合部
（交差部）が構成され、これを溶接部Ｒ（図２（ｂ）で
は溶接前の状態を示す）として溶接している。
【０００３】ところで、支持格子１の組立に際しては、
図３の工程図に示すように先ずジルカロイ合金からなる
原料プレートを所定形状に打ち抜く。このとき、打ち抜
いたままの形状で支持格子１を組み立てると原子炉内で
の寸法安定性に不安が残るために、強度を落とさないよ
うに歪み取り焼鈍条件を採用して熱処理炉内で各ストラ
ップ２，４の焼鈍を行う。この場合の歪み取り焼鈍条件
は例えば加熱温度４３０〜５００℃程度で、０．５〜４
時間程度保持するものである。そして歪み取り焼鈍後に
各ストラップ２，４を格子状に組み立て、各ストラップ
２，４の交差部（嵌合部を含む）Ｐ，Ｒを中心に溶接を
行う。このようにして支持格子を製作できる。
図３の工程図に示すように先ずジルカロイ合金からなる
原料プレートを所定形状に打ち抜く。このとき、打ち抜
いたままの形状で支持格子１を組み立てると原子炉内で
の寸法安定性に不安が残るために、強度を落とさないよ
うに歪み取り焼鈍条件を採用して熱処理炉内で各ストラ
ップ２，４の焼鈍を行う。この場合の歪み取り焼鈍条件
は例えば加熱温度４３０〜５００℃程度で、０．５〜４
時間程度保持するものである。そして歪み取り焼鈍後に
各ストラップ２，４を格子状に組み立て、各ストラップ
２，４の交差部（嵌合部を含む）Ｐ，Ｒを中心に溶接を
行う。このようにして支持格子を製作できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな支持格子では、各ストラップ２，４の交差部を中心
に溶接部Ｐ，Ｒについて溶接したままの金属組織（溶接
まま組織）が溶接後の急冷組織としてそのまま残り、特
に原子炉内での高温水中に燃料集合体を配設して使用す
ると、各支持格子１の溶接部Ｐ，Ｒ以外のストラップ部
分である一般母材部と比較して溶接部Ｐ，Ｒの急冷組織
に酸化膜が過大に成長する。例えば図４に示す支持格子
腐食試験では、３６０℃の高温下においた上記支持格子
について、一般母材部と溶接部についての酸化膜厚さの
経時変化を測定すると、腐食試験日数の増大につれて図
に示すように一般母材部と溶接部の酸化膜が共に漸次増
大する。しかも、経時変化による酸化膜厚さはいずれも
溶接部が一般母材部を上回っており、溶接部の耐食性は
一般母材部の耐食性と比較して低かった。その原因は参
考文献（S.G.MacDonald et.al,ASTM STP 754(1982)41
2.）にあるように、溶接による溶接部の添加元素消失と
考えられてきた。このような支持格子の溶接部の耐食性
特性は、通常の原子炉では十分許容範囲内であり、特に
問題は生じないが、燃料ペレットとして例えば二酸化ウ
ラン中のＵ238の濃縮度を５％近くに上げた高燃焼度化
燃料を用いて原子炉を高燃焼度化（高効率化）運転して
長期間に亘って稼働すると、溶接部の耐食性は許容範囲
を逸脱しないまでも許容範囲に対して余裕が減少するこ
とになる。また過大な酸化膜の形成は支持格子の構造強
度面からも好ましいものではなかった。
うな支持格子では、各ストラップ２，４の交差部を中心
に溶接部Ｐ，Ｒについて溶接したままの金属組織（溶接
まま組織）が溶接後の急冷組織としてそのまま残り、特
に原子炉内での高温水中に燃料集合体を配設して使用す
ると、各支持格子１の溶接部Ｐ，Ｒ以外のストラップ部
分である一般母材部と比較して溶接部Ｐ，Ｒの急冷組織
に酸化膜が過大に成長する。例えば図４に示す支持格子
腐食試験では、３６０℃の高温下においた上記支持格子
について、一般母材部と溶接部についての酸化膜厚さの
経時変化を測定すると、腐食試験日数の増大につれて図
に示すように一般母材部と溶接部の酸化膜が共に漸次増
大する。しかも、経時変化による酸化膜厚さはいずれも
溶接部が一般母材部を上回っており、溶接部の耐食性は
一般母材部の耐食性と比較して低かった。その原因は参
考文献（S.G.MacDonald et.al,ASTM STP 754(1982)41
2.）にあるように、溶接による溶接部の添加元素消失と
考えられてきた。このような支持格子の溶接部の耐食性
特性は、通常の原子炉では十分許容範囲内であり、特に
問題は生じないが、燃料ペレットとして例えば二酸化ウ
ラン中のＵ238の濃縮度を５％近くに上げた高燃焼度化
燃料を用いて原子炉を高燃焼度化（高効率化）運転して
長期間に亘って稼働すると、溶接部の耐食性は許容範囲
を逸脱しないまでも許容範囲に対して余裕が減少するこ
とになる。また過大な酸化膜の形成は支持格子の構造強
度面からも好ましいものではなかった。
【０００５】本発明は、このような課題に鑑みて、支持
格子の特性を損なうことなく溶接部の耐食性を向上させ
るようにした燃料集合体支持格子の製造方法を提供する
ことを目的とする。
格子の特性を損なうことなく溶接部の耐食性を向上させ
るようにした燃料集合体支持格子の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料集合体
支持格子の製造方法は、溶接部の耐食性の相対的な低下
が先に示した溶接による溶接部の添加元素消失によるも
のではなく、溶接後の急冷組織に起因したものであるこ
とを見い出したことによるものである。即ち本発明は、
複数のストラップを格子状に組み立てて、各ストラップ
の交差部を溶接し、その後に焼鈍するようにしたことを
特徴とする。支持格子を組み立てて各ストラップの交差
部を溶接すると、その後に溶接部が急冷して溶接部の急
冷組織の結晶が変化して耐食性が低下するが、後の工程
で支持格子を焼鈍することで結晶が変化した溶接部の急
冷組織を耐食性が良くなるように調整することができ
る。例えばストラップがジルカロイ合金であれば、高温
金属相であるβ相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の結晶
に変わり耐食性が低下するが、その後に焼鈍することに
よって溶接部の急冷組織である先β相（prior−β相）
の金属組織を調整して金属間化合物を析出させて溶接部
の耐食性を向上させることができる。
支持格子の製造方法は、溶接部の耐食性の相対的な低下
が先に示した溶接による溶接部の添加元素消失によるも
のではなく、溶接後の急冷組織に起因したものであるこ
とを見い出したことによるものである。即ち本発明は、
複数のストラップを格子状に組み立てて、各ストラップ
の交差部を溶接し、その後に焼鈍するようにしたことを
特徴とする。支持格子を組み立てて各ストラップの交差
部を溶接すると、その後に溶接部が急冷して溶接部の急
冷組織の結晶が変化して耐食性が低下するが、後の工程
で支持格子を焼鈍することで結晶が変化した溶接部の急
冷組織を耐食性が良くなるように調整することができ
る。例えばストラップがジルカロイ合金であれば、高温
金属相であるβ相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の結晶
に変わり耐食性が低下するが、その後に焼鈍することに
よって溶接部の急冷組織である先β相（prior−β相）
の金属組織を調整して金属間化合物を析出させて溶接部
の耐食性を向上させることができる。
【０００７】また焼鈍は、溶接部を再結晶組織に変化さ
せるための再結晶焼鈍であることが好ましい。再結晶焼
鈍を行うことで、溶接部の急冷組織の歪みを調整・解消
して再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物
を析出させて耐食性が向上する。尚、本発明では、従来
技術で行っていた原料プレートの打ち抜きに起因する歪
み取りの焼鈍を行わない。仮に打ち抜きによる歪み取り
焼鈍を行ってストラップの強度をあげても、その後に再
結晶焼鈍を行うことで打ち抜き歪み部分の組織が再度変
化して強度が低下することになり、無駄になる。また焼
鈍は、焼鈍温度を４３０〜７５０℃に設定し、０．５〜
２４時間保持するようにするのが好ましい。この範囲の
加熱温度で所定時間保持することによって溶接部の急冷
組織を調整して、金属間化合物を析出させることで耐食
性が向上すると共に、溶接や打ち抜きによる歪みや内部
応力を解消することができる。上記焼鈍温度の範囲のう
ち、特に４３０℃〜５００℃までの範囲では溶接部の耐
食性は焼鈍温度が５００℃を越えた場合よりも若干劣る
ものの溶接部の機械的強度がより高く、また焼鈍温度が
５００℃を越えて７５０℃までの範囲では溶接部の機械
的強度は４３０〜５００℃までの範囲のものより劣るも
のの溶接部の耐食性がより優れているという特徴があ
る。尚、焼鈍温度が４３０℃より小さいと応力除去が不
十分になるという欠点があり、７５０℃を越えると耐食
性の低下を招くという欠点が生じる。また焼鈍温度の保
持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷組織を調整
して金属間化合物を析出させることができず、２４時間
より長いと耐食性の低下を招くという問題が生じる。
せるための再結晶焼鈍であることが好ましい。再結晶焼
鈍を行うことで、溶接部の急冷組織の歪みを調整・解消
して再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物
を析出させて耐食性が向上する。尚、本発明では、従来
技術で行っていた原料プレートの打ち抜きに起因する歪
み取りの焼鈍を行わない。仮に打ち抜きによる歪み取り
焼鈍を行ってストラップの強度をあげても、その後に再
結晶焼鈍を行うことで打ち抜き歪み部分の組織が再度変
化して強度が低下することになり、無駄になる。また焼
鈍は、焼鈍温度を４３０〜７５０℃に設定し、０．５〜
２４時間保持するようにするのが好ましい。この範囲の
加熱温度で所定時間保持することによって溶接部の急冷
組織を調整して、金属間化合物を析出させることで耐食
性が向上すると共に、溶接や打ち抜きによる歪みや内部
応力を解消することができる。上記焼鈍温度の範囲のう
ち、特に４３０℃〜５００℃までの範囲では溶接部の耐
食性は焼鈍温度が５００℃を越えた場合よりも若干劣る
ものの溶接部の機械的強度がより高く、また焼鈍温度が
５００℃を越えて７５０℃までの範囲では溶接部の機械
的強度は４３０〜５００℃までの範囲のものより劣るも
のの溶接部の耐食性がより優れているという特徴があ
る。尚、焼鈍温度が４３０℃より小さいと応力除去が不
十分になるという欠点があり、７５０℃を越えると耐食
性の低下を招くという欠点が生じる。また焼鈍温度の保
持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷組織を調整
して金属間化合物を析出させることができず、２４時間
より長いと耐食性の低下を招くという問題が生じる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態による
支持格子の製造工程を示す工程図である。本実施の形態
による支持格子は上述した従来技術のものと同様に、薄
板帯状のストラップを略格子状に組んで形成されてい
る。ストラップは内ストラップと外ストラップとを有し
ており、これらストラップは例えばジルカロイ２やジル
カロイ４等のジルカロイ合金で構成されている。そして
支持格子は内ストラップ同士の交差部や内ストラップと
外ストラップの交差部や外ストラップ同士の交差部がそ
れぞれ溶接されて一体化されて組み込まれている。以
下、図１に示す本発明の実施の形態による工程図に沿っ
て支持格子の製造方法について説明する。
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態による
支持格子の製造工程を示す工程図である。本実施の形態
による支持格子は上述した従来技術のものと同様に、薄
板帯状のストラップを略格子状に組んで形成されてい
る。ストラップは内ストラップと外ストラップとを有し
ており、これらストラップは例えばジルカロイ２やジル
カロイ４等のジルカロイ合金で構成されている。そして
支持格子は内ストラップ同士の交差部や内ストラップと
外ストラップの交差部や外ストラップ同士の交差部がそ
れぞれ溶接されて一体化されて組み込まれている。以
下、図１に示す本発明の実施の形態による工程図に沿っ
て支持格子の製造方法について説明する。
【０００９】先ず原料プレートとしてジルカロイ２また
はジルカロイ４等のジルカロイ合金を用意し（工程１０
１）、これを所望のストラップ形状に打ち抜く（工程１
０２）。打ち抜きによってストラップは打ち抜き部を中
心に塑性変形等して加工組織となる。次に複数の内スト
ラップと外ストラップを格子状に組み上げて支持格子状
に形成する（工程１０３）。そして内ストラップ同士の
交差部、内ストラップ及び外ストラップの交差部（嵌合
部を含む）、外ストラップ同士の交差部を例えばスポッ
ト溶接等でそれぞれ溶接する（工程１０４）。溶接する
ことでジルカロイ合金の溶接部は組織が変化し、低温安
定相である球状結晶粒のα相から高温安定相であるβ相
に変化するが、溶接部は溶接後に例えば１００℃／秒程
度で急冷されることで溶接部の急冷組織はβ相の焼き入
れ組織になり先β相（prior−β相または焼き入れα
相）になるため、結晶が針状結晶粒に変化して、耐食性
が低下することになる。尚、溶接部の急冷組織は溶接し
っぱなしの組織（溶接まま組織）で原子炉内で使用する
とストラップの他の領域である母材一般部と比較して酸
化膜が過大に成長することになる（図４参照）。
はジルカロイ４等のジルカロイ合金を用意し（工程１０
１）、これを所望のストラップ形状に打ち抜く（工程１
０２）。打ち抜きによってストラップは打ち抜き部を中
心に塑性変形等して加工組織となる。次に複数の内スト
ラップと外ストラップを格子状に組み上げて支持格子状
に形成する（工程１０３）。そして内ストラップ同士の
交差部、内ストラップ及び外ストラップの交差部（嵌合
部を含む）、外ストラップ同士の交差部を例えばスポッ
ト溶接等でそれぞれ溶接する（工程１０４）。溶接する
ことでジルカロイ合金の溶接部は組織が変化し、低温安
定相である球状結晶粒のα相から高温安定相であるβ相
に変化するが、溶接部は溶接後に例えば１００℃／秒程
度で急冷されることで溶接部の急冷組織はβ相の焼き入
れ組織になり先β相（prior−β相または焼き入れα
相）になるため、結晶が針状結晶粒に変化して、耐食性
が低下することになる。尚、溶接部の急冷組織は溶接し
っぱなしの組織（溶接まま組織）で原子炉内で使用する
とストラップの他の領域である母材一般部と比較して酸
化膜が過大に成長することになる（図４参照）。
【００１０】次に組み上げられた支持格子を再結晶焼鈍
する（工程１０５）。そのため、支持格子を熱処理炉内
に保持して、熱処理炉内を真空引きするかまたは不活性
ガス雰囲気にして、再結晶焼鈍する。再結晶焼鈍条件と
して、加熱温度は４３０℃〜７５０℃の範囲、耐食性を
特に重視するなら５００℃〜７５０℃の範囲、好ましく
は５６０℃〜７３０℃の範囲、更に好ましくは６００℃
〜７２０℃の範囲内にするものとし、加熱時間は０．５
時間〜２４時間保持することにより、溶接部の急冷組織
の歪みを調整・解消して再結晶組織に変化させる。また
溶接部の急冷組織を調整してこの急冷組織の先β相に金
属間化合物を析出させることができて溶接部の耐食性が
向上する。即ち、ジルカロイ合金中の金属間化合物を形
成するＦｅ，Ｃｒは低温のα相にはほとんど固溶しない
が溶接時に高温のβ相に高濃度に固溶するため、溶接後
の急冷によって焼き入れ組織になると急冷された先β相
（焼き入れα相）中に過飽和状態で存在する。そしてこ
のＦｅ，Ｃｒは再結晶焼鈍によって過飽和状態が解除さ
れて金属間化合物として析出することになる。尚、上述
した焼鈍温度の範囲４３０〜７５０℃のうち、特に４３
０℃〜５００℃までの範囲では溶接部の耐食性は焼鈍温
度が５００℃を越えた場合よりも若干劣るものの溶接部
の機械的強度がより高く、また焼鈍温度が５００℃を越
えて７５０℃までの範囲では溶接部の機械的強度は４３
０〜５００℃までの範囲のものより劣るものの溶接部の
耐食性がより優れているという特徴がある。
する（工程１０５）。そのため、支持格子を熱処理炉内
に保持して、熱処理炉内を真空引きするかまたは不活性
ガス雰囲気にして、再結晶焼鈍する。再結晶焼鈍条件と
して、加熱温度は４３０℃〜７５０℃の範囲、耐食性を
特に重視するなら５００℃〜７５０℃の範囲、好ましく
は５６０℃〜７３０℃の範囲、更に好ましくは６００℃
〜７２０℃の範囲内にするものとし、加熱時間は０．５
時間〜２４時間保持することにより、溶接部の急冷組織
の歪みを調整・解消して再結晶組織に変化させる。また
溶接部の急冷組織を調整してこの急冷組織の先β相に金
属間化合物を析出させることができて溶接部の耐食性が
向上する。即ち、ジルカロイ合金中の金属間化合物を形
成するＦｅ，Ｃｒは低温のα相にはほとんど固溶しない
が溶接時に高温のβ相に高濃度に固溶するため、溶接後
の急冷によって焼き入れ組織になると急冷された先β相
（焼き入れα相）中に過飽和状態で存在する。そしてこ
のＦｅ，Ｃｒは再結晶焼鈍によって過飽和状態が解除さ
れて金属間化合物として析出することになる。尚、上述
した焼鈍温度の範囲４３０〜７５０℃のうち、特に４３
０℃〜５００℃までの範囲では溶接部の耐食性は焼鈍温
度が５００℃を越えた場合よりも若干劣るものの溶接部
の機械的強度がより高く、また焼鈍温度が５００℃を越
えて７５０℃までの範囲では溶接部の機械的強度は４３
０〜５００℃までの範囲のものより劣るものの溶接部の
耐食性がより優れているという特徴がある。
【００１１】尚、再結晶焼鈍条件として焼鈍温度が４３
０℃より小さいと応力の除去が不十分になるという欠点
があり、７５０℃を越えると耐食性の低下を招くという
欠点が生じる。また５６０℃〜７３０℃の範囲にすれば
耐食性が低下しない再結晶条件となり、更に６００℃〜
７２０℃の範囲内にすれば効果的な析出物の成長が見ら
れるという一層好ましい効果が得られる。このような焼
鈍温度の保持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷
組織を調整して金属間化合物を析出させることができ
ず、２４時間より長いと耐食性の低下を招くという問題
が生じる。このようにして耐食性に優れた支持格子を製
作できる（工程１０６）。
０℃より小さいと応力の除去が不十分になるという欠点
があり、７５０℃を越えると耐食性の低下を招くという
欠点が生じる。また５６０℃〜７３０℃の範囲にすれば
耐食性が低下しない再結晶条件となり、更に６００℃〜
７２０℃の範囲内にすれば効果的な析出物の成長が見ら
れるという一層好ましい効果が得られる。このような焼
鈍温度の保持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷
組織を調整して金属間化合物を析出させることができ
ず、２４時間より長いと耐食性の低下を招くという問題
が生じる。このようにして耐食性に優れた支持格子を製
作できる（工程１０６）。
【００１２】上述のように本実施の形態によれば、ジル
カロイ合金のプレートからなる支持格子の特性を損なう
ことなく、溶接部の耐食性を向上できる。これによっ
て、燃料集合体に例えばウラン燃料ペレット中のＵ238
の濃度を高くした高燃焼度化燃料を用いて原子炉内で高
効率運転を行う場合でも、支持格子の溶接部耐食性の許
容範囲に対する余裕が増大するために信頼性の一層高い
運転が可能になる。
カロイ合金のプレートからなる支持格子の特性を損なう
ことなく、溶接部の耐食性を向上できる。これによっ
て、燃料集合体に例えばウラン燃料ペレット中のＵ238
の濃度を高くした高燃焼度化燃料を用いて原子炉内で高
効率運転を行う場合でも、支持格子の溶接部耐食性の許
容範囲に対する余裕が増大するために信頼性の一層高い
運転が可能になる。
【００１３】次に本実施の形態による支持格子の再結晶
焼鈍についての実施例を説明する。実施条件として、ス
トラップはジルカロイ４のジルカロイ合金を用い、支持
格子の交差部の溶接はスポット溶接とし、溶接後の冷却
速度は１００℃／秒とした。再結晶焼鈍条件として加熱
温度６００℃で０．５時間保持したものを実施例１、加
熱温度６８０℃で０．５時間保持したものを実施例２、
加熱温度６８０℃で２時間保持したものを実施例３、加
熱温度６８０℃で８時間保持したものを実施例４とし
た。また溶接後に再結晶焼鈍せず、溶接部を溶接まま組
織としたものを従来例とした。実施例１乃至４と従来例
について再結晶温度条件と金属間化合物の析出状態との
関係は表１に示すようになった。
焼鈍についての実施例を説明する。実施条件として、ス
トラップはジルカロイ４のジルカロイ合金を用い、支持
格子の交差部の溶接はスポット溶接とし、溶接後の冷却
速度は１００℃／秒とした。再結晶焼鈍条件として加熱
温度６００℃で０．５時間保持したものを実施例１、加
熱温度６８０℃で０．５時間保持したものを実施例２、
加熱温度６８０℃で２時間保持したものを実施例３、加
熱温度６８０℃で８時間保持したものを実施例４とし
た。また溶接後に再結晶焼鈍せず、溶接部を溶接まま組
織としたものを従来例とした。実施例１乃至４と従来例
について再結晶温度条件と金属間化合物の析出状態との
関係は表１に示すようになった。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１に示す試験結果から、実施例１乃至４
では、加熱温度６００〜６８０℃において０．５時間の
焼鈍によっても溶接組織内に金属間化合物を析出させる
ことができ、これより長時間の焼鈍を行うことでより多
くの金属間化合物を析出させることができた。そのため
いずれの実施例においても耐食性を向上でき、特に長時
間の焼鈍によって一層耐食性を向上できた。これに対し
て従来例では金属間化合物を析出させることができず、
耐食性の向上効果は生じなかった。
では、加熱温度６００〜６８０℃において０．５時間の
焼鈍によっても溶接組織内に金属間化合物を析出させる
ことができ、これより長時間の焼鈍を行うことでより多
くの金属間化合物を析出させることができた。そのため
いずれの実施例においても耐食性を向上でき、特に長時
間の焼鈍によって一層耐食性を向上できた。これに対し
て従来例では金属間化合物を析出させることができず、
耐食性の向上効果は生じなかった。
【００１６】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る燃料集合体
の支持格子製造方法は、複数のストラップを格子状に組
み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その後に焼
鈍するようにしたから、溶接後に溶接部の急冷組織の耐
食性が低下しても、その後に焼鈍することによって溶接
部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出して溶接部
の耐食性が向上する。これによって高燃焼度化燃料を用
いて高効率運転を行っても耐食性に関する許容範囲に対
して十分な余裕を確保できて長期間の運転に亘る十分な
耐食性を確保できる。
の支持格子製造方法は、複数のストラップを格子状に組
み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その後に焼
鈍するようにしたから、溶接後に溶接部の急冷組織の耐
食性が低下しても、その後に焼鈍することによって溶接
部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出して溶接部
の耐食性が向上する。これによって高燃焼度化燃料を用
いて高効率運転を行っても耐食性に関する許容範囲に対
して十分な余裕を確保できて長期間の運転に亘る十分な
耐食性を確保できる。
【００１７】また焼鈍は、溶接部を再結晶組織に変化さ
せるための再結晶焼鈍であるから、溶接部の急冷組織を
再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物を析
出させて耐食性が向上する。また焼鈍は、焼鈍温度を４
３０〜７５０℃に設定し、０．５〜２４時間保持するよ
うにしたので、溶接部の急冷組織を調整して金属間化合
物を析出させることで耐食性が向上すると共に、溶接や
打ち抜きによる歪みや内部応力を解消することができ
る。尚、焼鈍温度が４３０℃より小さいと応力除去が不
十分になるという欠点があり、７５０℃を越えると耐食
性の低下を招くという欠点が生じる。また焼鈍温度の保
持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷組織を再結
晶組織に変化させることができず、２４時間より長いと
耐食性の低下を招くという問題が生じる。
せるための再結晶焼鈍であるから、溶接部の急冷組織を
再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物を析
出させて耐食性が向上する。また焼鈍は、焼鈍温度を４
３０〜７５０℃に設定し、０．５〜２４時間保持するよ
うにしたので、溶接部の急冷組織を調整して金属間化合
物を析出させることで耐食性が向上すると共に、溶接や
打ち抜きによる歪みや内部応力を解消することができ
る。尚、焼鈍温度が４３０℃より小さいと応力除去が不
十分になるという欠点があり、７５０℃を越えると耐食
性の低下を招くという欠点が生じる。また焼鈍温度の保
持時間が０．５時間より短いと溶接部の急冷組織を再結
晶組織に変化させることができず、２４時間より長いと
耐食性の低下を招くという問題が生じる。
【図１】 本発明の実施の形態による支持格子の製造工
程を示す工程図である。
程を示す工程図である。
【図２】 一般的な支持格子の部分斜視図であり、
（ａ）は内ストラップの交差部を示す図、（ｂ）は内ス
トラップと外ストラップの交差部を示す図である。
（ａ）は内ストラップの交差部を示す図、（ｂ）は内ス
トラップと外ストラップの交差部を示す図である。
【図３】 従来の支持格子の製造工程を示す工程図であ
る。
る。
【図４】 ストラップの一般母材部と溶接部について腐
食試験日数と酸化膜厚さとの関係を示す図である。
食試験日数と酸化膜厚さとの関係を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料集合体
支持格子の製造方法は、溶接部の耐食性の相対的な低下
が先に示した溶接による溶接部の添加元素消失によるも
のではなく、溶接後の急冷組織に起因したものであるこ
とを見い出したことによるものである。即ち本発明は、
複数のストラップを格子状に組み立てて、各ストラップ
の交差部を溶接し、その後に焼鈍することで溶接部に金
属間化合物を析出させるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、ジルカロイ合金からなる複数のストラッ
プを格子状に組み立てて、各ストラップの交差部を溶接
し、その後に焼鈍するようにしたことを特徴とする。支
持格子を組み立てて各ストラップの交差部を溶接する
と、その後に溶接部が急冷して溶接部の急冷組織の結晶
が変化して耐食性が低下するが、後の工程で支持格子を
焼鈍することで結晶が変化した溶接部の急冷組織を耐食
性が良くなるように調整することができる。例えばスト
ラップがジルカロイ合金であれば、高温金属相であるβ
相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の結晶に変わり耐食性
が低下するが、その後に焼鈍することによって溶接部の
急冷組織である先β相（prior−β相）の金属組織を調
整して金属間化合物を析出させて溶接部の耐食性を向上
させることができる。
支持格子の製造方法は、溶接部の耐食性の相対的な低下
が先に示した溶接による溶接部の添加元素消失によるも
のではなく、溶接後の急冷組織に起因したものであるこ
とを見い出したことによるものである。即ち本発明は、
複数のストラップを格子状に組み立てて、各ストラップ
の交差部を溶接し、その後に焼鈍することで溶接部に金
属間化合物を析出させるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、ジルカロイ合金からなる複数のストラッ
プを格子状に組み立てて、各ストラップの交差部を溶接
し、その後に焼鈍するようにしたことを特徴とする。支
持格子を組み立てて各ストラップの交差部を溶接する
と、その後に溶接部が急冷して溶接部の急冷組織の結晶
が変化して耐食性が低下するが、後の工程で支持格子を
焼鈍することで結晶が変化した溶接部の急冷組織を耐食
性が良くなるように調整することができる。例えばスト
ラップがジルカロイ合金であれば、高温金属相であるβ
相は溶接後の急冷で焼き入れ組織の結晶に変わり耐食性
が低下するが、その後に焼鈍することによって溶接部の
急冷組織である先β相（prior−β相）の金属組織を調
整して金属間化合物を析出させて溶接部の耐食性を向上
させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】また焼鈍は、溶接部を再結晶組織に変化さ
せるための再結晶焼鈍であることが好ましい。再結晶焼
鈍を行うことで、溶接部の急冷組織の歪みを調整・解消
して再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物
を析出させて耐食性が向上する。尚、本発明では、従来
技術で行っていた原料プレートの打ち抜きに起因する歪
み取りの焼鈍を行わない。仮に打ち抜きによる歪み取り
焼鈍を行ってストラップの強度をあげても、その後に再
結晶焼鈍を行うことで打ち抜き歪み部分の組織が再度変
化して強度が低下することになり、無駄になる。また焼
鈍は、焼鈍温度を５６０〜７５０℃に設定し、０．５〜
２４時間保持するのが好ましい。この範囲の加熱温度で
所定時間保持することによって溶接部の急冷組織を調整
して、金属間化合物を析出させることで耐食性が向上す
ると共に、溶接や打ち抜きによる歪みや内部応力を解消
することができる。特に焼鈍温度が５６０℃〜７３０℃
の範囲であれば耐食性が低下しない再結晶条件となり、
７５０℃を越えると耐食性の低下を招くという欠点が生
じる。また焼鈍温度の保持時間が０．５時間より短いと
溶接部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出させる
ことができず、２４時間より長いと耐食性の低下を招く
という問題が生じる。
せるための再結晶焼鈍であることが好ましい。再結晶焼
鈍を行うことで、溶接部の急冷組織の歪みを調整・解消
して再結晶組織に変化させることになり、金属間化合物
を析出させて耐食性が向上する。尚、本発明では、従来
技術で行っていた原料プレートの打ち抜きに起因する歪
み取りの焼鈍を行わない。仮に打ち抜きによる歪み取り
焼鈍を行ってストラップの強度をあげても、その後に再
結晶焼鈍を行うことで打ち抜き歪み部分の組織が再度変
化して強度が低下することになり、無駄になる。また焼
鈍は、焼鈍温度を５６０〜７５０℃に設定し、０．５〜
２４時間保持するのが好ましい。この範囲の加熱温度で
所定時間保持することによって溶接部の急冷組織を調整
して、金属間化合物を析出させることで耐食性が向上す
ると共に、溶接や打ち抜きによる歪みや内部応力を解消
することができる。特に焼鈍温度が５６０℃〜７３０℃
の範囲であれば耐食性が低下しない再結晶条件となり、
７５０℃を越えると耐食性の低下を招くという欠点が生
じる。また焼鈍温度の保持時間が０．５時間より短いと
溶接部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出させる
ことができず、２４時間より長いと耐食性の低下を招く
という問題が生じる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る燃料集合体
の支持格子製造方法は、複数のストラップを格子状に組
み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その後に焼
鈍することで溶接部に金属間化合物を析出させるように
したから、溶接後に溶接部の急冷組織の耐食性が低下し
ても、その後に焼鈍することによって溶接部の急冷組織
を調整して金属間化合物を析出して溶接部の耐食性が向
上する。これによって高燃焼度化燃料を用いて高効率運
転を行っても耐食性に関する許容範囲に対して十分な余
裕を確保できて長期間の運転に亘る十分な耐食性を確保
できる。また本発明による燃料集合体支持格子の製造方
法は、ジルカロイ合金からなる複数のストラップを格子
状に組み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その
後に焼鈍するようにしたから、支持格子を組み立てて各
ストラップの交差部を溶接すると、その後に溶接部が急
冷して溶接部の急冷組織の結晶が変化して耐食性が低下
するが、後の工程で支持格子を焼鈍することで結晶が変
化した溶接部の急冷組織を耐食性が良くなるように調整
することができる。
の支持格子製造方法は、複数のストラップを格子状に組
み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その後に焼
鈍することで溶接部に金属間化合物を析出させるように
したから、溶接後に溶接部の急冷組織の耐食性が低下し
ても、その後に焼鈍することによって溶接部の急冷組織
を調整して金属間化合物を析出して溶接部の耐食性が向
上する。これによって高燃焼度化燃料を用いて高効率運
転を行っても耐食性に関する許容範囲に対して十分な余
裕を確保できて長期間の運転に亘る十分な耐食性を確保
できる。また本発明による燃料集合体支持格子の製造方
法は、ジルカロイ合金からなる複数のストラップを格子
状に組み立てて、各ストラップの交差部を溶接し、その
後に焼鈍するようにしたから、支持格子を組み立てて各
ストラップの交差部を溶接すると、その後に溶接部が急
冷して溶接部の急冷組織の結晶が変化して耐食性が低下
するが、後の工程で支持格子を焼鈍することで結晶が変
化した溶接部の急冷組織を耐食性が良くなるように調整
することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】また焼鈍は、焼鈍温度を５６０〜７５０℃
に設定し、０．５〜２４時間保持するようにしたので、
溶接部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出させる
ことで耐食性が向上すると共に、溶接や打ち抜きによる
歪みや内部応力を解消することができる。
に設定し、０．５〜２４時間保持するようにしたので、
溶接部の急冷組織を調整して金属間化合物を析出させる
ことで耐食性が向上すると共に、溶接や打ち抜きによる
歪みや内部応力を解消することができる。
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 Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｅ
1/18 Ｇ２１Ｃ 3/34 Ｃ
(72)発明者 木戸 俊哉
茨城県那珂郡東海村大字舟石川622番地12
ニュークリア・デベロップメント株式会
社内
(72)発明者 中山 喜実男
茨城県那珂郡東海村大字舟石川622番地１
三菱原子燃料株式会社内
(72)発明者 山口 康直
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (3)
- 【請求項１】複数のストラップを格子状に組み立てて、
各ストラップの交差部を溶接し、その後に焼鈍するよう
にしたことを特徴とする燃料集合体支持格子の製造方
法。 - 【請求項２】前記焼鈍は、前記溶接部を再結晶組織に変
化させるための再結晶焼鈍であることを特徴とする請求
項１記載の燃料集合体支持格子の製造方法。 - 【請求項３】前記焼鈍は、焼鈍温度を４３０〜７５０℃
に設定し、０．５〜２４時間保持するようにしたことを
特徴とする請求項１または２記載の燃料集合体支持格子
の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001343735A JP2003149369A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 燃料集合体支持格子の製造方法 |
| US10/287,505 US6909766B2 (en) | 2001-11-08 | 2002-11-05 | Production method for a nuclear fuel assembly support grid and a nuclear fuel assembly support grid produced by the same |
| GB0225849A GB2387475B (en) | 2001-11-08 | 2002-11-06 | Production method for a nuclear fuel assembly support grid and a nuclear fuel assembly support grid produced by the same |
| FR0213850A FR2831984B1 (fr) | 2001-11-08 | 2002-11-06 | Procede de fabrication d'une grille de support de combustible nucleaire, et grille obtenue |
| KR1020020068757A KR100701872B1 (ko) | 2001-11-08 | 2002-11-07 | 핵연료집합체 지지격자의 제조방법 및 그것에 의해 제조된핵연료집합체 지지격자 |
| CNB021606390A CN1252734C (zh) | 2001-11-08 | 2002-11-08 | 核燃料组件支撑栅格及其生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001343735A JP2003149369A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 燃料集合体支持格子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003149369A true JP2003149369A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19157370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001343735A Pending JP2003149369A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 燃料集合体支持格子の製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6909766B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003149369A (ja) |
| KR (1) | KR100701872B1 (ja) |
| CN (1) | CN1252734C (ja) |
| FR (1) | FR2831984B1 (ja) |
| GB (1) | GB2387475B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104388864A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-04 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种提高Zr-Nb-Cu系合金焊接封头硬度的热处理方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US7401543B2 (en) * | 2004-03-16 | 2008-07-22 | Hargraves Technology Corporation | Pump sealing apparatus |
| 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 |
| JP5585883B2 (ja) | 2007-12-26 | 2014-09-10 | トリウム・パワー、インク | 核燃料集合体、核燃料集合体を含む軽水炉、及び核燃料集合体の使用方法 |
| KR100939995B1 (ko) | 2008-09-26 | 2010-02-03 | 주식회사진영정기 | 핵연료봉 지지격자체의 이너스트랩 제조방법 |
| EA019989B1 (ru) | 2008-12-25 | 2014-07-30 | Ториум Пауэр Инк. | Топливная сборка легководного ядерного реактора (варианты) и легководный ядерный реактор |
| KR100924380B1 (ko) * | 2009-03-31 | 2009-10-30 | 주식회사진영정기 | 스트랩의 딤플 성형방법 |
| KR100924321B1 (ko) * | 2009-03-31 | 2009-11-02 | 주식회사진영정기 | 스트랩의 패턴 성형방법 |
| 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 |
| WO2011143172A1 (en) | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly with metal fuel alloy kernel and method of manufacturing thereof |
| KR101292612B1 (ko) * | 2012-01-06 | 2013-08-02 | 주식회사진영정기 | 지지패턴 성형방법 |
| KR102160440B1 (ko) | 2019-08-13 | 2020-10-05 | 한전원자력연료 주식회사 | 충격특성이 우수한 핵연료 집합체의 지지격자의 제조방법 및 그에 의해 제작된 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102264880B1 (ko) | 2019-08-13 | 2021-06-14 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102177330B1 (ko) | 2019-08-13 | 2020-11-11 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102250055B1 (ko) | 2019-08-13 | 2021-05-12 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102257558B1 (ko) | 2019-08-13 | 2021-06-01 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102264879B1 (ko) | 2019-08-13 | 2021-06-14 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102117496B1 (ko) | 2019-10-14 | 2020-06-01 | 한전원자력연료 주식회사 | 단순 형상 구조를 갖는 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR20220028263A (ko) | 2020-08-28 | 2022-03-08 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자 |
| KR102460092B1 (ko) | 2020-08-28 | 2022-10-31 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자 |
| KR102393587B1 (ko) | 2020-08-28 | 2022-05-04 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자 |
| KR20220064559A (ko) | 2020-11-12 | 2022-05-19 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102465710B1 (ko) | 2020-11-12 | 2022-11-11 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
| KR102465709B1 (ko) | 2020-11-12 | 2022-11-11 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자 |
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| FR2575762B1 (fr) * | 1985-01-10 | 1989-03-03 | Fragema Framatome & Cogema | Procede de fabrication de plaquettes en alliage de zirconium |
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