JP2004144653A

JP2004144653A - Manufacturing method of radioactive material storage container, radioactive material storage container, and joining method for different kinds of materials

Info

Publication number: JP2004144653A
Application number: JP2002311012A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asada; 浅田　和雄; Yasuyuki Fujitani; 藤谷　泰之; Ken Ishii; 石井　建
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance corrosion resistance of a container main body while restraining a production cost and a product cost. <P>SOLUTION: In this manufacturing method, a joined metal block Z is formed by joining preliminarily the first metal block A serving as a main material for the container main body constituting a radioactive material storage container to the second metal block B having corrosion resistance by forging, the joined metal block Z is inserted into a container forming die 50, and the container main body of the radioactive material storage container is integrally formed by hot extension. In this manufacturing method, the joined metal block Z having the first metal layer and the second metal layer is also formed by casting the second metal having the corrosion resistance into a billet forming die after casting the first metal serving as the main material for the container main body into the billet forming die, and the container main body is integrally formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料集合体や放射性物質を収容して搬送・貯蔵する放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器に関し、また、異なる金属材料を接合するための異種材料の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。このような高放射性物質の貯蔵方法としては、貯蔵プール等による湿式法、あるいは、核燃料用キャスク（放射性物質収納容器）等による乾式法が知られている。
【０００３】
その内、乾式法は、水に代わり空気によって高放射性物質の自然冷却を行う貯蔵方法であり、湿式法に比較して運転コストが低いことから注目を集め、開発が進められている。また、乾式法に用いる核燃料用キャスクには種々の構造のものがあるが、一般には、中性子遮蔽体をなすレジン材を外周面に備えて主たる材料が金属製とされた容器本体を有する金属製キャスク（放射性物質収納容器）が広く用いられている。ここで用いられる金属材料は一般に合金元素の含有量が少ないＳＡ３５０等の低合金鋼が主流である。
【０００４】
また、その他の核燃料用キャスクとして、遮蔽体としてコンクリートを用いたコンクリートキャスク（放射性物質収納容器）が使用されており、このコンクリートキャスクの場合、使用済燃料を格納するキャニスタ（放射性物質収納容器）を介して使用済燃料を収容し貯蔵する形態が一般的である。
【０００５】
したがって、本明細書に言う放射性物質収納容器とは、使用済み核燃料等を収納するキャニスタや各種のキャスクと呼ばれる容器の他、例えば、使用済み核燃料等を溶かしてからコンデンスして固形化したものなど、各種の放射性廃棄物を収納する容器を包含する。
【０００６】
さて、上述の金属製キャスク、あるいはキャニスタは、下端である底部が閉塞された筒状の容器本体と、容器本体の上端の開口部を封止する蓋体とを備え、通常、以下の工程によって高放射性物質である使用済燃料を封入する。まず、上端の開口部が開いた容器本体内を水で満たし、この状態で容器本体に使用済燃料を入れる。これにより、使用済燃料を水によって一時的に遮蔽する。
【０００７】
続いて、容器本体の開口部を一次蓋（蓋体）によって閉じ、容器本体の開口部を密閉する。そして、一次蓋に設けられた排水口から容器本体内の水を排水し、この排水口を封止する。その後、更に、一次蓋に重ねて二次蓋（蓋体）を配置して容器本体に固定する。これにより、使用済燃料を格納する空間の密閉性が高められている。
【０００８】
容器本体内の水分除去について詳細に説明すると、容器本体内に溜まった水を排水ポンプで吸い上げる水分除去の他に、真空ポンプで真空排気することにより容器本体内を乾燥させる、いわゆる真空乾燥が一般的に行われている。そして、二次蓋を取り付けた後、一次蓋と二次蓋との間を同じく真空乾燥することで水分の除去が行われている。
【０００９】
このような真空乾燥を行う上で、容器本体の開口部付近の断面を示した図６の断面図に示すように、一次蓋３及び二次蓋４などの蓋体と容器本体２との間に位置する金属製のシール部材５、蓋体固定用の各ボルト穴２３，２４、及びこの周辺は、水中における使用済燃料の収納作業のために水分が付着して多量に残留することが常である。
これらシール部材５、ボルト穴２３，２４、及びこの周辺である各蓋体３，４と開口部の壁面Ｗ１と隙間に水分が残留した場合、入り込んだ水分が時間の経過とともに金属製キャスク１の内部で蒸発し、その内部の他の場所で凝縮して水滴となる可能性がある。
【００１０】
そして、水滴となり得る残留水分が凝縮と蒸発を長期に渡って繰り返すと、水分中に含まれる僅かな不純物が濃縮し、腐食の原因となることがある。特に、シール部材５が装着される周辺部は形状が複雑であり、こすれが生じるような狭隘な部分であるため、水分が残留する可能性が高い。
【００１１】
そのため、金属製のシール部材５やその周辺が腐食しないようにするために、金属製キャスク１の中の水分量が許容される残留水分量以下になったことが確認できるまで真空乾燥を長時間継続する必要がある。
そして、さらなる腐食防止対策として、腐食を防止できるステンレス鋼を材料とするクラッド板３ａ，４ａ，２１，２２を各蓋体３，４の壁面や開口部の壁面Ｗ１に貼り合わせるとともに、ボルト穴２３，２４にステンレス製のヘリサート１７，１８を一旦挿入してからボルト１５，１６をねじ込む手法が用いられている。
【００１２】
ところで、容器本体２を製造するにあたり、この底部を含んで鍛造にて一体成形する製造方法が既に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
この製造方法によれば、金属塊をなす金属ビレット（インゴットとも言う。）を成型用コンテナ内において熱間拡張することで底部と胴部とを一体成形した厚肉の底付容器を得ることができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１２４７７８号に係る国際公開番号ＷＯ−０１／８２３０８号（第２図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような金属製キャスクを一例とする放射性物質収納容器において、この容器本体の開口部における腐食を防止するためには、例えばステンレス製のクラッド板やボルト固定用として嵌め込まれるステンレス製のヘリサートなどを用いた腐食防止対策が必要であることを説明した。これは、容器本体の主材となる金属材料としてＳＡ３５０（ＬＦ５とも呼ばれる。）と呼ばれるクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）等の含有量が少ない炭素鋼が用いられており、このような低合金鋼が耐食性に優れていないからである。
【００１５】
したがって、容器本体の全てを耐食性のあるステンレス鋼などを用いて製造することが腐食防止の観点から理想とされるが、合金元素の含有量が高いステンレス鋼などはＳＡ３５０に比べて高価であるため、容器本体の主材として用いた場合、製品価格を大きく上昇させる要因となる。
特に、金属製キャスクの一構成要素として用いられる容器本体について、この外周部に備えられる中性子遮蔽体を除いた金属部分のみで大きさを例に挙げると、容器本体の金属部分は、厚みが約３０〜４０ｃｍ、高さが約５ｍ、外側の直径約２ｍ強の筒状であるため、この金属部分を全て高価なステンレス鋼を用いることは困難である。
【００１６】
したがって、ＳＡ３５０等の低合金鋼を用いて容器本体を製造せざるをえない。しかし、上述したように蓋体が装着される開口部に腐食防止対策としてクラッド板やヘリサートを溶接やその他の接合手法によって取り付けることによっても製造コストの上昇が危惧される。なぜなら、開口部の内周面の全域、及び各蓋体の外周面の全域に渡ってクラッド板を取り付け、且つ、十カ所以上あるボルト固定用穴にヘリサートを装着して接合することは、多くの部品と材料に加えて多大な作業工数を必要とするからである。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、製造コスト及び製品コストを抑えつつ、容器本体の耐食性の向上を図る放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器並びに異種材料の接合方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、前記容器本体の主材となる第１金属塊と、耐食性を有する第２金属塊とを鍛造によって接合することで接合金属塊を形成し、該接合金属塊を前記容器本体の容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする。
【００１９】
このような放射性物質収納容器の製造方法によれば、第１金属塊と第２金属塊との接合面に発生した酸化物が鍛造によって除去され、酸化物の除去によって確実な接合がなされた接合金属塊が形成される。そして、この接合金属塊を容器本体の型取りを行う容器成形型に挿入し、例えばポンチ等を用いて熱間拡張することで放射性物質収納容器を構成する容器本体が得られることになる。
これによれば、放射線を遮蔽するための厚みを有する容器本体は、主材である第１金属によって大部分が形成されるとともに、残部が耐食性を有した第２金属によって形成されることになる。なお、容器本体における第２金属が配される部分は、接合金属塊が容器成形型に挿入される段階でほぼ決定される。このため、容器本体の開口部の腐食を回避しようとするならば、第２金属を開口部に配するために、接合金属塊における第２金属の部分を容器成形型の開口側に位置させて熱間拡張を行うことが望ましい。また、熱間拡張によって容器本体を形成する際、容器本体の底部については、これを一体成形してもよいし、貫通して両端開口した筒体を形成した後に底部を後付けすることであっても良い。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、前記容器本体の主材となる第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に耐食性を有する第２金属を鋳込むことにより第１金属層と第２金属層とを有する接合金属塊を形成し、該接合金属塊を前記容器本体の形状をなす容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする。
【００２１】
このような放射性物質収納容器の製造方法によれば、第１金属層と第２金属層との境界面となる接合面に発生しうる酸化物が第２金属の鋳込みの段階で除去されることになり、第１金属層の上面に第２金属層が接合された接合金属塊が形成される。そして、この接合金属塊を容器本体の型取りを行う容器成形型に挿入し、例えばポンチ等を用いて熱間拡張することで容器本体が得られることになる。
これによれば、厚みを有する容器本体は、主材である第１金属によって大部分が形成されるとともに、残部が耐食性を有した第２金属によって形成されることになる。なお、容器本体にて第２金属が配される部分は、接合金属塊が容器成形型に挿入される段階でほぼ決定されるものである。このため、容器本体の開口部の腐食を回避しようとするならば、第２金属を開口部に配するために、接合金属塊における第２金属層を容器成形型の開口側に位置させて熱間拡張を行うことが望ましい。また、熱間拡張によって容器本体を形成する際、容器本体の底部については、これを一体成形してもよいし、貫通して両端開口した筒体を形成した後に底部を後付けすることであっても良い。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の放射性物質収納容器の製造方法において、前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた前記接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする。
【００２３】
このような製造方法によれば、第１金属の表面に酸化物が発生しにくくなり、第２金属の鋳込みにおいて、第１金属と第２金属との間に酸化物がほとんどない状態で接合がなされる。さらに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近に加熱した状態で圧力を加えて圧縮することで、残留した酸化物が接合面を含む接合金属塊から除去されることになる。なお、接合金属塊の圧縮には衝撃荷重を用いて負荷応力の増大を図ることが好適である。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の放射性物質収納容器の製造方法において、前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする。
【００２５】
このような製造方法によれば、第１金属に第２金属を鋳込む際、互いの金属が融点付近に達することで混じり合っていたことが徐々に減少し、第２金属の鋳込み回数に応じて鋳込まれる第２金属の純度は次第に高められることになる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備えた放射性物質収納容器であって、前記容器本体は、この胴体部分に配された主材となる第１金属と、前記開口部側に配された耐食性を有する第２金属とを有して一体成形されてなることを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、放射性物質収納容器の一構成要素である容器本体における胴体部分が第１金属によって形成されるとともに、腐食しやすい開口部が耐食性に優れた第２金属によって形成されることになり、これら両金属が容器本体の軸方向においてそれぞれ接合して備わる容器本体が形成されることになる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、第１金属塊と第２金属塊との両方を融点の高い方の再結晶温度に加熱して組み合わせるとともに、融点の高い方の降伏点以上の応力を与えるように圧縮して接合することを特徴とする。
【００２９】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属塊と第２金属塊との接合面における酸化物が的確に除去され、互いの金属塊が確実に接合される。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に前記第１金属よりも融点が低い第２金属を前記第１金属の融点以下で鋳込むことにより第１金属と第２金属とを接合することを特徴とする。
【００３１】
このような異種材料の接合方法によれば、接合面における酸化物が第２金属の鋳込み段階にて的確に除去され、互いの金属が接合されることになる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の異種材料の接合方法において、前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする。
【００３３】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属の表面に酸化物が発生しにくくなり、第２金属の鋳込みにおいて、第１金属と第２金属との間に酸化物がほとんどない状態で接合がなされる。さらに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近に加熱した状態で圧力を加えて圧縮することで、残留した酸化物が接合面を含む接合金属塊から除去されることになる。なお、接合金属塊の圧縮には衝撃荷重を用いて負荷応力の増大を図ることが好適である。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８記載の異種材料の接合方法において、前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする。
【００３５】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属に第２金属を鋳込む際、互いの金属が融点付近に達することで混じり合っていたことが徐々に減少し、第２金属の鋳込み回数に応じて鋳込まれる第２金属の純度は次第に高められることになる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の異種材料の接合方法によって形成された接合金属塊を、所定形状をなす成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする異種材料接合体の製造方法である。
【００３７】
このような異種材料接合体の製造方法によれば、第１金属と第２金属とが接合された後、これが熱間拡張によって成形されることで異種材料接合体が形成されることになる。なお、第１金属及び第２金属はそれぞれ１層に限定されるものではなく、複数接合される場合であってもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る金属製キャスク及びこの製造方法について説明する。なお、容器本体を構成する金属として、合金元素の含有量が少ない低合金鋼（第１金属）と、ステンレス鋼のＳＵＳ３０４（第２金属）とを一例に挙げて説明するものとし、これら異なる金属の接合方法についても以下に説明する。
【００３９】
図１は異なる金属材料を接合して本発明の接合金属塊をなす接合ビレットＺを形成する第１の接合方法を示した説明図である。
図１（ａ）に示すように、クロム（Ｃｒ）等の合金元素の含有量が少ない低合金鋼のＳＡ３５０からなる第１ビレットＡ（第１金属塊）は、鋳造によって形成された段階でその表面に酸化物を有している。また、クロム（Ｃｒ）を１８〜２０％、ニッケル（Ｎｉ）を８〜１０．５％含有するステンレス鋼のＳＵＳ３０４からなる第２ビレットＢ（第２金属塊）においても、鋳造によって形成された段階でその表面に酸化物を有している。
【００４０】
まず、これら各ビレットＡ，Ｂの両方を、融点の高い方の再結晶温度付近まで加熱する。すなわち、この場合、ＳＡ３５０の融点がＳＵＳ３０４よりも高いため、ＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度に両ビレットＡ，Ｂを共に加熱する。なお、この温度条件におけるＳＵＳ３０４は、自らの融点以下の温度状態であるため、溶解せずに形態が保持されている。
【００４１】
そして、これら両ビレットＡ，Ｂを接合面で密着させ、これら金属材料の降伏点以上の応力を負荷するように衝撃を用いた圧縮荷重を加える。すなわち、両ビレットＡ，Ｂを鍛造によって接合する。なお、この際の圧縮応力は少なくとも約３０ＭＰａを目標とするため、第１ビレットＡと第２ビレットＢとの接合面の面積から換算して約１万トンのプレス機を用いるとともに、エネルギー値が約１０倍になる速度を与えてプレス用のハンマーを落とす必要がある。
【００４２】
上述のように高温状態とされた両ビレットＡ，Ｂに衝撃荷重による圧縮応力が作用することで、接合面に残留した酸化物は除去されることになり、これによってＳＡ３５０からなる第１ビレットＡとＳＵＳ３０４からなる第２ビレットＢとは接合面にて密着して接合し一体化する。これによって、ＳＡ３５０の第１金属層（同符号Ａを付す。）とＳＵＳ３０４の第２金属層（同符号Ｂを付す。）とを有する接合ビレットＺが形成されることになる。
【００４３】
次に、図２を用いて同様な接合ビレットＺを形成する第２の接合方法について説明する。なお、図２は、本発明に係る第１金属のＳＡ３５０と第２金属のＳＵＳ３０４とを鋳込むことで接合する第２の接合方法を示した説明図であって、（ａ）はＳＵＳ３０４を１回で鋳込む場合を示しており、（ｂ）はＳＵＳ３０４を数回に分けて鋳込む場合を示している。なお、これらの工程は真空引きされた空間内で実施されるものとする。
【００４４】
まず、図２（ａ）に示すように、最初に第１金属である溶湯状態のＳＡ３５０をビレット成形型４０に注ぎ込み、定量を鋳込んだ後、後述するＳＵＳ３０４の鋳込みを考慮してＳＵＳ３０４の融点よりも温度が低くなるまで待つ。これにより、ビレット成形型４０内には高温状態のＳＡ３５０からなる第１ビレットＡが形成される。
【００４５】
そしてこの後、容器３０に入った溶湯状態のＳＵＳ３０４を第１ビレットＡの上方に注ぎ込む。このＳＵＳ３０４の溶湯を注ぎ込む量は、後で説明する容器本体の開口部にて必要とされるＳＵＳ３０４の必要高さに応じて予めほぼ決定されている。
【００４６】
これにより、ＳＡ３５０の第１金属層Ａと、ＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂとの境界面に発生しうる酸化物がＳＵＳ３０４の鋳込みの段階で浮き上がりながら境界面である接合面から除去されることになり、ＳＡ３５０の第１ビレットＡの上面にＳＵＳ３０４の第２ビレットＢが接合された接合ビレットＺが形成される。
【００４７】
さらに、得られた接合ビレットＺをビレット成形型４０から取り出し、該接合ビレットＺをＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度にまで加熱又は温度維持させるとともに、図１（ｂ）に示したように衝撃荷重を用いた圧縮荷重を加える。なお、この作業は図１（ｂ）に説明したことと同様であるので詳細な説明を省略する。
このことにより、各金属の鋳込みにおいて発生した酸化物が外部に除去されることになり、ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合、及び、接合された接合ビレットＺの靱性が高められることになる。
【００４８】
次に、図２（ｂ）を用いてＳＵＳ３０４の鋳込み方法を変更した場合を説明する。
まず、図２（ａ）を用いて説明したことと同様に、ビレット成形型４０にＳＡ３５０を注ぎ込んでＳＡ３５０の第１ビレットＡを形成する。そして、第１ビレットＡの温度がＳＵＳ３０４の融点よりも低下した段階で、溶湯状態のＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４だけ注ぎ込み、符号Ｂ_１に示すような薄い金属層を形成する。
【００４９】
そして、１回目に注ぎ込んだＳＵＳ３０４の温度が融点以下に低下して符号Ｂ_１の金属層が再結晶した段階で、さらに溶湯状態のＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４だけビレット成形型４０内に追加して注ぎ込み、符号Ｂ_２に示すような薄い金属層を追加して形成する。
このことを繰り返し、最終的にＳＵＳ３０４における第２金属層を目標とする容器本体の開口部における必要高さまで到達させる。なお、ＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４づつ鋳込むことについては特に限定するものではない。
【００５０】
これにより、ＳＡ３５０の第１金属層が第１ビレットＡとして１層形成されるとともに、ＳＵＳ３０４の第２金属層が時系列に従って数層組み合わせて形成された状態で接合された接合ビレットＺが形成されることになる。これによって、接合ビレットＺにおけるＳＵＳ３０４の各金属層は、鋳込みの段階を追う毎にＳＡ３５０からなる第１ビレットＡとの接触が回避されることになり、ＳＡ３５０と混じり合うことがなくなって自らの純度が高められることになる。
【００５１】
さらに、得られた接合ビレットＺをＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度にまで加熱又は温度維持させるとともに、図１（ｂ）に示したように衝撃荷重を用いた圧縮荷重を加える。なお、この作業は図１（ｂ）及び上記に既に説明したことと同様であるので説明を省略する。
このことにより、各金属の鋳込みにおいて発生した酸化物が外部に除去されることになり、ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合、及び、接合された接合ビレットＺの靱性が高められることになる。
【００５２】
さて、以上説明した各接合方法から得た接合ビレットＺを用いて、金属製キャスクの一構成要素となる容器本体２の成形方法について図３を参照しながら説明する。なお、図における（ａ）〜（ｄ）は時系列に沿って成形過程を順に示している。
【００５３】
ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合材料である接合ビレットＺは、後述する容器成形型５０に挿入される前に温度確認がなされ、１２５０℃に達するように加熱される。この温度は、２つの金属の中で融点が高い金属であるＳＡ３５０の再結晶温度付近の温度であり、これらの材料種及び厚肉とされた容器本体２の鍛造に対して最も適した温度として決定された温度である。
【００５４】
そして、図３（ａ）に示すように、第２金属塊Ｂがこの容器成形型５０の開口側に位置するように加熱された接合ビレットＺを容器成形型５０に挿入し、挿入した接合ビレットＺの上面中央部にポンチ６０を当てて鍛造方向（紙面下方向）に圧縮荷重を加える。
なお、容器成形型５０は、金属製キャスクの容器本体の外観形状に合わせた内壁面が形成されている。また、ポンチ６０の下端部の外周形状は、鍛造する容器本体の内部形状に合わせて形成されている。
【００５５】
接合ビレットＺは、図に示すようにこの下方が容器成形型５０の容積に比べて小さく、鍛造前の段階では、接合ビレットＺの外周面が容器成形型５０の内壁面と接していない。このことは、厚肉の容器本体２を鍛造によって成形することを容易に可能とするためである。このことは、鍛造する容器本体が大きいからに他ならず、この条件で厚肉を得るように成型するためにはポンチ６０に多大な荷重が必要となるからである。
【００５６】
したがって、上述したことを考慮し、接合ビレットＺの下方を予め小さく形成しておくことによれば、鍛造時に圧縮荷重を受けた部分は容器成形型５０の軸中心から外側に向かって比較的容易に押し出されることになり、ポンチ６０を用いた鍛造を容易なものとすることが可能である。なお、接合ビレットＺに与える荷重を考慮しない場合であれば、接合ビレットＺの形状はこれに限定されるものではない。
【００５７】
そして、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、ポンチ６０に荷重を加えながら該ポンチ６０を容器成形型５０の底部に向かって押し込み、目標とする容器本体の形状を徐々に成形していく。この際、接合ビレットＺの上部に位置するＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂにおけるポンチ６０の圧縮荷重を受けにくい側方の部分は、ＳＵＳ３０４がほぼ同等な位置にとどまり、ポンチ６０の圧縮荷重を直に受ける中央の部分は、ポンチ６０の下降に伴って下方に引き延ばされる。
これによって、図３（ｄ）に示すように、ほぼ形状が整った容器本体２’の開口部付近は、ＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂから形成されることになり、また、容器本体２の内壁面についても、ＳＡ３５０に変わってＳＵＳ３０４の薄い層が軸方向に沿って形成されることになる。
【００５８】
このように接合ビレットＺを用いた鍛造によって底部を有して一体成形がなされた容器本体２は、この内壁面及び外壁面が機械加工によって仕上げがなされ、図４に示すように、開口部に一次蓋３等が装着されることで、金属製キャスク１をとして機能することなる。なお、図４は金属製キャスク１の開口部付近を拡大して示した断面図である。
【００５９】
図に示すように、容器本体２の成形が終了した段階で容器本体２の上端である開口部付近はＳＵＳ３０４の第２金属層２Ｂが配された構造となり、且つ、開口部から連続して容器本体２の内壁面Ｗ１の表面に同様なＳＵＳ３０４の第２金属層２Ｂが配された構造となる。そして、容器本体２の内壁面Ｗ１を除く容器本体２の開口部から胴体の下方の部分、すなわちＳＵＳ３０４との境界面Ｖより下方及び外側の部分は、ＳＡ３５０の第１金属層２Ａが配された構造となる。
【００６０】
以上説明した構造が形成されることによれば、容器本体２の開口部に施されるボルト穴２３の加工がＳＵＳ３０４に対して施されることとなり、一次蓋３等の取り付けにおいて耐食性を有するボルト１５等を用いることによれば、万が一、水分が残留した場合であっても、この残留水分による腐食を防止することができる。
また、一次蓋３等の各蓋体が嵌め合わされる開口部の内壁面Ｗ１と隙間に、万が一、水分が残留した場合であっても、この表面が耐腐食性を有するＳＵＳ３０４であることにより、開口部周辺の腐食を防止することができる。この場合、一次蓋３等についてもステンレス鋼を材料として形成することが望ましい。
さらに、容器本体２の底部を含めた内壁面Ｗ１が全てＳＵＳ３０４によって保護されるので、容器本体２内の腐食をより確実に防止することができる。
【００６１】
さらに、従来における腐食防止対策として備えられたクラッド板やヘリサート等の取り付けを必要としないことにより、製造コストを大幅に低減することができる。
また、耐食性を有するＳＡ３５０に比べて高価なＳＵＳ３０４を用いることによって製品コストの増大が懸念されるが、上述した腐食防止対策を不要としたこと、及びＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂが主に容器本体２の開口部に限定して配されること、及び、これに伴って容器本体２の容積の約８０％が安価なＳＡ３５０によって構成されること等の利点により、容器本体２、つまりは、金属製キャスク１の製品コストを低く抑えることができる。そして、腐食を防止することを可能として高い密閉性能を維持する信頼性の高い金属製キャスク１を実現することが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では容器本体２の内壁面の全域に渡って耐食性を有するＳＵＳ３０４が配される場合を説明したが、製造の過程で容器本体２の開口部のみにＳＵＳ３０４等の第２金属が配される場合でもあってもよい。この場合であっても、開口部周辺の腐食を確実に回避することができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、金属製キャスク１を構成する容器本体２を例に挙げて説明したが、これに限定解釈されるものではなく、金属製の容器や筒などに対しても同様な製造を行って同様な効果を得ることができる。
一例を挙げて説明すると、本発明に係る放射性物質収納容器の１つとしてコンクリートキャスク等に収容されるキャニスタがある。該キャニスタについても先に説明した接合ビレットを用いた製造方法によって得ることが可能である。
【００６４】
キャニスタは、一端が閉塞された筒状の容器本体を有し、この容器本体内に格子状のバスケットが備えられることで、該バスケットにより支持された状態の使用済燃料集合体を複数体封入することが可能とされている。
そして、上記容器本体は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないよう、開口部に蓋体を溶接によって接合することで密閉構造を有している。
【００６５】
このようなキャニスタの容器本体についても本実施形態の製造方法を用いて異種の金属が接合された接合ビレットから形成することが可能であり、製造コスト、及びこれに伴う製品コストの低減を図りつつ、腐食を防止して高い密閉性能を維持する信頼性の高いキャニスタを実現することが可能である。
【００６６】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態について図５を用いて説明する。図５は先の実施形態にて説明した同様な製造工程を経て得られた接合ビレットから配管８０（異種材料接合体）を製造する過程を示した説明図である。なお、本実施形態に用いられる接合ビレットＺ’は、上述した実施形態の接合ビレットＺと比較して、この中央に炭素鋼の第１金属層Ａを配し、この第１金属層Ａを挟むようにステンレス鋼の第２金属層Ｂを第１金属層Ａの両側に配して形成されるものである。この接合ビレットＺ’の製造方法については上述した製造方法とほぼ同等であるので、その説明は省略するものとする。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、３つの各金属層からなる接合ビレットＺ’は、高温化に加熱されて圧縮されることにより、接合面の酸化物が除去されて接合されることで得ることができる。そして、得られた接合ビレットＺ’を再結晶温度付近まで加熱した後、これを目標とする配管８０の形状に合わせた成形型７０に挿入し、ポンチ６０によってこの中央部を押し込んで接合ビレットＺ’の底部を貫くように鍛造による成型を行う。
【００６８】
これにより、図５（ｂ）に示すような両端部にステンレス鋼の第２金属層Ｂを有するとともに、この中央部に炭素鋼の第１金属層Ａを有する配管８０が１つ得られることになる。
そして、配管８０同士を連設する場合に溶接を用いることによれば、溶接後の熱処理の低減が図られることになる。すなわち、ステンレス鋼は溶接時の変形が小さいので、溶接歪を除去する熱処理を多く必要としないからである。
【００６９】
したがって、配管同士を効率的に接続することができ、作業効率の向上、及び作業現場での作業性を高めることができる。そして、炭素鋼を配管８０の主材として用いることにより、製品コストの上昇を抑えることができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、配管８０の両端部にステンレス鋼を配し、この中央部に炭素鋼を配することとして説明したが、溶接性のよい金属材料を適宜用いることが望ましい。
【００７１】
さて、以上説明した各実施形態において、接合ビレットＺ，Ｚ’の形状は中実の略円筒形状とした場合を説明したが、鍛造によって成型する形状に合わせて適宜変更することとしてもよい。
例えば、図１（ｂ）にて得られた接合ビレットＺのＳＵＳ３０４からなる第２金属層Ｂの中央部をポンチ６０に合わせてくり抜き、鍛造の容易化と材料の有効利用を図ることとしてもよい。そして、このように第２金属層Ｂ、あるいは接合前の第２ビレットＢの形状を変更することによれば、鍛造における第２金属の移動する領域が変化し、構造を適宜変更することも容易に可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器並びに異種材料の接合方法においては以下の効果を奏する。
請求項１及び請求項２記載の発明によれば、第１金属と第２金属との接合時の酸化物を除去して確実に接合された異なる２つの金属材料からなる放射性物質収納容器の容器本体を得ることができる。これにより、容器本体の主たる材料として第１金属を用いることで放射性物質収納容器のコストを安価に抑えつつ、容器本体の開口部における腐食を第２金属によって回避することが容易に可能となる。そして、これに伴って、開口部における腐食防止対策が不要となり、放射性物質収納容器の製造コストを低減することができる。
【００７３】
請求項３記載の発明によれば、真空状態で鋳込みを行い、得られた接合金属塊を圧縮することにより酸化物の除去がより確実に実施されることになり、接合強度の向上を図って異種材料の接合による容器本体の強度を高く維持することが可能となる。
【００７４】
請求項４記載の発明によれば、第１金属を有するビレット成形型に第２金属を数回に分けて鋳込むことにより、鋳込まれた第２金属の純度を序々に高めることができ、容器本体における第２金属が配される部分の耐食性をより高めることができる。
【００７５】
請求項５記載の発明によれば、耐食性を有する第２金属が開口部に配されることで開口部における腐食防止対策を不要として、放射性物質収納容器の製造に関わるコストを大幅に削減することができる。
【００７６】
請求項６及び請求項７記載の発明によれば、異なる金属材料とされた第１金属塊と第２金属塊とを確実に接合することができ、各金属の特性をそれぞれの部分で有する汎用性の高い接合材料を提供することができる。また、必要とされる特性を有した金属を部分的に備えることができるので、接合材料を安価に提供することができる。
【００７７】
請求項８記載の発明によれば、真空状態で鋳込みを行い、得られた接合金属塊を圧縮することにより酸化物の除去がより確実に実施されることになり、接合強度の向上を図って異種材料の接合による容器本体の強度を高く維持することが可能となる。
【００７８】
請求項９記載の発明によれば、第１金属を有するビレット成形型に第２金属を数回に分けて鋳込むことにより、鋳込まれた第２金属の純度を序々に高めることができ、第２金属が配される部分の特性をより高めることができる。
【００７９】
請求項１０記載の発明によれば、それぞれの金属に応じた特性を有する異種材料接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る異種の金属材料を接合して接合金属塊を形成する第１の接合方法を示した説明図である。
【図２】本発明に係る異種の金属材料を接合して接合金属塊を形成する第２の接合方法を示した説明図であって、（ａ）は第２金属を１回で鋳込む場合を示しており、（ｂ）は第２金属を数回に分けて鋳込む場合を示している。
【図３】本発明に係る接合金属塊を用いた容器本体の成形過程について説明する説明図である。
【図４】本発明に係る放射性物質収納容器をなす金属製キャスクの開口部付近を拡大して示した断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における接合金属塊から配管を製造する過程を示した説明図である。
【図６】従来の放射性物質収納容器をなす金属製キャスクの開口部付近を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
１　金属製キャスク（放射性物質収納容器）
２　容器本体
３　一次蓋（蓋体）
４　二次蓋（蓋体）
５　金属製のシール部材
２Ａ　容器本体におけるＳＡ３５０の層（第１金属層）
２Ｂ　容器本体におけるＳＵＳ３０４の層（第２金属層）
５０　容器成形型
６０　ポンチ
８０　配管（異種材料接合体）
Ａ　第１ビレット（第１金属塊），第１金属層
Ｂ　第２ビレット（第２金属塊），第２金属層
Ｚ　接合ビレット（接合金属塊）
Ｖ　境界面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a radioactive substance storage container and a radioactive substance storage container for storing and transporting and storing a spent nuclear fuel assembly and a radioactive substance, and also relates to a method for joining different kinds of materials for joining different metal materials. Things.
[0002]
[Prior art]
Highly radioactive materials typified by spent fuel of nuclear reactors are dismantled and reprocessed to recover useful substances such as plutonium that can be used again as fuel. These spent fuels are stored in a sealed state until reprocessing. As a method for storing such a highly radioactive substance, a wet method using a storage pool or the like, or a dry method using a nuclear fuel cask (a radioactive substance storage container) or the like is known.
[0003]
Among them, the dry method is a storage method in which highly radioactive materials are naturally cooled by air instead of water, and has attracted attention because of its lower operating cost as compared with the wet method, and is being developed. There are various types of casks for nuclear fuel used in the dry process, and generally, the cask for a nuclear fuel has a resin material forming a neutron shield on the outer peripheral surface and a metal material having a main body made of metal. Casks (radioactive substance storage containers) are widely used. The metal material used here is generally a low alloy steel such as SA350 having a small content of alloying elements.
[0004]
As another nuclear fuel cask, a concrete cask (a radioactive material storage container) using concrete as a shield is used. In the case of this concrete cask, a canister (a radioactive material storage container) for storing spent fuel is used. In general, spent fuel is stored and stored via a fuel tank.
[0005]
Therefore, the radioactive material storage container referred to in the present specification is a container called a canister or various casks for storing used nuclear fuel and the like, for example, a container obtained by dissolving used nuclear fuel and the like and condensing and solidifying the same. And containers for storing various types of radioactive waste.
[0006]
By the way, the above-mentioned metal cask or canister includes a cylindrical container body whose bottom is closed at the lower end, and a lid that seals the opening at the upper end of the container main body. Enclose spent fuel, which is a highly radioactive substance. First, the inside of the container body whose opening at the upper end is opened is filled with water, and in this state, spent fuel is put into the container body. Thereby, the spent fuel is temporarily shielded by the water.
[0007]
Subsequently, the opening of the container body is closed by the primary lid (lid), and the opening of the container body is sealed. Then, water in the container body is drained from a drain port provided in the primary lid, and the drain port is sealed. Thereafter, a secondary lid (lid) is further placed on the primary lid and fixed to the container body. Thereby, the tightness of the space for storing the spent fuel is enhanced.
[0008]
In detail, the so-called vacuum drying, in which the inside of the container body is dried by evacuation with a vacuum pump, in addition to the removal of water by suctioning water accumulated in the container body with a drain pump, will be described in detail. It is being done. Then, after attaching the secondary lid, moisture is removed by vacuum drying between the primary lid and the secondary lid.
[0009]
In performing such vacuum drying, as shown in a cross-sectional view of FIG. 6 showing a cross-section near the opening of the container main body, between the lids such as the primary lid 3 and the secondary lid 4 and the container main body 2. In the metal seal member 5, the bolt holes 23 and 24 for fixing the lid, and its surroundings, a large amount of water adheres and remains in large amounts due to the work of storing spent fuel in water. It is.
If moisture remains in the gap between the sealing member 5, the bolt holes 23 and 24, and the lids 3 and 4 and the wall surface W1 of the opening around the bolts 23 and 24, the moisture that enters the metal cask 1 with the passage of time. It can evaporate inside and condense elsewhere inside it into water droplets.
[0010]
If the residual moisture that can be water droplets repeatedly condenses and evaporates over a long period of time, a small amount of impurities contained in the moisture may be concentrated and cause corrosion. In particular, since the peripheral portion where the seal member 5 is mounted has a complicated shape and is a narrow portion where rubbing occurs, there is a high possibility that moisture will remain.
[0011]
Therefore, in order to prevent the metal sealing member 5 and its surroundings from corroding, vacuum drying is performed for a long time until it is confirmed that the water content in the metal cask 1 has become equal to or less than the allowable residual water content. Need to continue.
As a further corrosion prevention measure, the clad plates 3a, 4a, 21, 22 made of stainless steel capable of preventing corrosion are attached to the wall surfaces of the lids 3, 4 and the wall surface W1 of the opening, and the bolt holes 23 are formed. , 24, the bolts 15 and 16 are screwed once the helicerts 17 and 18 made of stainless steel are inserted.
[0012]
By the way, when manufacturing the container main body 2, a manufacturing method for integrally forming the container body 2 by forging including the bottom portion has already been disclosed (for example, see Patent Document 1).
According to this manufacturing method, it is possible to obtain a thick bottomed container in which a bottom portion and a body portion are integrally formed by hot expanding a metal billet (also referred to as an ingot) forming a metal lump in a molding container. it can.
[0013]
[Patent Document 1]
International Publication No. WO-01 / 82308 according to JP-A-2000-124778 (FIG. 2)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In a radioactive substance storage container such as a metal cask as described above as an example, in order to prevent corrosion at the opening of the container body, for example, a stainless steel clad plate or a stainless steel helisert fitted for bolt fixing, etc. He explained that corrosion prevention measures were necessary using the method. This is because, as a metal material serving as a main material of the container body, carbon steel having a small content of chromium (Cr), nickel (Ni), or the like called SA350 (also referred to as LF5) is used. This is because steel does not have excellent corrosion resistance.
[0015]
Therefore, it is ideal from the viewpoint of corrosion prevention that the entire container body is manufactured using corrosion-resistant stainless steel or the like, but stainless steel or the like having a high alloy element content is more expensive than SA350. However, when used as the main material of the container body, it becomes a factor to greatly increase the product price.
In particular, for the container body used as a component of the metal cask, the size of the metal portion of the container body is only about the metal portion excluding the neutron shield provided on the outer peripheral portion. It is difficult to use expensive stainless steel for all the metal parts because it is a cylindrical shape having a height of about 5 m and an outer diameter of about 2 m or more, having a height of about 30 to 40 cm.
[0016]
Therefore, the container body must be manufactured using a low alloy steel such as SA350. However, as described above, even if a clad plate or a helisert is attached to the opening where the lid is attached by means of welding or other joining techniques as a corrosion prevention measure, the production cost may be increased. This is because it is often the case that a clad plate is attached over the entire inner peripheral surface of the opening and the entire outer peripheral surface of each lid, and a helicert is attached to ten or more bolt fixing holes and joined. This is because a large number of work steps are required in addition to the parts and materials.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method of manufacturing a radioactive substance storage container, a radioactive substance storage container, and a method of joining dissimilar materials to improve the corrosion resistance of a container body while suppressing manufacturing costs and product costs The purpose is to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 provides a radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container body having a closed lower end and an opening at an upper end, and a lid attached to the opening of the container main body. In a manufacturing method, a first metal lump serving as a main material of the container body and a second metal lump having corrosion resistance are joined by forging to form a joint metal lump, and the joined metal lump is attached to the container body. And hot-expanded by inserting it into the container mold.
[0019]
According to such a method for manufacturing a radioactive substance storage container, the oxide generated on the bonding surface between the first metal lump and the second metal lump is removed by forging, and the bonding is reliably performed by removing the oxide. A metal mass is formed. Then, the joined metal lump is inserted into a container mold for molding the container body, and hot-expanded using, for example, a punch or the like, whereby the container body constituting the radioactive substance storage container is obtained.
According to this, the container main body having a thickness for shielding radiation is mostly formed of the first metal as the main material, and the remainder is formed of the second metal having corrosion resistance. . The portion of the container main body where the second metal is disposed is substantially determined at the stage when the joint metal block is inserted into the container forming die. Therefore, if corrosion of the opening of the container body is to be avoided, in order to dispose the second metal in the opening, the portion of the second metal in the joined metal mass is positioned on the opening side of the container forming die. It is desirable to perform hot expansion. Further, when the container body is formed by hot expansion, the bottom of the container body may be integrally formed, or the bottom may be retrofitted after forming a cylindrical body having both ends opened through. Is also good.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container body having a closed lower end and an opening at an upper end, and a lid attached to the opening of the container main body. In a manufacturing method, a first metal as a main material of the container body is cast into a billet mold, and then a second metal having corrosion resistance is cast into the billet mold to form a first metal layer and a second metal layer. The method is characterized in that a joined metal lump having a metal layer is formed, and the joined metal lump is inserted into a container mold having the shape of the container body and hot-expanded.
[0021]
According to such a method for manufacturing a radioactive substance storage container, oxides that can be generated on a bonding surface that is a boundary between the first metal layer and the second metal layer are removed at the stage of casting the second metal. And a bonded metal block in which the second metal layer is bonded to the upper surface of the first metal layer is formed. Then, the joined metal lump is inserted into a container forming die for molding the container main body, and hot expanded using, for example, a punch or the like, thereby obtaining the container main body.
According to this, the container main body having a thickness is mostly formed of the first metal as the main material, and the remainder is formed of the second metal having corrosion resistance. The portion where the second metal is arranged in the container body is substantially determined at the stage when the joined metal block is inserted into the container forming die. For this reason, if corrosion of the opening of the container body is to be avoided, the second metal layer in the bonded metal mass is positioned on the opening side of the container forming die to dispose the second metal in the opening. It is desirable to extend the interval. Further, when the container body is formed by hot expansion, the bottom of the container body may be integrally formed, or the bottom may be retrofitted after forming a cylindrical body having both ends opened through. Is also good.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a radioactive substance storage container according to the second aspect, the first metal and the second metal are cast in a vacuum state, and the obtained joint metal mass is melted. Compression at a temperature near the recrystallization temperature, which is higher.
[0023]
According to such a manufacturing method, an oxide is less likely to be generated on the surface of the first metal, and when the second metal is cast, bonding is performed in a state where there is almost no oxide between the first metal and the second metal. Done. Furthermore, by applying pressure and compressing the obtained joint metal lump while heating it near the recrystallization temperature having a higher melting point, residual oxide is removed from the joint metal lump including the joint surface. Become. It is preferable to increase the applied stress by using an impact load for compressing the joined metal lump.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a radioactive substance storage container according to the second or third aspect, the second metal is cast into the billet mold in several steps.
[0025]
According to such a manufacturing method, when the second metal is cast into the first metal, the fact that the two metals have been mixed by reaching near the melting point is gradually reduced. The purity of the second metal to be cast is gradually increased.
[0026]
The invention according to claim 5 is a radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container main body having a closed lower end and an opening at an upper end, and a lid attached to the opening of the container main body. Wherein the container body is formed integrally with a first metal serving as a main material provided on the body portion and a second metal having corrosion resistance provided on the opening side. It is characterized by.
[0027]
According to such a configuration, the body portion of the container body, which is one component of the radioactive substance storage container, is formed of the first metal, and the corrosive opening is formed of the second metal having excellent corrosion resistance. In other words, a container body is formed in which these two metals are joined to each other in the axial direction of the container body.
[0028]
The invention according to claim 6 is a method for joining dissimilar materials by combining different metal materials, wherein both the first metal mass and the second metal mass are heated to a recrystallization temperature having a higher melting point. It is characterized by being joined by compressing so as to give a stress higher than the yield point of the higher melting point.
[0029]
According to such a dissimilar material joining method, the oxide at the joint surface between the first metal mass and the second metal mass is accurately removed, and the metal masses are securely joined to each other.
[0030]
The invention according to claim 7 is a method for joining dissimilar materials by combining different metal materials, wherein after casting a first metal into a billet mold, the billet mold is made to have a higher quality than the first metal. The first metal and the second metal are joined by casting a second metal having a low melting point at a temperature equal to or lower than the melting point of the first metal.
[0031]
According to such a joining method of dissimilar materials, the oxide on the joining surface is accurately removed at the stage of casting the second metal, and the metals are joined to each other.
[0032]
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for joining dissimilar materials according to the seventh aspect, the first metal and the second metal are cast in a vacuum state, and the obtained joint metal lump has a higher melting point. Characterized in that it is compressed near the recrystallization temperature.
[0033]
According to such a method of joining dissimilar materials, oxides are less likely to be generated on the surface of the first metal, and there is almost no oxide between the first metal and the second metal in the casting of the second metal. The joint is made. Furthermore, by applying pressure and compressing the obtained joint metal lump while heating it near the recrystallization temperature having a higher melting point, residual oxide is removed from the joint metal lump including the joint surface. Become. It is preferable to increase the applied stress by using an impact load for compressing the joined metal lump.
[0034]
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for joining dissimilar materials according to the seventh or eighth aspect, the second metal is cast into the billet forming die several times.
[0035]
According to such a dissimilar material joining method, when the second metal is cast into the first metal, the fact that the two metals are mixed by reaching near the melting point gradually decreases, and the second metal is cast. The purity of the second metal cast according to the number of times is gradually increased.
[0036]
According to a tenth aspect of the present invention, a joining metal lump formed by the method for joining dissimilar materials according to any one of the sixth to ninth aspects is inserted into a molding die having a predetermined shape and hot inserted. This is a method for manufacturing a joined body of dissimilar materials, which is characterized by being expanded.
[0037]
According to such a method of manufacturing a dissimilar material joined body, the dissimilar material joined body is formed by joining the first metal and the second metal and then forming the first metal and the second metal by hot expansion. It should be noted that the first metal and the second metal are not limited to one layer each, and a plurality of layers may be joined.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a metal cask according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. In addition, as a metal which comprises a container main body, low alloy steel (1st metal) with a small content of an alloying element and stainless steel SUS304 (2nd metal) shall be described as an example, and these different metals The joining method of will also be described below.
[0039]
FIG. 1 is an explanatory view showing a first joining method for joining different metal materials to form a joining billet Z forming a joining metal block of the present invention.
As shown in FIG. 1A, a first billet A (first metal lump) made of low alloy steel SA350 having a low content of alloying elements such as chromium (Cr) is formed at the stage of being formed by casting. It has an oxide on the surface. The second billet B (second metal block) made of stainless steel SUS304 containing 18 to 20% of chromium (Cr) and 8 to 10.5% of nickel (Ni) is also formed by casting. Has an oxide on its surface.
[0040]
First, both of these billets A and B are heated to near the recrystallization temperature having the higher melting point. That is, in this case, since the melting point of SA350 is higher than that of SUS304, both billets A and B are both heated to half the melting point near the recrystallization temperature of SA350. Note that SUS 304 under this temperature condition is in a temperature state lower than its own melting point, so that the form is maintained without melting.
[0041]
Then, these billets A and B are brought into close contact with each other at the joint surface, and a compressive load using an impact is applied so as to apply a stress equal to or higher than the yield point of these metallic materials. That is, both billets A and B are joined by forging. Since the compressive stress at this time is targeted to be at least about 30 MPa, a press machine of about 10,000 tons is used in terms of the area of the joint surface between the first billet A and the second billet B, and the energy value is reduced. It is necessary to drop the hammer for pressing by giving a speed which is about 10 times.
[0042]
As a result of the compressive stress due to the impact load acting on both billets A and B that have been brought to the high temperature state as described above, the oxide remaining on the joint surface is removed, whereby the first billet A made of SA350 is formed. And the second billet B made of SUS304 are closely adhered and joined at the joint surface. As a result, a joining billet Z having the first metal layer of SA350 (same as A) and the second metal layer of SUS304 (same as B) is formed.
[0043]
Next, a second joining method for forming a similar joining billet Z will be described with reference to FIG. 2A and 2B are explanatory views showing a second joining method of joining the first metal SA350 and the second metal SUS304 according to the present invention by casting, and FIG. (B) shows a case where SUS304 is cast in several times. Note that these steps are performed in a evacuated space.
[0044]
First, as shown in FIG. 2A, first, SA350 in a molten state, which is a first metal, is poured into a billet mold 40, and a certain amount is cast. Wait until the temperature is lower than. Thereby, the first billet A made of SA350 in a high temperature state is formed in the billet mold 40.
[0045]
After that, the SUS 304 in the molten state in the container 30 is poured over the first billet A. The amount of the SUS304 to be poured is substantially determined in advance in accordance with the required height of the SUS304 required at the opening of the container body, which will be described later.
[0046]
As a result, oxides that may be generated at the interface between the first metal layer A of the SA 350 and the second metal layer B of the SUS 304 are removed from the bonding surface that is the interface while floating during the casting of the SUS 304. Thus, a joint billet Z in which the second billet B of SUS304 is joined to the upper surface of the first billet A of SA350 is formed.
[0047]
Further, the obtained joint billet Z is taken out of the billet mold 40, and the joint billet Z is heated or maintained at a temperature of about half the melting point near the recrystallization temperature of SA350. A compressive load using an impact load is applied as shown. This operation is the same as that described with reference to FIG. 1B, and a detailed description thereof will be omitted.
As a result, the oxides generated in the casting of each metal are removed to the outside, and the bonding between SA350 and SUS304 and the toughness of the bonded billet Z are improved.
[0048]
Next, a case where the casting method of SUS304 is changed will be described with reference to FIG.
First, in the same manner as described with reference to FIG. 2A, SA350 is poured into the billet mold 40 to form a first billet A of SA350. Then, when the temperature of the first billet A becomes lower than the melting point of SUS304, SUS304 in a molten state is poured by 1/4 of the total casting amount, and the symbol B ₁ A thin metal layer as shown in FIG.
[0049]
Then, the temperature of the SUS304 poured into the first time drops below the melting point and the symbol B ₁ At the stage when the metal layer was recrystallized, SUS304 in the molten state was further poured into the billet mold 40 by １／ of the total casting amount, and the reference symbol B ₂ And a thin metal layer as shown in FIG.
This is repeated until the second metal layer in the SUS 304 reaches the required height at the target opening of the container body. It should be noted that casting SUS304 by 鋳 of the total casting amount is not particularly limited.
[0050]
Thereby, a joint billet Z is formed, in which the first metal layer of SA350 is formed as one first billet A and the second metal layer of SUS304 is joined in a state of being formed by combining several layers in chronological order. Will be. As a result, each metal layer of SUS304 in the joint billet Z is prevented from contacting with the first billet A made of SA350 every time the casting step is performed, and is not mixed with SA350, so that the purity of its own is reduced. Will be enhanced.
[0051]
Further, the obtained joint billet Z is heated or maintained at a temperature half the melting point near the recrystallization temperature of SA350, and a compressive load using an impact load is applied as shown in FIG. Add. This operation is the same as that described above with reference to FIG. 1B and the description thereof is omitted.
As a result, the oxides generated in the casting of each metal are removed to the outside, and the bonding between SA350 and SUS304 and the toughness of the bonded billet Z are improved.
[0052]
Now, a method of forming the container body 2 which is a component of the metal cask using the joining billet Z obtained from each of the joining methods described above will be described with reference to FIG. (A) to (d) in the figure show the molding process in time series.
[0053]
The joining billet Z, which is a joining material for SA350 and SUS304, is checked for temperature before being inserted into a container mold 50 described later, and is heated to reach 1250 ° C. This temperature is a temperature near the recrystallization temperature of SA350, which is a metal having a higher melting point among the two metals, and is set as the most suitable temperature for forging the material type and the thick container body 2. The determined temperature.
[0054]
Then, as shown in FIG. 3A, the joining billet Z heated so that the second metal block B is positioned on the opening side of the container forming die 50 is inserted into the container forming die 50, and the inserted bonding billet is inserted. A punch 60 is applied to the center of the upper surface of Z to apply a compressive load in the forging direction (downward in the drawing).
Note that the container forming die 50 has an inner wall surface that matches the external shape of the container body of the metal cask. The outer peripheral shape of the lower end of the punch 60 is formed according to the internal shape of the container body to be forged.
[0055]
As shown in the figure, the joining billet Z has a lower portion below the volume of the container forming die 50, and the outer peripheral surface of the joining billet Z is not in contact with the inner wall surface of the container forming die 50 before forging. This is because the thick container body 2 can be easily formed by forging. This is because the container body to be forged is large, and a large load is required for the punch 60 in order to obtain a thick wall under this condition.
[0056]
Therefore, in consideration of the above, by forming the lower portion of the joining billet Z small in advance, the portion that has received the compressive load during forging is relatively easy from the axial center of the container forming die 50 to the outside. Therefore, forging using the punch 60 can be facilitated. The shape of the joining billet Z is not limited to this, as long as the load given to the joining billet Z is not considered.
[0057]
Then, as shown in FIGS. 3B and 3C, the punch 60 is pushed toward the bottom of the container forming die 50 while applying a load to the punch 60, and the target container body is gradually shaped. To go. At this time, the side portion of the second metal layer B of the SUS 304 which is located above the joining billet Z and which is hardly subjected to the compressive load of the punch 60 remains at the position where the SUS 304 is almost equal, and the compressive load of the punch 60 is directly reduced. The central portion to be received is extended downward as the punch 60 descends.
As a result, as shown in FIG. 3D, the vicinity of the opening of the container body 2 ′ having a substantially regular shape is formed from the second metal layer B of SUS304. Also on the wall surface, a thin layer of SUS304 is formed along the axial direction instead of SA350.
[0058]
In this way, the inner wall surface and the outer wall surface of the container body 2 integrally formed with the bottom by forging using the joining billet Z are finished by machining, and as shown in FIG. By attaching the primary lid 3 and the like, the metal cask 1 functions as the metal cask 1. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the opening of the metal cask 1.
[0059]
As shown in the drawing, at the stage when the molding of the container body 2 is completed, the vicinity of the opening, which is the upper end of the container body 2, has a structure in which the second metal layer 2B of SUS304 is arranged, and the container continues from the opening. A structure in which the same second metal layer 2B of SUS304 is arranged on the surface of the inner wall surface W1 of the main body 2 is obtained. The first metal layer 2A of SA350 is disposed on the portion below the body from the opening of the container body 2 except for the inner wall surface W1 of the container body 2, that is, the portion below and outside the boundary surface V with SUS304. Structure.
[0060]
According to the above-described structure, the bolt holes 23 formed in the opening of the container main body 2 are processed in the SUS 304, and the bolts having corrosion resistance in attaching the primary lid 3 and the like are formed. According to the use of 15 or the like, even if moisture remains, corrosion due to the remaining moisture can be prevented.
Further, even if moisture remains in the gap between the inner wall surface W1 of the opening where the lids such as the primary lid 3 are fitted, the surface is made of SUS304 having corrosion resistance even if moisture remains. Corrosion around the opening can be prevented. In this case, it is desirable that the primary lid 3 and the like be formed of stainless steel.
Furthermore, since the entire inner wall surface W1 including the bottom of the container body 2 is protected by the SUS 304, corrosion in the container body 2 can be more reliably prevented.
[0061]
Furthermore, since it is not necessary to attach a clad plate, a heli-sert, or the like provided as a conventional corrosion prevention measure, the manufacturing cost can be significantly reduced.
In addition, there is a concern that the use of SUS304, which is more expensive than SA350, which has corrosion resistance, will increase the product cost. However, the above-described corrosion prevention measures are not required, and the second metal layer B of SUS304 is mainly used for the container body. The container main body 2, that is, the metal is made of metal, because of its advantages such as being limited to the opening portion of the container main body 2 and having about 80% of the volume of the container main body 2 made of inexpensive SA350. The product cost of the cask 1 can be kept low. And it becomes possible to implement | achieve the highly reliable metal cask 1 which can prevent corrosion and maintain high sealing performance.
[0062]
In this embodiment, the case where the SUS 304 having corrosion resistance is arranged over the entire inner wall surface of the container body 2 has been described, but the second metal such as SUS 304 is only provided at the opening of the container body 2 during the manufacturing process. It may be arranged. Even in this case, corrosion around the opening can be reliably avoided.
[0063]
Further, in the present embodiment, the container main body 2 constituting the metal cask 1 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the same applies to a metal container or tube. A similar effect can be obtained by manufacturing.
For example, a canister housed in a concrete cask or the like is one of the radioactive substance storage containers according to the present invention. The canister can also be obtained by the manufacturing method using the joint billet described above.
[0064]
The canister has a cylindrical container main body with one end closed, and a lattice-like basket is provided in the container main body, thereby enclosing a plurality of spent fuel assemblies supported by the basket. It is possible.
And the said container main body has a sealing structure by joining a lid body to an opening part by welding so that the enclosed radioactive substance may not leak outside.
[0065]
The container body of such a canister can also be formed from a joining billet in which different kinds of metals are joined by using the manufacturing method of the present embodiment, and while reducing the manufacturing cost and the product cost associated therewith. Thus, it is possible to realize a highly reliable canister that prevents corrosion and maintains high sealing performance.
[0066]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of manufacturing a pipe 80 (joined body of dissimilar materials) from the joining billet obtained through the similar manufacturing process described in the previous embodiment. The joining billet Z 'used in the present embodiment is different from the joining billet Z in the above-described embodiment in that a first metal layer A of carbon steel is arranged at the center thereof and the first metal layer A is sandwiched therebetween. Thus, the second metal layer B of stainless steel is formed on both sides of the first metal layer A. The method of manufacturing the joining billet Z 'is substantially the same as the above-described manufacturing method, and a description thereof will be omitted.
[0067]
As shown in FIG. 5A, the joining billet Z ′ including the three metal layers is obtained by being heated to a high temperature and compressed to remove the oxide on the joining surface and joining. be able to. After heating the obtained joint billet Z ′ to around the recrystallization temperature, it is inserted into a molding die 70 conforming to the target shape of the pipe 80, and the central part thereof is pushed in by the punch 60 to join the billet Z ′. Forming by forging to penetrate the bottom of '.
[0068]
Thereby, one pipe 80 having the second metal layer B made of stainless steel at both ends and the first metal layer A made of carbon steel at the center as shown in FIG. 5B is obtained. Become.
And, by using welding when connecting the pipes 80 to each other, it is possible to reduce heat treatment after welding. That is, since stainless steel has a small deformation at the time of welding, it does not require much heat treatment for removing welding distortion.
[0069]
Therefore, the pipes can be efficiently connected to each other, so that work efficiency can be improved and workability at a work site can be improved. By using carbon steel as the main material of the pipe 80, an increase in product cost can be suppressed.
[0070]
In the present embodiment, stainless steel is disposed at both ends of the pipe 80, and carbon steel is disposed at the center thereof. However, it is preferable to use a metal material having good weldability as appropriate.
[0071]
In each of the embodiments described above, the case where the shape of the joining billet Z, Z ′ is a solid substantially cylindrical shape has been described, but it may be appropriately changed according to the shape to be formed by forging.
For example, the central part of the second metal layer B made of SUS304 of the joint billet Z obtained in FIG. 1B may be cut out in accordance with the punch 60 to facilitate forging and to effectively use the material. . By changing the shape of the second metal layer B or the second billet B before joining in this way, the region where the second metal moves in forging changes, and it is easy to appropriately change the structure. Becomes possible.
[0072]
【The invention's effect】
The method for manufacturing a radioactive substance storage container, the radioactive substance storage container, and the method for joining dissimilar materials according to the present invention described above has the following effects.
According to the first and second aspects of the present invention, the radioactive substance storage container made of two different metal materials that are securely joined by removing the oxide at the time of joining the first metal and the second metal. You can get the body. Thus, by using the first metal as the main material of the container body, the cost of the radioactive substance storage container can be kept low and the corrosion at the opening of the container body can be easily avoided by the second metal. Accordingly, it is not necessary to take measures to prevent corrosion in the opening, and the manufacturing cost of the radioactive substance storage container can be reduced.
[0073]
According to the third aspect of the invention, casting is performed in a vacuum state, and the obtained joint metal lump is compressed, whereby the oxide is more reliably removed, and the joint strength is improved. It is possible to maintain high strength of the container body by joining different materials.
[0074]
According to the invention as set forth in claim 4, by casting the second metal into the billet mold having the first metal in several steps, it is possible to gradually increase the purity of the cast second metal, Corrosion resistance of the portion of the container body where the second metal is disposed can be further increased.
[0075]
According to the fifth aspect of the present invention, since the second metal having corrosion resistance is disposed in the opening, corrosion prevention measures in the opening are not required, and the cost associated with manufacturing the radioactive substance storage container is significantly reduced. Can be.
[0076]
According to the invention described in claim 6 and claim 7, the first metal lump and the second metal lump made of different metal materials can be securely joined to each other, and a general-purpose metal having characteristics of each metal in each portion. It is possible to provide a bonding material having high properties. In addition, since a metal having required characteristics can be partially provided, a joining material can be provided at low cost.
[0077]
According to the invention as set forth in claim 8, casting is performed in a vacuum state, and the obtained joint metal lump is compressed, whereby the oxide is more reliably removed, and the joint strength is improved. It is possible to maintain high strength of the container body by joining different materials.
[0078]
According to the invention as set forth in claim 9, by casting the second metal into the billet mold having the first metal in several steps, the purity of the cast second metal can be gradually increased, The characteristics of the portion where the second metal is disposed can be further improved.
[0079]
According to the tenth aspect, a dissimilar material joined body having characteristics according to each metal can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a first joining method for joining different kinds of metal materials to form a joined metal lump according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing a second joining method for joining different kinds of metal materials according to the present invention to form a joined metal lump, wherein FIG. (B) shows the case where the second metal is cast several times.
FIG. 3 is an explanatory view illustrating a forming process of a container body using the joined metal lump according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of an opening of a metal cask constituting a radioactive substance storage container according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of manufacturing a pipe from a joined metal lump according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing the vicinity of an opening of a metal cask constituting a conventional radioactive substance storage container.
[Explanation of symbols]
1 Metal cask (Radioactive material storage container)
2 Container body
3 Primary lid (lid)
4 Secondary lid (lid)
5 Metal seal members
2A Layer of SA350 in Container Body (First Metal Layer)
2B SUS304 layer (second metal layer) in container body
50 Container mold
60 punches
80 piping (joint of different materials)
A First billet (first metal lump), first metal layer
B Second billet (second metal lump), second metal layer
Z joint billet (joint metal lump)
V boundary

Claims

A method of manufacturing a radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container body having an opening at an upper end and a lower end closed, and a lid attached to the opening of the container body.
Forming a bonded metal lump by forging a first metal lump serving as a main material of the container body and a second metal lump having corrosion resistance,
A method for manufacturing a radioactive substance storage container, comprising inserting the joined metal mass into a container forming die of the container main body and hot-expanding the same.

A method of manufacturing a radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container body having an opening at an upper end and a lower end closed, and a lid attached to the opening of the container body.
After the first metal which is the main material of the container body is cast into a billet mold, a second metal having corrosion resistance is cast into the billet mold to join the first metal layer and the second metal layer. Forming a metal mass,
A method for manufacturing a radioactive substance storage container, comprising inserting the joined metal mass into a container forming die having the shape of the container body and hot-expanding.

The method for producing a radioactive substance storage container according to claim 2,
A method for manufacturing a radioactive substance storage container, comprising: casting the first metal and the second metal in a vacuum state, and compressing the obtained joint metal lump near a recrystallization temperature having a higher melting point. .

The method for producing a radioactive substance storage container according to claim 2 or 3,
The method of manufacturing a radioactive substance storage container, wherein the second metal is cast into the billet mold in several steps.

A radioactive substance storage container including a substantially cylindrical container main body having a closed lower end and an opening at an upper end, and a lid attached to the opening of the container main body,
The container main body is formed integrally with a first metal serving as a main material provided on the body portion and a second metal having corrosion resistance provided on the opening side. Radioactive material storage container.

A method for joining dissimilar materials in which different metal materials are combined and joined,
The method is characterized in that both the first metal mass and the second metal mass are combined by heating to a recrystallization temperature having a higher melting point, and are compressed so as to give a stress equal to or higher than a yield point of the higher melting point. To join different materials.

A method for joining dissimilar materials in which different metal materials are combined and joined,
After casting the first metal into the billet mold, the second metal having a lower melting point than the first metal is cast into the billet mold at a temperature equal to or lower than the melting point of the first metal. And a method for joining dissimilar materials.

The method for joining dissimilar materials according to claim 7,
A method of joining dissimilar materials, wherein the casting of the first metal and the second metal is performed in a vacuum state, and the obtained joint metal mass is compressed near a recrystallization temperature having a higher melting point.

The method for joining dissimilar materials according to claim 7 or 8,
A method of joining dissimilar materials, wherein the second metal is cast into the billet mold in several steps.

A dissimilar material, wherein the dissimilar material is formed by inserting a joined metal block formed by the dissimilar material joining method according to any one of claims 6 to 9 into a mold having a predetermined shape and hot-expanding. A method for manufacturing a joined body.