JP2006265725A - 耐食性が改善されたジルコニウム合金および耐食性が改善されたジルコニウム合金の製造方法 - Google Patents
耐食性が改善されたジルコニウム合金および耐食性が改善されたジルコニウム合金の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】0.2〜1.5重量%のニオブと、0.01〜0.45重量%の鉄と、0.02〜0.45重量%のスズ、0.05〜0.5重量%のクロム、0.02〜0.3重量%の銅、0.1〜0.3重量%のバナジウムおよび0.01〜0.1重量%のニッケルからなる群から選択される少なくとも2つの追加の合金元素と、残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと含むジルコニウム基合金。
【選択図】図1A
Description
本出願は、2004年3月23日付けで出願された米国仮特許出願第60/555,600号、ならびに2004年4月22日付けでそれぞれ出願された米国仮特許出願第60/564,416号、同第60/564,417号および同第60/564,469号からの優先権を主張し、これらの全ての開示は参照によって本明細書中に援用される。
典型的な核燃料アセンブリには、多数の燃料棒が含有される。各燃料棒において、エンドキャップが被覆材に溶接されるようにエンドキャップにより密封された被覆管内に核燃料ペレットが配置される。しかしながら、エンドキャップ−被覆材の接合部は、溶接していない被覆材自体よりもさらに大きな程度、通常は2倍の腐食を受けやすい。
Claims (56)
- 原子炉の高温環境で使用するためのジルコニウム基合金であって、
0.2重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.01重量%〜0.45重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.45重量%のスズ、0.05重量%〜0.5重量%のクロム、0.02重量%〜0.3重量%の銅、0.1重量%〜0.3重量%のバナジウムおよび0.01重量%〜0.1重量%のニッケルからなる群から選択される少なくとも2つの追加の合金元素と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
を含むジルコニウム基合金。 - 前記合金が、改善された耐食性を有する請求項1に記載のジルコニウム基合金。
- 耐食性を特徴とする溶接材料として配合される請求項1に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、
0.6重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.05重量%〜0.4重量%のスズと、
0.01重量%〜0.1重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.3重量%の銅と、
0.1重量%〜0.3重量%のバナジウムと、
0.0重量%〜0.5重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項1に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、およそ
0.97重量%のニオブと、
0.3重量%のスズと、
0.05重量%の鉄と、
0.12重量%の銅と、
0.18重量%のバナジウムと、
0.2重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項4に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が核燃料の被覆管に加工され、前記合金が、800°F水蒸気中で使用される場合には1.0(mg/dm2−d)未満の高温における遷移後腐食速度を有し、932°F水蒸気中で使用される場合には10(mg/dm2−d)未満の高温における遷移後腐食速度を有する請求項4に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、
0.6重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.01重量%〜0.1重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.3重量%の銅と、
0.15重量%〜0.35重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項1に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
1.0重量%のニオブと、
0.05重量%の鉄と、
0.08重量%の銅と、
0.25重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項7に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
0.2重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.05重量%〜0.4重量%のスズと、
0.25重量%〜0.45重量%の鉄と、
0.15重量%〜0.35重量%のクロムと、
0.01重量%〜0.1重量%のニッケルと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項1に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
0.7重量%のニオブと、
0.3重量%のスズと、
0.35重量%の鉄と、
0.25重量%のクロムと、
0.05重量%のニッケルと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項9に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.02重量%〜0.45重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
0.05重量%〜0.5重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項1に記載のジルコニウム基合金。 - 原子炉の高温環境で使用するためのジルコニウム基合金であって、
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.4重量%〜0.8重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
を含むジルコニウム基合金。 - ニオブおよびスズの総量が1重量%を超える請求項12に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、およそ
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.6重量%〜0.7重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項12に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、およそ
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.61重量%〜0.69重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項14に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、およそ
1.0重量%のニオブと、
0.65重量%のスズと、
0.1重量%の鉄と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項15に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、0.05重量%〜0.5重量%のクロムを更に含む請求項12に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、およそ
1.0重量%のニオブと、
0.65重量%のスズと、
0.1重量%の鉄と、
0.2重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項17に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、改善された耐食性を特徴とする請求項12に記載のジルコニウム基合金。
- 改善された耐食性を特徴とする溶接材料として配合される請求項17に記載のジルコニウム基合金。
- 原子炉の高温環境で使用するためのジルコニウム基合金であって、
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.02重量%〜0.8重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
0.05重量%〜0.5重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
を含むジルコニウム基合金。 - ジルコニウム合金を形成する方法であって、
材料を鍛造する工程と、
前記材料をβ焼入れする工程と、
前記材料の押出しまたは前記材料の熱間圧延のうちの少なくとも1つにより前記材料を形成する工程と、
1つまたは多数の抽伸工程により前記材料を冷間加工する工程であって、1つまたは多数の抽伸工程が、前記材料を冷間抽伸することと、960°F〜1105°Fの中間焼なまし温度において前記材料を焼なましすることとを含む、冷間加工する工程と、
前記材料を仕上げる工程と
を含むジルコニウム合金の形成方法。 - 前記1つまたは多数の抽伸工程のそれぞれが、前記材料の面積を少なくとも40%抽伸させる請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記β焼入れ工程が、約1273K〜1373Kの温度で行なわれる請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記形成工程が、前記材料の押出しである請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記形成工程が、前記材料の熱間圧延である請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記1つまたは多数の抽伸工程における前記冷間抽伸が、前記材料のピルガー圧延により行なわれる請求項25に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記1つまたは多数の抽伸工程における前記冷間抽伸が、前記材料の圧延により行なわれる請求項26に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記材料の仕上げが、前記材料を最終サイズに冷間ピルガー圧延する工程を含む請求項25に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記材料の仕上げが、前記材料を最終サイズに冷間圧延する工程を含む請求項26に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 第1の中間焼なまし温度が約1030°F〜1105°Fの範囲内であり、かつ少なくとも1つの追加の中間焼なましが約960°F〜1070°Fの温度範囲内である請求項25に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記管が、前記少なくとも1つの追加の中間焼なましの前に70%〜80%抽伸される請求項31に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- それぞれの中間焼なまし温度が、約1030°F〜1070°Fの範囲内である請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 前記材料の仕上げが、核燃料アセンブリで使用するための被覆材に前記材料を形成することを含む請求項22に記載のジルコニウム合金の形成方法。
- 0.2重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.01重量%〜0.45重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.8重量%のスズ、0.05重量%〜0.5重量%のクロム、0.02重量%〜0.3重量%の銅、0.1重量%〜0.3重量%のバナジウムおよび0.01重量%〜0.1重量%のニッケルからなる群から選択される少なくとも1つの追加の合金化元素と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
を含むジルコニウム基合金であって、
少なくとも1つの他の元素と共に、前記ジルコニウム基合金を材料に鍛造する工程と、
前記材料をβ焼入れする工程と、
前記材料の押出しまたは前記材料の熱間圧延のうちの少なくとも1つにより前記材料を形成する工程と、
1つまたは多数の抽伸工程により前記材料を冷間加工する工程であって、前記1つまたは多数の抽伸工程が、前記材料を冷間抽伸することと、960°F〜1105°Fの中間焼なまし温度において前記材料を焼なましすることとを含む、冷間加工する工程と、
前記材料を仕上げる工程と
を含む方法から製造されるジルコニウム基合金。 - 選択された前記少なくとも1つの追加の合金化元素がスズであり、ニオブおよびスズの総量が1重量%を超える請求項35に記載の合金。
- 前記合金が、
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.4重量%〜0.8重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項35に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、水系原子炉の水系環境に配置される請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、
0.4重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.02重量%〜0.8重量%のスズと、
0.05重量%〜0.3重量%の鉄と、
0.05重量%〜0.5重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項35に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
0.6重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.05重量%〜0.4重量%のスズと、
0.01重量%〜0.1重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.3重量%の銅と、
0.1重量%〜0.3重量%のバナジウムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項35に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が核燃料の被覆管に加工され、前記合金が、800°F水蒸気中で使用される場合には1.0(mg/dm2−d)未満の高温における遷移後速度を有し、932°F水蒸気中で使用される場合には10.0(mg/dm2−d)未満の高温における遷移後速度を有する請求項38に記載のジルコニウム基合金。
- 前記合金が、
0.6重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.01重量%〜0.1重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.3重量%の銅と、
0.15重量%〜0.35重量%のクロムと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項35に記載のジルコニウム基合金。 - 前記合金が、
0.2重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.05重量%〜0.4重量%のスズと、
0.25重量%〜0.45重量%の鉄と、
0.15重量%〜0.35重量%のクロムと、
0.01重量%〜0.1重量%のニッケルと、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
の組成を有する請求項35に記載のジルコニウム基合金。 - 前記1つまたは多数の抽伸工程のそれぞれが、前記材料の面積を少なくとも40%抽伸させる請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記β焼入れ工程が、約1273K〜1373Kの温度で行なわれる請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記形成工程が、前記材料の押出しである請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記形成工程が、前記材料の熱間圧延である請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記1つまたは多数の抽伸工程における前記冷間抽伸が、前記材料のピルガー圧延により行なわれる請求項46に記載のジルコニウム基合金。
- 前記1つまたは多数の抽伸工程における前記冷間抽伸が、前記材料の圧延により行なわれる請求項47に記載のジルコニウム基合金。
- 前記材料の仕上げが、前記材料を最終サイズに冷間ピルガー圧延する工程を含む請求項46に記載のジルコニウム基合金。
- 前記材料の仕上げが、前記材料を最終サイズに冷間圧延する工程を含む請求項47に記載のジルコニウム基合金。
- 第1の中間焼なまし温度が約1030°F〜1105°Fの範囲内であり、かつ少なくとも1つの追加の中間焼なましが、約960°F〜1070°Fの温度範囲内である請求項46に記載のジルコニウム基合金。
- 前記管が、前記少なくとも1つの追加の中間焼なましの前に70%〜80%抽伸される請求項52に記載のジルコニウム基合金。
- それぞれの中間焼なまし温度が、約1030°F〜1070°Fの範囲内である請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 前記材料の仕上げが、核燃料アセンブリで使用するための被覆材に前記材料を形成することを含む請求項35に記載のジルコニウム基合金。
- 原子炉用燃料棒であって、前記燃料棒が被覆材内に封入される核ペレットを含み、
前記被覆材が、
0.2重量%〜1.5重量%のニオブと、
0.01重量%〜0.45重量%の鉄と、
0.02重量%〜0.8重量%のスズ、0.05重量%〜0.5重量%のクロム、0.02重量%〜0.3重量%の銅、0.1重量%〜0.3重量%のバナジウムおよび0.01重量%〜0.1重量%のニッケルからなる群から選択される少なくとも1つの追加の合金元素と、
残りの少なくとも97重量%の、不純物を含有するジルコニウムと
を有するジルコニウム基合金を含み、
前記被覆材が、
少なくとも1つの他の元素と共に、前記ジルコニウム基合金を材料に鍛造する工程と、
前記材料をβ焼入れする工程と、
前記材料の押出しまたは前記材料の熱間圧延のうちの少なくとも1つにより前記材料を形成する工程と、
1つまたは多数の抽伸工程により前記材料を冷間抽伸する工程であって、前記1つまたは多数の抽伸工程が、前記材料を冷間抽伸することと、960°F〜1105°Fの中間焼なまし温度において前記材料を焼なましすることとを含む、冷間抽伸する工程と、
前記材料を前記被覆材に仕上げる工程と
を含む方法から製造される原子炉用燃料棒。
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