JP2588156B2 - ジルコニウム合金製被覆管とその製法 - Google Patents

ジルコニウム合金製被覆管とその製法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に原子炉燃料棒のためのジルコニウム合
金製被覆管とその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
かかる被覆管には特にいわゆる“応力腐食”に関して
厳しい条件が課せられている。この応力腐食において問
題となるのは、原子炉における被覆管の内側の腐食のメ
カニズムであり、これには充填された核燃料物質の膨潤
による被覆管の伸びおよび核燃料物質から遊離するヨー
ドのような核分裂生成物が関与している。応力腐食は特
に沸騰水形原子炉に使用される原子炉燃料棒において問
題となる。そこでは原子炉の急激な出力変動が応力腐食
のために原子炉燃料棒の被覆管壁を破損して貫通させて
しまう。
ドイツ連邦共和国特許出願公告第2550029号公報によ
り、応力腐食を防止するため、原子炉燃料棒のジルコニ
ウム合金製の被覆管に、純ジルコニウム製の内側ライニ
ングを設けることが知られている。この内側ライニング
は被覆管母材管とこの母材管の孔に挿入されてそれに溶
接された純ジルコニウム製の管との同心的な押出し成形
によって得られる。純ジルコニウムは非常に高価な材料
である。更に同心的な押出し成形を行う際に純ジルコニ
ウムとジルコニウム合金との完全な冶金学的な結合を行
わせる場合、純ジルコニウム製の管を被覆管母材管の中
に正確にはめ込まねばならない。即ち純ジルコニウムが
内張りされているジルコニウム合金製の被覆管は、労力
を要する高価な方法でしか得られない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、応力腐食に強いジルコニウム合金製
の被覆管を簡単で安価に製造することにある。
原子炉燃料棒がかかる被覆管を有する有利である。
〔問題点の解決手段〕
本発明によればこの目的は、冒頭に述べた形式の被覆
管において、ジルコニウム合金の粒子直径の幾何学的な
平均値が3μm以下であることによって達成できる。
原子炉における原子炉燃料棒の被覆管が核燃料物質の
膨潤によって伸びる場合に細かな粒子のために、被覆管
のジルコニウム合金に特に広い表面範囲に多数のミクロ
クラツクが生じ、この表面において核燃料物質から遊離
した化学的に活性の核分裂生成物が吸収され、不活性の
化学的な化合物に転換されることが確認された。応力腐
食が生じ即ち被覆管を完全に貫通してしまうような深い
個々のクラツクの発生は、本発明に基づく被覆管のジル
コニウム合金の細かい粒子によって防止される。
本発明の一実施態様によれば、粒子直径の幾何学的な
平均値が2.5〜2μmの範囲にあると有利である。
本発明によるジルコニウム合金製被覆管の製造は、母
材管が再結晶焼鈍し無しにかつクラック無しに、管壁の
横断面積が90%以上変化するようにして、完成被覆管に
ピルガー圧延されるようにして行われる。このような高
い変形度を示す冷間変形は母材管の自由な伸びによる自
然の変形にほぼ相応し、ジルコニウム合金の所望の細い
粒子を生じる。
管壁の横断面積の変化が90〜98%の範囲にあるように
母材管がピルガー圧延されると有利である。
母材管がピルガー圧延工程で圧延され、2つのピルガ
ー圧延工程の間で応力除去焼鈍しが行われると有利であ
る。その焼鈍しは、ジルコニウム合金における内部の機
械的な応力を除去するが、ジルコニウム合金の粒子の拡
大を生じてしまう再結晶焼鈍し温度に達しないような焼
鈍し温度において行われる。焼鈍し温度が400〜500℃で
あり、焼鈍し時間が1〜5時間であると有利である。
ジルコニウム合金の粒子直径はASTM(アメリカ材料試
験協会)E−112−61で決められている。幾何学的な平
均値は(d1・d2……・di……・dn)1/nとして決められ
ている。なおdiはi番目の粒子の直径である。ピルガー
圧延機は米国特許第4233834号明細書に記載されてい
る。
〔実施例〕
以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
母材管は、錫1.2〜1.7重量%、鉄0.07〜0.2重量%、
クロム0.05〜0.15重量%、ニッケル0.03〜0.08重量%、
酸素0.07〜0.15重量%および残りジルコニウムを含んで
いるジルカロイ2と呼ばれるジルコニウム合金で作られ
ている。この母材管は63.5mmの外径と11mmの肉厚を有し
ている。このジルコニウム合金の粒子直径の幾何学的な
平均値は20μmである。母材管はピルガー圧延機におい
て第1の圧延工程でクラツクなしに外径が30mmで肉厚が
5.5mmの半製品に圧延加工される。この半製品は2.5時間
の間にわたって480℃で応力除去焼鈍しが行われる。そ
の後この半製品は第2のピルガー圧延工程でクラツクな
しに外径が18.8mmで肉厚が2.5mmの半製品に圧延加工さ
れる。この半製品も2.5時間の間にわたって480℃で応力
除去焼鈍しが行われる。この半製品は冷却後にピルガー
圧延機において第3の圧延工程で外径が12.5mmで肉厚が
0.85mmの完成被覆管にクラツクなしに圧延加工される。
この被覆管のジルコニウム合金における粒子直径の幾何
学的な平均値は2〜3μmである。
第1図においてピルガー圧延機で行われる圧延行程に
ついて説明する。第1図はピルガー圧延行程の始めの状
態を示している。図示していないロール架台に上下に配
置された2つのピルガー圧延ロール2,3はそれぞれシリ
ンダ状の鋼板から成っている。両方のロール2,3は同じ
幾何学的な寸法をしており、それぞれ第1図の紙面に対
して直角の軸4,5に取り付けられている。両ロール2,3は
その外周面に同じ形に形成された溝型6,7を有し、これ
らは入口カリバー(孔型)8、仕上げカリバー9および
両カリバー8,9の間において入口カリバー8から仕上げ
カリバー9に向かって狭まっている加工カリバー10を有
している。両ロール2,3の外周面は、回転軸4,5を中心と
して回転する間において両ロール2,3の作用線に同じカ
リバーを持った溝型6,7の個所が常に位置するように互
いに接触している。
ジルコニウム合金製の管は軸4,5で決定される平面に
対して直角に配置されている。第1図においてロール2,
3の左側に母材管11が、右側に圧延済の管12がある。母
材管11はいわゆるピルガー圧延コーン13を介して圧延済
の管12に移行している。管の内部にマンドレル14があ
り、その一端の外径は母材管11に対応し、他端の外径は
圧延済の管12に対応し、両端の間はピルガー圧延コーン
13の長さにわたって円錐状に細まっているピルガー圧延
コーン13の設定内径に対応している。
ピルガー圧延行程の始めに母材管11は両ロール2,3の
溝型6,7の入口カリバー8の中に、それが軸4,5によって
決定され両ロール2,3の外周面の作用線も位置している
平面を圧延済の管12の側に約3mmだけ突き出すように位
置している。更にこのピルガー圧延の始めに両溝型6,7
における入口カリバー8の端部は両ロール2,3の外周面
の作用線に位置している。
これらの圧延ロール2,3は図示しないロール架台にお
いて互いに押圧され、第1図に示した圧延行程を実施す
るために係合している外周面は、母材管11、ピルガー圧
延コーン13および圧延済の管12の互いに一致している長
手軸心が常に軸4,5によって形成される面に対して直角
になっているようにして左右に移動される。ロール2,3
の第1図における右向きの運動は、ロール2,3の間の仕
上がり管12が溝型6,7の仕上げカリバー9に位置した場
合に終了する。マンドレル14は少なくともこの行程の長
さを有している。
このピルガー圧延行程の終わりに両ロール2,3はロー
ル架台において互いに離反され、第1図において左側に
その出発位置に戻される。その間に母材管11はその長手
軸心の方向に第1図において右側に約3mm送られ、その
長手軸心を中心として約45゜回転される。そこでロール
2,3はロール架台において、外周面の作用線に両溝型6,7
の入口カリバー8の加工カリバー10に向いた端部が位置
するように、それらの外周面が係合させられている。こ
こで上述したようなピルガー圧延が再度行われる。
第2図は両端が気密に閉鎖されヘリウムおよびヨード
が充填されている被覆管の半径方向の伸び(%)と被覆
管内側面積当たりのヨード濃度(g/cm2)との関係を示
している。すべての被覆管は同じ長さを有し、12.5mmの
外径と0.85mmの肉厚を有している。またすべての被覆管
はジルカロイ2で作られている。密閉された被覆管は加
熱され、その終点されたヘリウムのために膨張する。図
面における○マークの測定点は、ジルコニウム合金の幾
何学的な平均粒子直径が8〜10μmである被覆管におけ
る伸びと、その中のヨード濃度に関してヨードによる破
損の発生との関係を示している。これに対して◇マーク
の測定点は、本発明に基づいてジルコニウム合金の幾何
学的な平均粒子直径が2〜3μmである被覆管における
伸びと、ヨードにより破損するようなヨード濃度との関
係を示している。ヨードは主に燃料棒の被覆管に応力腐
食をもたらす核分裂性生成物であるので、第2図に示し
た値は、ジルコニウム合金製の本発明に基づく被覆管が
応力腐食に対して良好な耐久性を有していることを示し
ている。
第2図においてすべての○マークが入っている屈折領
域Aから明らかなように、ジルコニウム合金が8〜10μ
mの幾何学的な平均粒子直径をしている被覆管の腐食応
力の発生はヨードの濃度の増加につれて高くなる。これ
に対してジルコニウム合金が2〜3μmの幾何学的な平
均粒子直径をしている本発明に基づく被覆管は、図面に
おける◇マークで明らかなように、非常に高いヨード濃
度においてはじめて応力腐食が生ずる。
第2図において約20%の伸び率における領域Bは公知
のように厚さ0.1mmの純ジルコニウム製の内側ライニン
グを有している被覆管の状態に相応している。純ジルコ
ニウムは4000ppm以下の不純物を含有しているに過ぎ
ず、特に700ppm以下の酸素、550ppm以下の鉄、200ppm以
下のクロムおよび120ppm以下の炭素を含有している。本
発明に基づく被覆管に対する◇マークの測定点は、被覆
管が非常に高いヨード濃度まで純ジルコニウム製の内側
ライニングを持った被覆管と同じ応力腐食抵抗を有して
いることを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図はジルコニウム合金から管を加工している状態の
ピルガー圧延機の両ロールの概略側面図、第2図は本発
明に基づく被覆管と一般の被覆管における試験結果を示
した比較図である。 2,3:ピルガー圧延機のロール、6,7:溝型、8,9,10:カリ
バー(孔型)、11:母材管、12:圧延済の管。
フロントページの続き (72)発明者 ジークフリート、レシユケ ドイツ連邦共和国ドウイスブルク1、キ ーフエルンベーク (72)発明者 エカルト、シユタインベルク ドイツ連邦共和国エルランゲン、ミステ ルベーク8 (56)参考文献 特開 昭57−98662(JP,A) 特開 昭59−35814(JP,A) 特開 昭59−19007(JP,A) 特開 昭59−85852(JP,A) 特開 昭59−118867(JP,A) 特公 昭54−7494(JP,B2)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコニウム合金における粒子直径の幾何
    学的な平均値が3μm以下であることを特徴とするジル
    コニウム合金製被覆管。
  2. 【請求項2】粒子直径の幾何学的な平均値が2.5〜2μ
    mの範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の被覆管。
  3. 【請求項3】原子炉燃料棒として使用されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の被覆
    管。
  4. 【請求項4】母材管が再結晶焼鈍し無しにかつクラック
    無しに、管壁の横断面積が90%以上変化するようにし
    て、完成被覆管にピルガー圧延されることを特徴とする
    ジルコニウム合金製被覆管の製造方法。
  5. 【請求項5】管壁の横断面積の変化が90〜98%の範囲に
    あることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方
    法。
  6. 【請求項6】母材管がピルガー圧延工程で圧延され、2
    つのピルガー圧延工程の間で応力除去焼鈍しが行われる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方法。
  7. 【請求項7】焼鈍し温度が400〜500℃であり、焼鈍し時
    間が1〜5時間であることを特徴とする特許請求の範囲
    第6項記載の方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59205799D1 (de) * 1991-02-04 1996-05-02 Siemens Ag Strukturteil für ein Kernreaktorbrennelement und Verfahren zum Herstellen dieses Strukturteiles
US5245645A (en) * 1991-02-04 1993-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Structural part for a nuclear reactor fuel assembly and method for producing this structural part
US5226981A (en) * 1992-01-28 1993-07-13 Sandvik Special Metals, Corp. Method of manufacturing corrosion resistant tubing from welded stock of titanium or titanium base alloy
SE506174C2 (sv) * 1992-12-18 1997-11-17 Asea Atom Ab Metod att framställa kärnbränsleelement
JP3094778B2 (ja) * 1994-03-18 2000-10-03 株式会社日立製作所 軽水炉用燃料集合体とそれに用いられる部品及び合金並びに製造法
KR101941673B1 (ko) * 2017-04-18 2019-01-23 가천대학교 산학협력단 다층구조 핵연료 피복관 및 다층구조 핵연료 피복관의 제조방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1525717A (en) * 1974-11-11 1978-09-20 Gen Electric Nuclear fuel elements
US4294631A (en) * 1978-12-22 1981-10-13 General Electric Company Surface corrosion inhibition of zirconium alloys by laser surface β-quenching
US4233834A (en) * 1979-01-26 1980-11-18 Sandvik Special Metal Corporation Method and apparatus for producing zircaloy tubes and zircaloy tubes thus produced
US4390497A (en) * 1979-06-04 1983-06-28 General Electric Company Thermal-mechanical treatment of composite nuclear fuel element cladding
SE454889B (sv) * 1980-11-03 1988-06-06 Teledyne Ind Forfarande for att kontinuerligt glodga zirkonium
US4584030A (en) * 1982-01-29 1986-04-22 Westinghouse Electric Corp. Zirconium alloy products and fabrication processes
CA1214978A (en) * 1982-01-29 1986-12-09 Samuel G. Mcdonald Zirconium alloy products and fabrication processes
JPS5919007A (ja) * 1982-07-23 1984-01-31 Kobe Steel Ltd ジルコニウム合金被覆管のピルガ−圧延における水素化物方位の制御方法
JPS5935814A (ja) * 1982-07-29 1984-02-27 Kobe Steel Ltd 優れた品質を有するジルコニウム合金被覆管の製造方法

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Publication number Publication date
DE3574030D1 (en) 1989-12-07
EP0171675B1 (de) 1989-11-02
EP0171675B2 (de) 1996-08-28
US4728491A (en) 1988-03-01
EP0171675A1 (de) 1986-02-19
DE3428954A1 (de) 1986-02-13
JPS6144143A (ja) 1986-03-03

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