JP2645626B2 - 核燃料取扱機器の構造用合金 - Google Patents
核燃料取扱機器の構造用合金Info
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- JP2645626B2 JP2645626B2 JP4027354A JP2735492A JP2645626B2 JP 2645626 B2 JP2645626 B2 JP 2645626B2 JP 4027354 A JP4027354 A JP 4027354A JP 2735492 A JP2735492 A JP 2735492A JP 2645626 B2 JP2645626 B2 JP 2645626B2
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- JP
- Japan
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- nuclear fuel
- handling equipment
- fuel handling
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料取扱機器の構造
材料に関し、更に詳しく述べると、耐食性に優れ且つ中
性子吸収断面積が大きい構造用合金に関するものであ
る。本発明の合金は、特に中性子の存在する使用済核燃
料の再処理工程で使用する機器類や配管類、核燃料廃棄
物貯蔵容器などの構造材料として有用である。
材料に関し、更に詳しく述べると、耐食性に優れ且つ中
性子吸収断面積が大きい構造用合金に関するものであ
る。本発明の合金は、特に中性子の存在する使用済核燃
料の再処理工程で使用する機器類や配管類、核燃料廃棄
物貯蔵容器などの構造材料として有用である。
【０００２】
【従来の技術】核燃料再処理工程で使用する機器は、硝
酸プルトニウム等による厳しい腐食環境下に曝される。
そのため一般的に、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウ
ム等の高耐食性材料を使用している。更に、このような
機器は、核分裂性物質を取り扱うため、核分裂連鎖反応
を開始しない条件、即ち未臨界を確保することが必要と
なる。そこで従来の核燃料取扱機器では、上記のような
高耐食性材料を使用し、且つ未臨界条件を確保するため
に、機器の大きさを制限する方法が広く採用されてき
た。
酸プルトニウム等による厳しい腐食環境下に曝される。
そのため一般的に、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウ
ム等の高耐食性材料を使用している。更に、このような
機器は、核分裂性物質を取り扱うため、核分裂連鎖反応
を開始しない条件、即ち未臨界を確保することが必要と
なる。そこで従来の核燃料取扱機器では、上記のような
高耐食性材料を使用し、且つ未臨界条件を確保するため
に、機器の大きさを制限する方法が広く採用されてき
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで核燃料再処理
工程での処理能力を増大するためには、機器を大型化す
る必要がある。しかし上記のような未臨界条件を確保す
る必要があるため、従来の構造材料ではそれを実現でき
なかった。
工程での処理能力を増大するためには、機器を大型化す
る必要がある。しかし上記のような未臨界条件を確保す
る必要があるため、従来の構造材料ではそれを実現でき
なかった。
【０００４】本発明の目的は、耐食性に優れ且つ中性子
吸収断面の大きい構造用合金を提供し、それによって臨
界管理を必要とする核燃料取扱機器の大型化を可能とす
ることである。
吸収断面の大きい構造用合金を提供し、それによって臨
界管理を必要とする核燃料取扱機器の大型化を可能とす
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｉｎ，Ｉｒ，
Ｃｄ，Ｒｅよりなる群から選ばれた１種もしくは２種以
上の添加金属を、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよりなる群か
ら選ばれた１種もしくは２種以上のベース金属に対し
て、４〜５５at％含有させた核燃料取扱機器の構造用合
金である。
Ｃｄ，Ｒｅよりなる群から選ばれた１種もしくは２種以
上の添加金属を、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよりなる群か
ら選ばれた１種もしくは２種以上のベース金属に対し
て、４〜５５at％含有させた核燃料取扱機器の構造用合
金である。
【０００６】一般に工業的に用いられる高耐食性金属と
しては、ステンレス鋼の他、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａが
挙げられる。また中性子吸収断面積が大きい金属として
は、Ｉｎ，Ｉｒ，Ｃｄの他Ａｕ，Ｒｈ，Ｈｇ等の貴金
属、Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｌｕ等の希
土類金属、及びはＲｅ，Ｂ等がある。これら２種類の金
属の組み合わせは数多く可能であるが、特に本発明のよ
うな組み合わせとすることにより、生成される合金は各
金属の特性を維持、発現して、機器構造用材料として充
分な性能を呈する。すなわち、製作性並びに溶接性に優
れ、且つ低コストで大量生産可能な合金材料となる組み
合わせは、ベース金属としてＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよ
りなる群から選ばれた１種もしくは２種以上を用い、添
加金属としてＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅよりなる群から選
ばれた１種もしくは２種以上を用いる構成に限られる。
しては、ステンレス鋼の他、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａが
挙げられる。また中性子吸収断面積が大きい金属として
は、Ｉｎ，Ｉｒ，Ｃｄの他Ａｕ，Ｒｈ，Ｈｇ等の貴金
属、Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｌｕ等の希
土類金属、及びはＲｅ，Ｂ等がある。これら２種類の金
属の組み合わせは数多く可能であるが、特に本発明のよ
うな組み合わせとすることにより、生成される合金は各
金属の特性を維持、発現して、機器構造用材料として充
分な性能を呈する。すなわち、製作性並びに溶接性に優
れ、且つ低コストで大量生産可能な合金材料となる組み
合わせは、ベース金属としてＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよ
りなる群から選ばれた１種もしくは２種以上を用い、添
加金属としてＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅよりなる群から選
ばれた１種もしくは２種以上を用いる構成に限られる。
【０００７】添加金属の割合をベース金属に対して４〜
５５at％とする理由は、添加量が４at％未満では添加の
効果が認められず、逆に５５at％より多いと脆い金属間
化合物を生成し機械加工が困難になること、及び融点が
著しく上昇し通常のＴＩＧ溶接法では溶接できなくなる
ためである。このような観点から、より一層好ましい添
加量の範囲は４〜２３at％である。
５５at％とする理由は、添加量が４at％未満では添加の
効果が認められず、逆に５５at％より多いと脆い金属間
化合物を生成し機械加工が困難になること、及び融点が
著しく上昇し通常のＴＩＧ溶接法では溶接できなくなる
ためである。このような観点から、より一層好ましい添
加量の範囲は４〜２３at％である。
【０００８】
【作用】高耐食性金属であるＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ
に、中性子断面積の大きいＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅを適
量添加して合金とすることにより、耐食性、機械的強
度、及び中性子吸収性に優れた核燃料取扱機器用の構造
材料が得られる。
に、中性子断面積の大きいＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅを適
量添加して合金とすることにより、耐食性、機械的強
度、及び中性子吸収性に優れた核燃料取扱機器用の構造
材料が得られる。
【０００９】
【実施例】Ｔｉ粉末及びＩｎ粉末を種々の比率で混合
し、内径１２０mmφのカーボンルツボに充填し、アーク
溶解法により溶製材（直径１２０mmφ、高さ１５０mm、
重量約１５kg）を作製した。続いて上記溶製材を上下反
転して溶解する工程を合計３回繰り返した。その後、圧
延により厚さ３mm、幅５００mmの圧延材を得た。この圧
延材について、耐食性試験、臨界形状測定計算、製作性
試験、及び溶接性試験を行った。試験の結果を表１に示
す。なお＊印を付した試料Ｃ〜Ｈは本発明品であり、試
料Ａ，Ｂ及びＩは比較例（本発明範囲外）である。
し、内径１２０mmφのカーボンルツボに充填し、アーク
溶解法により溶製材（直径１２０mmφ、高さ１５０mm、
重量約１５kg）を作製した。続いて上記溶製材を上下反
転して溶解する工程を合計３回繰り返した。その後、圧
延により厚さ３mm、幅５００mmの圧延材を得た。この圧
延材について、耐食性試験、臨界形状測定計算、製作性
試験、及び溶接性試験を行った。試験の結果を表１に示
す。なお＊印を付した試料Ｃ〜Ｈは本発明品であり、試
料Ａ，Ｂ及びＩは比較例（本発明範囲外）である。
【００１０】
【表１】
【００１１】なお試験方法は次の通りである。 耐食性試験 厚さ３mm、長さ２０mm、幅２０mmの圧延材を、沸騰して
いる８規定のＨＮＯ3 （１１０〜１２０℃）中に１００
時間浸漬して、その時の重量減少量により腐食速度を算
出する。なお腐食液の比液量は５０ml／cm2 以上とす
る。 引張り試験 ＪＩＳ Ｚ ２２４１ 金属材料引張試験方法に準拠す
る。 曲げ試験 ＪＩＳ Ｚ ２２４８ 金属材料曲げ試験方法に準拠す
る。 溶接性試験 厚さ３mm、長さ５０mm、幅１００mmの２枚の圧延材を、
Ａｒガスで置換したボックス（縦２ｍ、横１ｍ、高さ１
ｍ）内でＴＩＧ溶接法により接合する。その時の接合状
態により溶接の可否を判断する。なお溶接時の試料電流
は８０〜１５０Ａである。 臨界寸法測定計算 ２００ｇＰｕ／リットルのＰｕ（ＮＯ3 ）4 −Ｈ2 Ｏ溶
液を、試料合金からなる肉厚７mmの無限円筒槽の内に入
れ、臨界に到達する容器の断面積を計算する。なお容器
周囲３０cmを水溶液で囲み完全反射体とするものと仮定
する。
いる８規定のＨＮＯ3 （１１０〜１２０℃）中に１００
時間浸漬して、その時の重量減少量により腐食速度を算
出する。なお腐食液の比液量は５０ml／cm2 以上とす
る。 引張り試験 ＪＩＳ Ｚ ２２４１ 金属材料引張試験方法に準拠す
る。 曲げ試験 ＪＩＳ Ｚ ２２４８ 金属材料曲げ試験方法に準拠す
る。 溶接性試験 厚さ３mm、長さ５０mm、幅１００mmの２枚の圧延材を、
Ａｒガスで置換したボックス（縦２ｍ、横１ｍ、高さ１
ｍ）内でＴＩＧ溶接法により接合する。その時の接合状
態により溶接の可否を判断する。なお溶接時の試料電流
は８０〜１５０Ａである。 臨界寸法測定計算 ２００ｇＰｕ／リットルのＰｕ（ＮＯ3 ）4 −Ｈ2 Ｏ溶
液を、試料合金からなる肉厚７mmの無限円筒槽の内に入
れ、臨界に到達する容器の断面積を計算する。なお容器
周囲３０cmを水溶液で囲み完全反射体とするものと仮定
する。
【００１２】次に、ベース金属としてＴｉの他、Ｔｉ−
５Ｔａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ、ステンレス鋼、及び炭素鋼
を使用し、添加金属としてＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅの
他、Ｔａ，Ｎｂ，Ｂを使用して、上記と同様にアーク溶
解法により溶製材を作製し、その圧延材の耐食性試験、
臨界形状測定計算、製作性試験、及び溶接性試験を行っ
た。試験方法は前記と同様である。結果を表２に示す。
＊印を付した試料Ｊ〜Ｍ及びＲ〜Ｔは本発明品であり、
試料Ｎ〜Ｑ及びＵ〜Ｖは比較例（本発明範囲外）であ
る。
５Ｔａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ、ステンレス鋼、及び炭素鋼
を使用し、添加金属としてＩｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅの
他、Ｔａ，Ｎｂ，Ｂを使用して、上記と同様にアーク溶
解法により溶製材を作製し、その圧延材の耐食性試験、
臨界形状測定計算、製作性試験、及び溶接性試験を行っ
た。試験方法は前記と同様である。結果を表２に示す。
＊印を付した試料Ｊ〜Ｍ及びＲ〜Ｔは本発明品であり、
試料Ｎ〜Ｑ及びＵ〜Ｖは比較例（本発明範囲外）であ
る。
【００１３】
【表２】
【００１４】本発明の構造用合金が適用可能な再処理工
程での利用機器としては、例えば溶解槽、溶解液受槽、
パルスフィルタ、計量槽、給液槽、抽出器、中間受槽、
蒸発缶、廃液貯槽、廃棄物容器、酸化塔、空気吹込塔な
どがある。
程での利用機器としては、例えば溶解槽、溶解液受槽、
パルスフィルタ、計量槽、給液槽、抽出器、中間受槽、
蒸発缶、廃液貯槽、廃棄物容器、酸化塔、空気吹込塔な
どがある。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、Ｉｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅより
なる群から選ばれた１種もしくは２種以上の添加金属
を、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよりなる群から選ばれた１
種もしくは２種以上のベース金属に対して、４〜５５at
％含有させたことにより、機器構造用合金として必要な
製作性（引張り強度や曲げ強度）が得られ且つ溶接可能
であることは無論のこと、中性子吸収能が向上し臨界に
達し難くなるため、核燃料取扱機器を大型化でき、核燃
料取扱設備の処理能力の向上に寄与しうる。更に本発明
は、耐食性並びに材料強度が同時に向上する効果もあ
る。
なる群から選ばれた１種もしくは２種以上の添加金属
を、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａよりなる群から選ばれた１
種もしくは２種以上のベース金属に対して、４〜５５at
％含有させたことにより、機器構造用合金として必要な
製作性（引張り強度や曲げ強度）が得られ且つ溶接可能
であることは無論のこと、中性子吸収能が向上し臨界に
達し難くなるため、核燃料取扱機器を大型化でき、核燃
料取扱設備の処理能力の向上に寄与しうる。更に本発明
は、耐食性並びに材料強度が同時に向上する効果もあ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 19/42 Ｇ２１Ｃ 19/42 (72)発明者 河田 東海夫 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動力炉・核燃料開発事業団東海事業所内 (56)参考文献 特開 平２−77538（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−99035（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−78609（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｉｎ，Ｉｒ，Ｃｄ，Ｒｅよりなる群から
選ばれた１種もしくは２種以上の添加金属を、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｔａよりなる群から選ばれた１種もしくは２
種以上のベース金属に対して、４〜５５at％含有させた
ことを特徴とする核燃料取扱機器の構造用合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027354A JP2645626B2 (ja) | 1992-01-18 | 1992-01-18 | 核燃料取扱機器の構造用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027354A JP2645626B2 (ja) | 1992-01-18 | 1992-01-18 | 核燃料取扱機器の構造用合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195119A JPH05195119A (ja) | 1993-08-03 |
| JP2645626B2 true JP2645626B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=12218707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4027354A Expired - Fee Related JP2645626B2 (ja) | 1992-01-18 | 1992-01-18 | 核燃料取扱機器の構造用合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645626B2 (ja) |
-
1992
- 1992-01-18 JP JP4027354A patent/JP2645626B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05195119A (ja) | 1993-08-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |