JP2726299B2 - 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 - Google Patents
原子炉用高耐食性ジルコニウム合金Info
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- JP2726299B2 JP2726299B2 JP1032703A JP3270389A JP2726299B2 JP 2726299 B2 JP2726299 B2 JP 2726299B2 JP 1032703 A JP1032703 A JP 1032703A JP 3270389 A JP3270389 A JP 3270389A JP 2726299 B2 JP2726299 B2 JP 2726299B2
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉に使用される耐食性の高いジルコニウ
ム合金に関する。
ム合金に関する。
従来原子炉の構成材料に関しては放射能吸収断面積が
小さいことを念頭において開発されてきた。一方耐食性
特にノジュラー腐食に対しては、ジルコニウムとスズの
合金であるジルカロイが高耐食性合金として知られてい
る。例えばジルカロイ−２（Zry−２）はSnの他にFe,Ni
及びCr等の合金元素を添加して耐食性を向上させたもの
である。
小さいことを念頭において開発されてきた。一方耐食性
特にノジュラー腐食に対しては、ジルコニウムとスズの
合金であるジルカロイが高耐食性合金として知られてい
る。例えばジルカロイ−２（Zry−２）はSnの他にFe,Ni
及びCr等の合金元素を添加して耐食性を向上させたもの
である。
このZr−Sn合金の他には、ソ連でZr−1.0Nb合金が耐
食性の優れた合金として開発され、燃料被覆管に広く用
いられている。その他、2,5Nbを含むZr−Nb系合金が圧
力管等に用いられている。
食性の優れた合金として開発され、燃料被覆管に広く用
いられている。その他、2,5Nbを含むZr−Nb系合金が圧
力管等に用いられている。
この合金系は固溶度が大きく、熱処理によって耐食性
が大きく変わることが知られている。Zr−Nb−Sn系もオ
ゼナイト（Ozhenite）として知られており、この合金も
Zr−Nb系と同様な傾向を示す。第１表に公知のZr−Nb系
合金の組成（ωｔ％）を示す。
が大きく変わることが知られている。Zr−Nb−Sn系もオ
ゼナイト（Ozhenite）として知られており、この合金も
Zr−Nb系と同様な傾向を示す。第１表に公知のZr−Nb系
合金の組成（ωｔ％）を示す。
これらのZr−Nb系は炉外においてはZry−２に比べて
高強度でかつ耐食性に優れているが、加工性や溶接部の
耐食性に問題があった。
高強度でかつ耐食性に優れているが、加工性や溶接部の
耐食性に問題があった。
また前述のZr−Sn系合金の場合も、長期間の実炉装荷
運転下においてはノジュール状の白色腐食生成物（ノジ
ュラー腐食）が表面に斑点状に生成してくる。これはジ
ルコニウム合金が高温水と反応し、生成された水素が母
材と表面の酸化膜との間に蓄積して、腐食生成物を形成
するものである。この腐食生成物は、経時的に表面に蓄
積し、最終的に表面から剥離して、構造材の強度低下を
招くおそれがあった。
運転下においてはノジュール状の白色腐食生成物（ノジ
ュラー腐食）が表面に斑点状に生成してくる。これはジ
ルコニウム合金が高温水と反応し、生成された水素が母
材と表面の酸化膜との間に蓄積して、腐食生成物を形成
するものである。この腐食生成物は、経時的に表面に蓄
積し、最終的に表面から剥離して、構造材の強度低下を
招くおそれがあった。
これらの問題に対して、上記従来材料では耐食性や強
度を向上させるために熱処理条件や成分量を変化させて
対応してきたが、腐食環境の違いによってはノジュラー
腐食が発生することがあった。
度を向上させるために熱処理条件や成分量を変化させて
対応してきたが、腐食環境の違いによってはノジュラー
腐食が発生することがあった。
本発明は上記情況に対処してなされたものであって、
原子炉用機器、特に燃料被覆管に発生するノジュラー腐
食を防止することのできる耐食性の優れた合金を提供す
ることにある。
原子炉用機器、特に燃料被覆管に発生するノジュラー腐
食を防止することのできる耐食性の優れた合金を提供す
ることにある。
すなわち本発明は、原子炉機器におけるノジュラー腐
食を防止することのできる新たな組成のジルコニウム合
金を提供するものであって、 （１） 重量％で、Sn0.1〜0.5,Fe0.25〜0.70,V0.3〜0.
5および不可避不純物を除いて残部Zrから成ることを特
徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合金。
食を防止することのできる新たな組成のジルコニウム合
金を提供するものであって、 （１） 重量％で、Sn0.1〜0.5,Fe0.25〜0.70,V0.3〜0.
5および不可避不純物を除いて残部Zrから成ることを特
徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合金。
に関する。
なお、上記各合金は種々の合金元素を添加しているの
で合金溶製時に酸素が混入しやすい。不純物酸素濃度が
高いと照射硬化の誘因となるので、不純物酸素濃度は10
00ppm以下に抑えることが好ましい。
で合金溶製時に酸素が混入しやすい。不純物酸素濃度が
高いと照射硬化の誘因となるので、不純物酸素濃度は10
00ppm以下に抑えることが好ましい。
本発明のジルコニウム合金は、従来のZry−２合金の
添加元素（Fe,Ni,Cr）のうち耐食性に対して比較的効果
が小さいと考えられるCrおよびNiを取り除き、バナジウ
ム（Ｖ）を添加して合金元素の組成比を変えたものであ
る。Ｖは第１図に示した状態図のようにβ共析型で添加
することでマルテンサイト硬化元素として期待でき、微
細な析出物粒子分散が耐食性に好結果をもたらすものと
考えられる。
添加元素（Fe,Ni,Cr）のうち耐食性に対して比較的効果
が小さいと考えられるCrおよびNiを取り除き、バナジウ
ム（Ｖ）を添加して合金元素の組成比を変えたものであ
る。Ｖは第１図に示した状態図のようにβ共析型で添加
することでマルテンサイト硬化元素として期待でき、微
細な析出物粒子分散が耐食性に好結果をもたらすものと
考えられる。
Ｖの添加量は、0.3重量％以下（以下％はすべて重量
％）では上記効果が期待できず、0.5％以上では不純物
の悪影響が大きいので、0.3〜0.5％の範囲とする。Feは
ジルコニウムの耐食性に非常に効果があるので、従来の
Zry−２の場合よりも添加量を高めた。下限値を0.25％
としたのは、Zry−２におけるFe,Ni,Crの総和の下限値
が0.25％であり、本発明の合金ではZry−２におけるNi
およびCrの分をFeで補うためである。上限を0.7％とし
たのは、それ以上多くなると不純物としての影響が大き
くなるためである。SnはZr中に固溶して（第２図に示す
Zr−Sn状態図参照）基地を強化する作用がある。従来
は、不純物Ｎが耐食性に対して悪影響を及ぼすのでそれ
を阻止する目的でSnが添加されていたが、最近の溶解，
精練技術の向上で不純物Ｎが10ppm以下に制御できるよ
うになったので、Ｎの影響をそれ程気にする必要はなく
なった。したがって従来程多量に加える必要はなく、0.
1〜0.5％の範囲とする。これ以下では添加効果が得られ
ず、これ以上では不純物としての影響が大きくなる。
％）では上記効果が期待できず、0.5％以上では不純物
の悪影響が大きいので、0.3〜0.5％の範囲とする。Feは
ジルコニウムの耐食性に非常に効果があるので、従来の
Zry−２の場合よりも添加量を高めた。下限値を0.25％
としたのは、Zry−２におけるFe,Ni,Crの総和の下限値
が0.25％であり、本発明の合金ではZry−２におけるNi
およびCrの分をFeで補うためである。上限を0.7％とし
たのは、それ以上多くなると不純物としての影響が大き
くなるためである。SnはZr中に固溶して（第２図に示す
Zr−Sn状態図参照）基地を強化する作用がある。従来
は、不純物Ｎが耐食性に対して悪影響を及ぼすのでそれ
を阻止する目的でSnが添加されていたが、最近の溶解，
精練技術の向上で不純物Ｎが10ppm以下に制御できるよ
うになったので、Ｎの影響をそれ程気にする必要はなく
なった。したがって従来程多量に加える必要はなく、0.
1〜0.5％の範囲とする。これ以下では添加効果が得られ
ず、これ以上では不純物としての影響が大きくなる。
各合金の代表的な元素組成（第２表参照）でプラズマ
アーク溶解を行ない、インゴットを製造した。このイン
ゴットにZry−２製造と同様な熱処理を施し、その後熱
間圧延，冷間圧延を行なって、所定の腐食試験片を製作
した。
アーク溶解を行ない、インゴットを製造した。このイン
ゴットにZry−２製造と同様な熱処理を施し、その後熱
間圧延，冷間圧延を行なって、所定の腐食試験片を製作
した。
各腐食試験片に対し、いずれも炉外試験で、２ステッ
プ腐食試験（410℃で８時間＋510℃で16時間、105気圧
で）とMAT腐食試験（410℃で４時間＋520℃で16時間、1
23気圧で）を行った。なおMAT試験はTig溶接でビードオ
ンした部分を含んだ試験片を用いた。
プ腐食試験（410℃で８時間＋510℃で16時間、105気圧
で）とMAT腐食試験（410℃で４時間＋520℃で16時間、1
23気圧で）を行った。なおMAT試験はTig溶接でビードオ
ンした部分を含んだ試験片を用いた。
第２表および第３表に上記試験結果を示す。
上記第２表および第３表から明らかなように、本発明
の合金は従来のZry−２よりも耐食性が優れていた。ま
た上記各試験後の試験片の表面状態はノジュラー発生が
認められなかった。
の合金は従来のZry−２よりも耐食性が優れていた。ま
た上記各試験後の試験片の表面状態はノジュラー発生が
認められなかった。
本発明のジルコニウム合金は耐食性、特に耐ノジュラ
ー腐食性が優れており、原子炉用の材料として有用であ
る。特に核燃料要素の燃料被覆管の材料として優れてお
り、被覆管の長寿命化を期すことができる。
ー腐食性が優れており、原子炉用の材料として有用であ
る。特に核燃料要素の燃料被覆管の材料として優れてお
り、被覆管の長寿命化を期すことができる。
第１図はZr−Ｖ状態図、第２図はZr−Sn状態図である。
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で、Sn0.1〜0.5,Fe0.25〜0.70,V0.3
〜0.5および不可避不純物を除いて残部Zrから成ること
を特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合金。 - 【請求項２】不純物酸素濃度が1000ppm以下である請求
項１記載の原子炉用高耐食性ジルコニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1032703A JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1032703A JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213437A JPH02213437A (ja) | 1990-08-24 |
| JP2726299B2 true JP2726299B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=12366210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1032703A Expired - Lifetime JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2726299B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2624136B1 (fr) * | 1987-12-07 | 1992-06-05 | Cezus Co Europ Zirconium | Tube, barre ou tole en alliage de zirconium, resistant a la fois a la corrosion uniforme et a la corrosion nodulaire et procede de fabrication correspondant |
| FR2693476B1 (fr) * | 1992-07-09 | 1994-09-02 | Cezus Co Europ Zirconium | Produit extérieurement en alliage de Zr, son procédé de fabrication et son utilisation. |
| FR2730090B1 (fr) * | 1995-01-30 | 1997-04-04 | Framatome Sa | Tube en alliage a base de zirconium pour assemblage combustible nucleaire et procede de fabrication d'un tel tube |
| RU2141540C1 (ru) * | 1999-04-22 | 1999-11-20 | Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара | Сплав на основе циркония |
| CN110284027B (zh) * | 2019-08-06 | 2020-04-21 | 中国核动力研究设计院 | 一种耐碱性水质腐蚀的锆基合金 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51121420A (en) * | 1975-04-11 | 1976-10-23 | Exxon Nuclear Co Inc | Treatment for metal contained zirconium |
| JPS61170552A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-08-01 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | スズおよび第３の合金元素を含有するジルコニウムーニオブ合金からなる物品の製造方法 |
| JPS6213550A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-22 | Hitachi Ltd | 燃料集合体用ジルコニウム基合金部材 |
| JPS63145735A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ジルコニウム合金 |
| JPH01111837A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-04-28 | Toshiba Corp | 耐食性ジルコニウム合金 |
| JPH01116045A (ja) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Toshiba Corp | 耐食性ジルコニウム合金 |
-
1989
- 1989-02-14 JP JP1032703A patent/JP2726299B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51121420A (en) * | 1975-04-11 | 1976-10-23 | Exxon Nuclear Co Inc | Treatment for metal contained zirconium |
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| JPH01111837A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-04-28 | Toshiba Corp | 耐食性ジルコニウム合金 |
| JPH01116045A (ja) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Toshiba Corp | 耐食性ジルコニウム合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02213437A (ja) | 1990-08-24 |
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