JP2814981B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP2814981B2
JP2814981B2 JP8095048A JP9504896A JP2814981B2 JP 2814981 B2 JP2814981 B2 JP 2814981B2 JP 8095048 A JP8095048 A JP 8095048A JP 9504896 A JP9504896 A JP 9504896A JP 2814981 B2 JP2814981 B2 JP 2814981B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な軽水炉用燃
料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に装荷される燃料
集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel fuel assembly for a light water reactor, and more particularly to a fuel assembly loaded in a boiling water reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、軽水炉の運転サイクルの長期化,
ウラン燃料の高燃焼度化への関心が高まっている。その
理由は、使用済燃料の排出量の低減,発電コストの低減
等の経済的メリットが高いことにある。特に我国の原子
力発電は、使用済燃料の再処理を前提としており、再処
理により抽出されたプルトニウムの再利用をも含めた高
燃焼度化に対する要求が高い。現在の取出燃焼度は約3
0GWd/tであるが、60GWd/t級の高燃焼度燃
料が実現されれば、前述したメリットはより高くなる。
従来、上記軽水炉の高燃焼度化を実現する為に、材料の
耐食性改善,中性子照射環境下における部材の変形防
止,ウラン燃料の濃縮度及び配置の最適化,燃料集合体
の熱水力特性の改善等が実施されてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, the operation cycle of light water reactors has been prolonged,
There is increasing interest in increasing the burnup of uranium fuel. The reason is that there are high economic merits such as a reduction in the amount of spent fuel emitted and a reduction in power generation costs. In particular, nuclear power generation in Japan is based on the preprocessing of spent fuel, and there is a high demand for high burnup, including the reuse of plutonium extracted by reprocessing. The current removal burnup is about 3
Although it is 0 GWd / t, if the high burn-up fuel of the 60 GWd / t class is realized, the above-mentioned merit becomes higher.
Conventionally, in order to achieve the high burnup of the above light water reactors, improvement of corrosion resistance of materials, prevention of deformation of members under neutron irradiation environment, optimization of uranium fuel enrichment and layout, optimization of thermal hydraulic characteristics of fuel assemblies Improvements have been made.

【0003】高燃焼度燃料集合体部材には、従来材より
高い耐食性が要求される。現用燃料集合体材料には、ジ
ルカロイ(Zry:Zr−Sn−Fe−Cr−Ni合
金、成分及び組成(重量%)Sn:1.2〜1.7%,F
e:0.07〜0.24%,Cr:0.05〜0.15%,
Ni:<0.08% 、残Zr及び不純物)が使用されて
いる。ジルカロイ燃料集合体部材には、沸騰水型軽水炉
(BWR)環境下においてノジュラー腐食と呼ばれる局
部腐食が発生する。この腐食を防止する為に、α+β相
あるいはβ相温度範囲に短時間加熱し急冷する熱処理に
よってジルカロイの耐食性を改善する方法(特公昭61−
45699 号,特公昭63−58223 号)が知られている。ま
た、合金組成の変更により耐食性を改善する技術も公知
であり、ジルカロイのFe及びNi添加量を高めた合金
として特開昭60−43450 号公報及び特開昭62−228442号
公報が知られている。
[0003] High burnup fuel assembly members are required to have higher corrosion resistance than conventional materials. Current fuel assembly materials include Zircaloy (Zry: Zr-Sn-Fe-Cr-Ni alloy, component and composition (% by weight) Sn: 1.2-1.7%, F
e: 0.07 to 0.24%, Cr: 0.05 to 0.15%,
Ni: <0.08%, residual Zr and impurities) are used. Local corrosion called nodular corrosion occurs in a Zircaloy fuel assembly member in a boiling water reactor (BWR) environment. In order to prevent this corrosion, a method of improving the corrosion resistance of Zircaloy by a heat treatment in which it is heated to the α + β phase or β phase temperature range for a short time and then quenched (Japanese Patent Publication No. 61-61)
No. 45699, JP-B-63-58223) are known. Further, a technique for improving corrosion resistance by changing the alloy composition is also known, and JP-A-60-43450 and JP-A-62-228442 are known as alloys in which the amounts of Fe and Ni added to zircaloy are increased. I have.

【0004】上記Zr合金部材は、中性子照射環境下で
使用される為、照射成長変形する。特に、チャンネルボ
ックス(FCB)に曲がり変形や膨らみ変形が発生する
と、制御棒駆動間隙を塞ぎ原子炉の運転に支障をきた
す。これらの変形を防止する技術として、六法晶Zrの
(0002)面のFCB長手方向への配向(FL値)を
0.15〜0.5とし照射成長を抑制する方法として特開
昭59−229475号公報が知られている。
[0004] Since the above Zr alloy member is used in a neutron irradiation environment, it undergoes irradiation growth deformation. In particular, when bending deformation or bulging deformation occurs in the channel box (FCB), the control rod driving gap is closed and the operation of the reactor is hindered. As a technique for preventing these deformations, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-229475 discloses a method of controlling the (0002) plane of hexagonal crystal Zr in the FCB longitudinal direction (FL value) to 0.15 to 0.5 to suppress irradiation growth. A gazette is known.

【0005】沸騰水型原子炉においては、未飽和状態の
冷却水が燃料集合体下部タイプレートより燃料棒間隙に
流入し、燃料棒間を下部から上部に流れるに従って加熱
されて沸騰し、蒸気ボイドと水との2相流となって上部
タイプレートの孔から流出する。ボイド率は燃料集合体
下部で0%であるが上部では約70%に達する。即ち、
燃料棒下部と上部における水素(H)対重金属原子
(U)数比(H/U比)が異なることになる。H/U比
が高い燃料集合体下部では中性子平均エネルギーが低下
し、核燃料物質との核分裂反応が促進され、H/U比が
低い燃料集合体上部では中性子と核燃料物質との核分裂
反応が抑制される。その結果、線出力密度は燃料集合体
上部より燃料集合体下部の方が高くなり、燃料棒軸方向
の出力分布に不均一が生じる。出力分布の不均一は燃料
集合体径方向においても生じる。8×8,9×9,10
×10等の正方格子状に配列された燃料棒最外周部はF
CBで囲われており、隣接するFCBとの間に水間隙が
形成されている。即ち、燃料集合体最外周部のH/U比
は燃料集合体内部より高い為、その線出力密度は高くな
る。長期運転サイクル化,燃料の高燃焼度化を実現する
にはウラン濃縮度を高める必要があり、ウラン濃縮度が
高い燃料集合体においてはかかる出力密度分布の不均一
化がさらに拡大されることになる。このような軸方向及
び径方向の出力分布の平坦化を図る為に、水ロッドの形
状及び配置の適正化,ウラン濃縮分布の適正化,燃料長
さの部分変更,Gd,B等可燃性毒物の使用による燃焼
初期の局所出力ピーキングの防止等が実施されている。
[0005] In a boiling water reactor, unsaturated cooling water flows from the lower tie plate of the fuel assembly into the fuel rod gap, and is heated and boiled as it flows between the fuel rods from the lower part to the upper part, resulting in a steam void. And flows out of the upper tie plate as a two-phase flow of water and water. The void fraction is 0% at the lower part of the fuel assembly but reaches about 70% at the upper part. That is,
The ratio of the number of hydrogen (H) to the number of heavy metal atoms (U) (H / U ratio) in the lower part and the upper part of the fuel rod is different. In the lower portion of the fuel assembly having a high H / U ratio, the average neutron energy is reduced, and the fission reaction with the nuclear fuel material is promoted. In the upper portion of the fuel assembly having a low H / U ratio, the fission reaction between the neutron and the nuclear fuel material is suppressed. You. As a result, the linear power density is higher at the lower part of the fuel assembly than at the upper part of the fuel assembly, and the power distribution in the axial direction of the fuel rod becomes non-uniform. The uneven power distribution also occurs in the radial direction of the fuel assembly. 8 × 8,9 × 9,10
The outermost periphery of the fuel rods arranged in a square lattice such as × 10 is F
It is surrounded by CB, and a water gap is formed between adjacent FCBs. That is, since the H / U ratio at the outermost periphery of the fuel assembly is higher than that inside the fuel assembly, the linear output density becomes higher. It is necessary to increase the uranium enrichment in order to achieve long-term operation cycles and high fuel burnup, and in fuel assemblies with high uranium enrichment, such uneven power density distribution will be further expanded. Become. In order to flatten the power distribution in the axial and radial directions, the shape and arrangement of the water rod, the distribution of uranium enrichment, the fuel length and the burnable poison such as Gd and B are changed. Is used to prevent local output peaking in the early stage of combustion.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来技術は
いずれも要素技術である。ある要素技術が優れていても
燃料集合体の一部でも不都合があると高燃焼度燃料集合
体を実現することは出来ない。例えば、特開昭59−2294
75号公報においてはチャンネルボックスの結晶方位の配
向としてFL値を0.15〜0.5に制御して照射成長及
び曲がり変形を防止する旨開示されているが、配向率と
して板厚方向の値(Fr値)が重要である。また、燃料
棒が照射成長し初期長さより長くなる。その結果、以下
に記す様な不都合が発生する。燃料棒下部は、下部タイ
プレートに固定されているので、長くなった燃料棒は上
部タイプレートを押し上げる。チャンネルボックス上部
は上部タイプレートに固定され、チャンネルボックス下
部は下部タイプレートに挿入されている為、燃料棒の照
射成長によってチャンネルボックスは上方に押し上げら
れ、燃焼度末期においては、下部タイプレートとチャン
ネルボックスとの嵌め代が著しく減少する。高燃焼度燃
料においては、燃料棒の照射成長量も大きい為、下部タ
イプレートとチャンネルボックスとの嵌め代を超えてチ
ャンネルボックスが上方に押し上げられるという問題が
ある。本発明の目的は高燃焼度用燃料集合体を提供する
ことにある。
The above-mentioned prior arts are all elemental technologies. Even if a certain elemental technology is excellent, even if a part of the fuel assembly is inconvenient, a high burnup fuel assembly cannot be realized. For example, JP-A-59-2294
No. 75 discloses that the FL value is controlled to 0.15 to 0.5 as the orientation of the crystal orientation of the channel box to prevent irradiation growth and bending deformation. (Fr value) is important. Further, the fuel rod grows by irradiation and becomes longer than the initial length. As a result, the following inconveniences occur. Since the lower fuel rod is fixed to the lower tie plate, the longer fuel rod pushes up the upper tie plate. Since the upper part of the channel box is fixed to the upper tie plate, and the lower part of the channel box is inserted in the lower tie plate, the channel box is pushed upward by the irradiation growth of the fuel rods. The fitting allowance with the box is significantly reduced. In the case of the high burn-up fuel, since the irradiation growth amount of the fuel rod is large, there is a problem that the channel box is pushed upward beyond the fitting allowance between the lower tie plate and the channel box. An object of the present invention is to provide a fuel assembly for high burnup.

【0007】また、チャンネルボックス内の限定された
空間に所定量以上のウランを装荷しようとすると、燃料
被覆管,スペーサ等、ジルコニウム合金部材の肉厚を減
ずる必要がある。何故ならば、正方格子状の燃料棒配列
数の増加,水ロッドの形状の多様化に伴って、従来通り
の厚さの燃料被覆管,スペーサではウラン装荷スペース
が減少する為である。燃料被覆管,スペーサ等、ジルコ
ニウム合金部材の肉厚を減ずると、特に、肉厚減少によ
る水素脆化が懸念される。炉水との腐食反応により水素
が発生し一部は部材に吸収されるが、吸収水素量が同じ
であっても、肉厚が薄いと部材の水素濃度は高くなる。
高燃焼度まで使用される燃料集合体部材の腐食は従来よ
りさらに進行する為、高燃焼度用燃料被覆管,スペーサ
にはより高い耐食性とより低い水素吸収特性が要求され
る。本発明の目的は、燃料集合体部材の耐食性,耐水素
吸収性,照射成長に起因するチャンネルボックスの曲が
り変形を最適化した高燃焼度用燃料集合体を提供するこ
とにある。
In order to load uranium of a predetermined amount or more in a limited space in the channel box, it is necessary to reduce the thickness of a zirconium alloy member such as a fuel cladding tube and a spacer. This is because the uranium loading space is reduced in the conventional fuel cladding tubes and spacers with the increase in the number of fuel rods arranged in a square lattice and the diversification of the shape of the water rods. When the thickness of the zirconium alloy member such as the fuel cladding tube and the spacer is reduced, hydrogen embrittlement due to the reduced thickness is particularly concerned. Hydrogen is generated by the corrosion reaction with the reactor water and a part of the hydrogen is absorbed by the member. However, even if the amount of absorbed hydrogen is the same, if the wall thickness is small, the hydrogen concentration of the member increases.
Corrosion of the fuel assembly members used up to a high burnup proceeds further than before, and therefore, higher corrosion resistance and lower hydrogen absorption characteristics are required for the high burnup fuel cladding tubes and spacers. An object of the present invention is to provide a fuel assembly for high burnup in which the corrosion resistance and hydrogen absorption resistance of a fuel assembly member and the bending deformation of a channel box caused by irradiation growth are optimized.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、ジルコニウム
基合金製被覆管内に核燃料が装荷される複数本の燃料棒
と、該燃料棒を所望の位置に配置するスペーサと、該配
置された燃料棒をその上端と下端で支持する上部タイプ
レート及び下部タイプレートと、前記スペーサ内に配置
されたジルコニウム基合金製ウォータロッドとを一体に
集合させその外周を被うジルコニウム基合金製チャンネ
ルボックスとを備え、50〜55GWd/tの燃焼度に
さらされる燃料集合体において、前記被覆管は外表面の
錫,鉄及びニッケルの固溶量がその内表面の前記合金元
素の固溶量より高くなっており、前記チャンネルボック
ス及びウォータロッドはその板厚方向の〈0001〉結
晶方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50であり、
前記チャンネルボックスの角部が辺部より厚肉であり、
前記被覆管,スペーサ及びチャンネルボックスは、重量
で、錫1〜2%,鉄0.20〜0.50%,クロム0.0
5〜0.15%及びニッケル0.03〜0.16%及び残
部が実質的にジルコニウムからなる。特に、これらはα
相のジルコニウム結晶粒内に微細な錫とニッケルの金属
間化合物がきわめて微細に析出していることを特徴とす
る燃料集合体にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a zirconium-based alloy cladding tube, a spacer for arranging the fuel rods at desired positions, and the arranged fuel. An upper tie plate and a lower tie plate supporting the rod at the upper and lower ends thereof, and a zirconium-based alloy channel box covering the outer periphery of the zirconium-based alloy water rods arranged in the spacer integrally. In the fuel assembly provided with a burnup of 50 to 55 GWd / t , the cladding tube has a higher solid solution amount of tin, iron and nickel on the outer surface than a solid solution amount of the alloy element on the inner surface. The channel box and the water rod have an orientation ratio (Fr value) of the <0001> crystal orientation in the plate thickness direction of 0.25 to 0.50,
The corners of the channel box are thicker than the sides,
The cladding tubes, spacers and a channel box, by weight, of tin 1-2%, iron from 0.20 to 0.50%, chromium 0.0
5 to 0.15% and 0.03 to 0.16% nickel and the balance substantially zirconium. In particular, these are α
The fuel assembly is characterized in that fine intermetallic compounds of tin and nickel are extremely finely precipitated in the zirconium crystal grains of the phase.

【0009】本発明は、前述の燃料集合体において、前
記被覆管は厚さの半分以下の厚さで焼入れが施され外表
面の合金元素の固溶量がその内表面の前記合金元素の固
溶量より高くなっているのが好ましい。
According to the present invention, in the above-described fuel assembly, the cladding tube is quenched to a thickness of not more than half of the thickness, and the solid solution amount of the alloy element on the outer surface is increased by the solid solution of the alloy element on the inner surface. Preferably, it is higher than the dissolution amount.

【0010】前記スペーサは最終熱間加工後にα+β相
又はB相温度領域より急冷される焼入れ処理される。
After the final hot working, the spacer is subjected to a quenching treatment in which the spacer is rapidly cooled from the α + β phase or B phase temperature range.

【0011】前記チャンネルボックス及びウォータロッ
ドは〈0001〉結晶方位の板厚(肉厚方向)方向の配
向率(Fr値)が0.25〜0.50、長手方向(又は圧
延方向)の配向率(FL値)が0.203〜0.36及び
幅方向(圧延方向に直角な方向)の配向率(Ft値)が
0.25〜0.36であるのが好ましい。
The channel box and the water rod have an orientation ratio (Fr value) of 0.25 to 0.50 in the thickness direction (thickness direction) of the <0001> crystal orientation and an orientation ratio in the longitudinal direction (or rolling direction). It is preferable that (FL value) is 0.203 to 0.36 and the orientation ratio (Ft value) in the width direction (direction perpendicular to the rolling direction) is 0.25 to 0.36.

【0012】前述のβ焼入れされるジルコニウム基合金
よりなる部材はβ相Zr平均粒径は50〜300μmが
好ましい。
The member made of the zirconium-based alloy to be β-quenched preferably has a β-phase Zr average particle size of 50 to 300 μm.

【0013】本発明は、ジルコニウム基合金製被覆管内
に核燃料が装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所
望の位置に配置するスペーサと、該配置された燃料棒を
その上端と下端で支持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートと、前記スペーサ内に配置されたジルコニウ
ム基合金製ウォータロッドとを一体に集合させその外周
を被うジルコニウム基合金製チャンネルボックスとを備
え、45GWd/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合
体において、前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及
びニッケルの固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶
量より高くなっており、前記チャンネルボックスは角部
が辺部より厚肉である角筒管からなり、前記チャンネル
ボックス及びウォータロッドはその板厚方向の〈000
1〉結晶方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50で
あり、前記被覆管,チャンネルボックス及びウォータロ
ッドは重量で、錫1.2〜1.7%,鉄0.07〜0.20
%,クロム0.05〜0.15%,ニッケル0.03〜0.
08%及び残部が実質的にジルコニウム及び前記スペー
サが重量で、錫1〜2%,鉄0.20〜0.50%,クロ
0.05〜0.15,ニッケル0.03〜0.16%及び
残部が実質的にジルコニウムからなることを特徴とする
燃料集合体にある。
According to the present invention, a plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, a spacer for arranging the fuel rods at desired positions, and upper and lower ends of the arranged fuel rods are provided. And a zirconium-based alloy channel box that assembles integrally with a zirconium-based alloy water rod disposed in the spacer and covers the outer periphery of the upper tie plate and the lower tie plate supported in the spacer, up to 45 GWd / t. In the fuel assembly exposed to the burnup, the cladding tube is quenched, and the solid solution amount of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution amount of the alloy element on the inner surface, and the channel box Is formed of a rectangular tube whose corners are thicker than the sides, and wherein the channel box and the water rod have a thickness of <000 in the thickness direction.
1> The orientation ratio (Fr value) of the crystal orientation is 0.25 to 0.50, and the cladding tube, the channel box and the water rod are tin 1.2 to 1.7% by weight, iron 0.07 to 0.20
%, Chromium 0.05 to 0.15%, nickel 0.03 to 0.1%
08% and the balance is the weight substantially zirconium and the spacer, tin 1-2%, iron from 0.20 to 0.50%, Black
Arm 0.05-0.15, in the fuel assembly, characterized in that 0.03 to 0.16 percent nickel and the balance being substantially zirconium.

【0014】本発明は、ジルコニウム基合金製被覆管内
に核燃料が装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所
望の位置に配置するスペーサと、該配置された燃料棒を
その上端と下端で支持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートと、前記スペーサ内に配置されたジルコニウ
ム基合金製ウォータロッドとを一体に集合させその外周
を被うジルコニウム基合金製チャンネルボックスとを備
え、38GWd/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合
体において、前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及
びニッケルの固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶
量より高くなっており、前記チャンネルボックスは角部
及び辺部がほぼ均等の肉厚のストレートな溶接された角
筒管からなり、前記チャンネルボックス及びウォータロ
ッドはその板厚方向の〈0001〉結晶方位の配向率
(Fr値)が0.25〜0.50であり、前記被覆管,ス
ペーサ,チャンネルボックス及びウォータロッドは重量
で、錫1.2〜1.7%,鉄0.07〜0.20%,クロム
0.05〜0.15%,ニッケル0.03〜0.08%及び
残部が実質的にジルコニウムからなることを特徴とする
燃料集合体にある。
According to the present invention, a plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, a spacer for arranging the fuel rods at desired positions, and upper and lower ends of the arranged fuel rods are provided. And a zirconium-based alloy channel box that assembles integrally with a zirconium-based alloy water rod placed in the spacer and covers the outer periphery of the upper tie plate and the lower tie plate supported in the spacer, up to 38 GWd / t. In the fuel assembly exposed to the burnup, the cladding tube is quenched, and the solid solution amount of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution amount of the alloy element on the inner surface, and the channel box Consists of a straight welded rectangular tube with a substantially uniform thickness at the corners and sides. The channel box and water rod are Has a <0001> crystal orientation orientation ratio (Fr value) of 0.25 to 0.50, and the cladding tube, the spacer, the channel box and the water rod are tin 1.2 to 1.7% by weight and iron A fuel assembly comprising 0.07 to 0.20%, 0.05 to 0.15% chromium, 0.03 to 0.08% nickel and the balance substantially zirconium.

【0015】前記スペーサは最終熱間加工後にα+β相
又はβ相温度領域より急冷される焼入れ処理が施される
のが好ましい。
Preferably, the spacer is subjected to a quenching treatment after the final hot working in which the spacer is rapidly cooled from the α + β phase or β phase temperature range.

【0016】本発明は、ジルコニウム基合金製被覆管内
に核燃料が装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所
望の位置に配置するスペーサと、該配置された燃料棒を
その上端と下端で支持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートと、前記スペーサに配置されたジルコニウム
基合金製ウォータロッドとを一体に集合させその外周を
被うジルコニウム基合金製チャンネルボックスとを備
え、32GWd/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合
体において、前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及
びニッケルの固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶
量より高くなっており、前記チャンネルボックスは角部
及び辺部がほぼ均等の肉厚のストレートな溶接された角
筒管からなり、前記チャンネルボックス及びウォータロ
ッドはその板厚方向の〈0001〉結晶方位の配向率
(Fr値)が0.25〜0.50であり、前記被覆管、又
は被覆管及びチャンネルボックスは重量で、錫1.2〜
1.7%,鉄0.07〜0.20%,クロム0.05〜0.
15%,ニッケル0.03〜0.08%及び残部が実質的に
ジルコニウムからなることを特徴とする燃料集合体にあ
る。
According to the present invention, a plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, a spacer for arranging the fuel rods at a desired position, and the upper and lower ends of the arranged fuel rods are provided. And a zirconium-based alloy channel box that assembles integrally with a zirconium-based alloy water rod disposed on the spacer and covers the outer periphery of the upper tie plate and the lower tie plate supported by the spacer, and has a capacity of up to 32 GWd / t. In the fuel assembly exposed to the burnup, the cladding is quenched so that the solid solution amount of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution amount of the alloy element on the inner surface, and the channel box is The channel portion and the water rod are made of a straight welded rectangular tube having a substantially uniform thickness at the corners and sides. <0001> orientation ratio of crystal orientation (Fr value) of 0.25 to 0.50, the cladding tube, also
Is the cladding tube and channel box by weight, tin 1.2-
1.7%, iron 0.07 to 0.20%, chromium 0.05 to 0.5%
15% in fuel assemblies from 0.03 to 0.08 percent nickel and the balance being substantially <br/> zirconium arm or Ranaru.

【0017】このスペーサにおいても最終熱間加工後に
α+β相又はβ相温度領域より急冷される焼入れ処理が
施されるが好ましい。
This spacer is also preferably subjected to a quenching process of rapidly cooling from the α + β phase or β phase temperature range after the final hot working.

【0018】本発明に係るチャンネルボックスは、前記
ジルコニウム基合金からなる板材を曲げ加工によりコの
字型部材とし、該コの字型部材を溶接接続して角筒長尺
部材とした後、該角筒長尺部材を長手方向に移動しなが
ら連続的にβ相温度領域で短時間局部的に加熱保持する
とともに該加熱された部分を冷媒によって強制的に冷却
させることにより前記ジルコニウム基合金の〈000
1〉結晶方位の板厚方向の配向率(Fr値)を0.25
〜0.50とするものである。
In the channel box according to the present invention, the plate made of the zirconium-based alloy is bent into a U-shaped member, and the U-shaped member is welded and connected to form a rectangular tube long member. The zirconium-based alloy of the zirconium-based alloy is moved by longitudinally moving the rectangular cylindrical long member, continuously heating and holding the same locally in the β-phase temperature region for a short period of time, and forcibly cooling the heated portion with a refrigerant. 000
1> The orientation ratio (Fr value) of the crystal orientation in the thickness direction is 0.25.
To 0.50.

【0019】本発明に係る被覆管は、前記ジルコニウム
基合金からなる最終熱間塑性加工後の厚肉素管又は該加
工後最終冷間塑性加工前のいずれかの段階で長手方向に
移動しながら連続的に(α+β)相又はβ相温度領域で
管内面を冷却しながら管外面を短時間局部的に加熱保持
するとともに該加熱された部分の管外面を冷媒によって
強制的に冷却させる焼入工程を有することを特徴とす
る。
The cladding tube according to the present invention is a thick-walled tube made of the zirconium-based alloy after the final hot plastic working or is moved in the longitudinal direction at any stage after the working and before the final cold plastic working. A quenching step in which the tube outer surface is locally heated and held for a short time while the tube inner surface is continuously cooled in the (α + β) phase or β phase temperature region, and the heated tube outer surface is forcibly cooled by a refrigerant. It is characterized by having.

【0020】本発明に係るスペーサは、前記ジルコニウ
ム基合金からなる最終熱間塑性加工後の厚肉素管又は該
加工後最終冷間塑性加工前の薄肉管いずれかの段階で長
手方向に移動しながら連続的に(α+β)相又はβ相温
度領域に短時間局部的に加熱保持するとともに該加熱さ
れた部分を冷媒によって強制的に冷却させる焼入工程を
有するスペーサ用セルを備えたことを特徴とする前記管
に代えて板材からなり、前記焼入工程を有する板材によ
って前記セルを一体に構成する枠体を有することを特徴
とする。
The spacer according to the present invention moves in the longitudinal direction at any stage of the thick-walled tube made of the zirconium-based alloy after the final hot plastic working or the thin-walled tube after the working and before the final cold plastic working. A spacer cell having a quenching step of continuously heating and maintaining the (α + β) phase or β phase temperature region locally for a short time while forcibly cooling the heated portion with a refrigerant. And a frame formed integrally with the plate by a plate having the quenching step.

【0021】前記管に代えて板材からなり、前記焼入工
程を有する板材によって格子セル及び該セルを一体に構
成する枠体を備えたスペーサを有することを特徴とす
る。
[0021] In another aspect of the present invention, the tube is replaced with a spacer having a lattice cell and a frame integrally forming the cell by a plate having the quenching step.

【0022】本発明は、重量で、錫1〜2%,鉄0.2
0〜0.50%,クロム0.05 〜0.15% ,ニッケ
ル0.03〜0.16%及び残部が実質的にジルコニウム
からなるジルコニウム基合金板よりなり、板厚方向の
〈0001〉結晶方位の配向率(Fr値)が0.25〜
0.50、長手方向(圧延方向)の配向率(FL値)が
0.25〜0.36及び幅方向(圧延方向に直角な方向)
の配向率(Ft値)が0.25〜0.36であることを特
徴とする燃料集合体用ウォータロッドにある。 更に本発
明は、重量で、錫1.2〜1.7%,鉄0.07〜0.20
%,クロム0.05〜0.15%,ニッケル0.03〜0.
08%及び残部が実質的にジルコニウムからなるジルコ
ニウム基合金板よりなり、板厚方向の〈0001〉結晶
方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50、長手方向
(圧延方向)の配向率(FL値)が0.25〜0.36 及
び幅方向(圧延方向に直角な方向)の配向率(Ft値)
が0.25〜0.36であることを特徴とする燃料集合体
用ウォータロッドにある。本発明に係るウォータロッド
は、前記ジルコニウム基合金からなる最終冷間塑性加工
された長尺管を長手方向に移動しながら連続的にβ相温
度領域で短時間局部的に加熱保持するとともに該加熱さ
れた部分を冷媒によって強制的に冷却させることにより
前記ジルコニウム基合金の〈0001〉結晶方位の管肉
厚方向の配向率(Fr値)を0.25〜0.50、管長手
方向の配向率(FL値)を0.25〜0.36 及び管周
方向の配向率(Ft値)を0.25〜0.36とする工程
を有することを特徴とする。
The present invention is based on the invention that, by weight, 1-2% tin, 0.2% iron.
0 to 0.50%, chromium 0.05 to 0.15%, nickel
0.03% to 0.16% and the balance substantially zirconium
Consisting of a zirconium-based alloy plate consisting of
<0001> Crystal orientation ratio (Fr value) of 0.25 or more
0.50, the orientation ratio (FL value) in the longitudinal direction (rolling direction)
0.25 to 0.36 and width direction (direction perpendicular to the rolling direction)
Has an orientation ratio (Ft value) of 0.25 to 0.36.
It is in the water rod for fuel assembly. In addition
Ming is tin 1.2 to 1.7% by weight, iron 0.07 to 0.20
%, Chromium 0.05 to 0.15%, nickel 0.03 to 0.1%
08% and the balance substantially zirconium
<0001> crystal in thickness direction
Orientation ratio (Fr value) 0.25 to 0.50, longitudinal direction
(Rolling direction) orientation ratio (FL value) is 0.25 to 0.36 and
Orientation ratio (Ft value) in the width and width direction (direction perpendicular to the rolling direction)
The fuel assembly has a diameter of 0.25 to 0.36.
On the water rod. The water rod according to the present invention, while moving in the longitudinal direction the final cold-plastically formed long tube made of the zirconium-based alloy, continuously and locally heats and maintains the heating in the β-phase temperature region for a short time. Forcibly cooling the zirconium-based alloy in the pipe thickness direction of the <0001> crystal orientation of the zirconium-based alloy in the pipe thickness direction (Fr value) from 0.25 to 0.50, (FL value) is 0.25 to 0.36 and the orientation ratio (Ft value) in the circumferential direction of the tube is 0.25 to 0.36.

【0023】(1)チャンネルボックスに用いられるジル
コニウム合金部材の変形は六方晶Zrの〈0001〉結
晶方位が部材表面に対しほぼ垂直に配向する為に起こ
る。六方晶格子が中性子照射を受けると〈0001〉方
向に収縮し、〈0001〉方向と垂直な方向に膨張す
る。より厳密に述べると、中性子照射により〈0001〉方
向に転位面(原子面)が導入され、上記特定方向への収
縮膨張が起こる。その結果、チャンネルボックス長手方
向及び幅方向に伸び,厚さ方向に収縮変形が起こる。燃
料棒は長手方向に伸びる。炉心中央に近い程高い中性子
を受け、炉心周辺部で低い。中性子照射量が急激に変化
する炉心周辺部に配置されたチャンネルボックスは炉心
中央側の面とその面に対向する面との間に伸び差が生
じ、曲がる。中性子照射によって生じる上記変形は体積
変化を伴わない変形であり、多結晶体の個々の結晶粒が
それぞれ特定方向に変形しても、その方向がランダムで
あれば全体的には変形しないに等しい。よって、照射成
長及び曲がりを抑制するには、結晶方位をランダム化す
るのが有効である。
(1) The deformation of the zirconium alloy member used for the channel box occurs because the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr is oriented substantially perpendicular to the member surface. Upon receiving neutron irradiation, the hexagonal lattice shrinks in the <0001> direction and expands in a direction perpendicular to the <0001> direction. Strictly speaking, neutron irradiation introduces a dislocation plane (atomic plane) in the <0001> direction, causing contraction and expansion in the specific direction. As a result, the channel box extends in the longitudinal direction and the width direction, and contracts in the thickness direction. The fuel rods extend longitudinally. Higher neutrons are received near the center of the core, and lower near the core. The channel box arranged around the core where the neutron irradiation amount changes rapidly has a difference in elongation between the surface on the center side of the core and the surface facing the surface, and is bent. The above deformation caused by neutron irradiation is a deformation that does not involve a change in volume. Even if individual crystal grains of the polycrystal are deformed in a specific direction, if the direction is random, it is equivalent to no deformation as a whole. Therefore, to suppress irradiation growth and bending, it is effective to randomize the crystal orientation.

【0024】本発明においては、チャンネルボックスの
ほかウォータロッドの結晶方位をランダム化し、燃料被
覆管の結晶方位はランダム化しない。その結果、燃料棒
のみが照射成長によって長くなり、チャンネルボックス
及びウォータロッドは長さが変化しない。上部タイプレ
ートに結合しているウォータロッドは長さが変化しない
ので上部タイプレートの位置も変化しない。燃料棒が伸
びても、燃料棒の上部端栓は上部タイプレートに結合し
ておらず、上部タイプレートに設けられた孔を貫通して
いるのみであるから、上部タイプレートを押し上げる力
は発生せず、上部タイプレートに結合しているチャンネ
ルボックスを上方に押し上げることはない。その結果、
嵌め代8が減少することはない。即ち、燃料棒の伸びの
問題は、燃料棒上部端栓が上部タイプレートから突き出
すことにより解消される。
In the present invention, the crystal orientation of the water rod as well as the channel box is randomized, and the crystal orientation of the fuel cladding tube is not randomized. As a result, only the fuel rods become longer due to the irradiation growth, and the lengths of the channel box and the water rod do not change. The position of the upper tie plate does not change because the water rod connected to the upper tie plate does not change in length. Even when the fuel rod is extended, the upper end plug of the fuel rod is not connected to the upper tie plate and only penetrates the hole provided in the upper tie plate, so that a force for pushing up the upper tie plate is generated. Without pushing up the channel box associated with the upper tie plate. as a result,
The fitting margin 8 does not decrease. That is, the problem of fuel rod elongation is eliminated by the fuel rod upper end plug protruding from the upper tie plate.

【0025】結晶方位の配向度の定量評価には、通常、
特定結晶面の反射及び透過X線の回折強度を測定し、
(数1)よりF値を算出する方法が一般的である。
For quantitative evaluation of the degree of orientation of crystal orientation, usually,
Measure the diffraction intensity of the reflected and transmitted X-rays of the specific crystal plane,
A method of calculating the F value from (Equation 1) is generally used.

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】(数1)において、φは特定方向(例えば
板表面と垂直方向)と特定結晶方位と(例えば〈000
1〉結晶方位)のなす角度であり、V(φ)はφ方向に
配向した結晶の体積率である。r方向,L方向,t方向
はそれぞれ互いに直角な板表面の法線方向(r),長手
(圧延)方向(L),幅方向(t)の配向率を各々F
r,FL及びFtとするとこれらをtotal した値は1と
なり、各値が1/3のとき結晶方位が完全にランダムに
なることを示すものである。
In equation (1), φ is a specific direction (for example, a direction perpendicular to the plate surface) and a specific crystal orientation (for example, <000
1> crystal orientation), and V (φ) is the volume fraction of the crystal oriented in the φ direction. In the r direction, L direction, and t direction, the orientation rates of the normal direction (r), the longitudinal (rolling) direction (L), and the width direction (t) of the plate surface perpendicular to each other are F, respectively.
Assuming that r, FL and Ft are used, the value obtained by totaling them is 1, and when each value is 1/3, it indicates that the crystal orientation is completely random.

【0028】冷間圧延により製造された板及び管の〈0
001〉結晶方位は板(管)表面法線方向(r方向)に配向
し、そのFr値は0.6〜0.7、FL値は0.05〜0.
15となる。炉心中央部で3サイクル照射後、炉周辺部
で1サイクル照射したチャンネルボックス及び炉心中央
部で4サイクル照射したチャンネルボックスの曲がり量
に及ぼすFr値の影響を示す計算結果を検討した。1サ
イクル:18ケ月運転とし、燃料集合体取り出し時の中
性子照射量は、約2×1022(n/cm2)である。これ
は、最も標準的なシャフリングパターンである。炉周辺
部における滞在サイクルが増加すると曲がり量はさらに
増加する。制御棒とチャンネルボックスとの間隙は燃料
装荷初期に約3.3mm あり、曲がり変形の他に膨らみに
よる変形分が約2.2mm である。即ち、炉心周辺領域を
経験したチャンネルボックスは、照射成長による曲がり
分が1.1mm になると、チャンネルボックスと制御棒は
干渉する。炉心周辺領域を経験するチャンネルボックス
のFr値は0.25 以上にランダム化する必要があるこ
とが分かる。また、炉心周辺領域を経験しないチャンネ
ルボックスのFr値は0.20 以上にランダム化する必
要があることが分かる。
<0 of plate and tube manufactured by cold rolling
001> The crystal orientation is oriented in the normal direction (r direction) of the plate (tube) surface, and its Fr value is 0.6 to 0.7 and FL value is 0.05 to 0.5.
It becomes 15. Calculation results showing the effect of the Fr value on the amount of bending of the channel box irradiated with one cycle at the periphery of the furnace and the channel box irradiated with four cycles at the center of the core after three cycles of irradiation at the center of the core were examined. One cycle: operation for 18 months, and the neutron irradiation amount at the time of removing the fuel assembly is about 2 × 10 22 (n / cm 2 ). This is the most standard shuffling pattern. The amount of bending further increases as the stay cycle in the furnace periphery increases. The gap between the control rod and the channel box is about 3.3 mm at the initial stage of fuel loading, and the amount of deformation due to bulging in addition to bending deformation is about 2.2 mm. That is, in the channel box which has experienced the core peripheral region, when the bending by irradiation growth becomes 1.1 mm, the channel box and the control rod interfere with each other. It can be seen that the Fr value of the channel box experiencing the core peripheral region needs to be randomized to 0.25 or more. Further, it can be seen that the Fr value of the channel box that does not experience the core peripheral region needs to be randomized to 0.20 or more.

【0029】結晶方位をランダム化するには、ジルコニ
ウム合金部材をβ相温度範囲(≧980℃)に加熱しβ
Zr結晶粒を成長させた後冷却する方法が有効である。
この熱処理により一定方向に配向した六方晶αZr結晶
粒は立方晶βZrへと変態し、冷却過程で再び六方晶α
Zrへと変態する。室温まで冷却された状態では結晶粒
の結晶系は加熱前と同様に六方晶αZrであるが、立方
晶βZrへと変態を経た部材の配向はランダム化してい
る。このランダム化は加熱温度が高い程、加熱時間が長
いほど進行する。Fr値≧0.20 となるためには、熱
処理パラメータ:Pが P=(3.5+logt)×log(T−980) t:加熱時間(h),T:加熱温度(℃) 0.8 以上となるように加熱温度,加熱時間を制御する
必要があり、好ましくはP≧1.5である。P=0.8の
時、βZr結晶粒の平均粒径は50μmとなり、P≧
1.5 の時βZr結晶粒の平均粒径は90μm以上とな
る。最大でも300μm以下とするのが好ましく、70
〜130μmが好ましい。
In order to randomize the crystal orientation, the zirconium alloy member is heated to the β phase temperature range (≧ 980 ° C.)
A method of cooling after growing Zr crystal grains is effective.
By this heat treatment, the hexagonal αZr crystal grains oriented in a certain direction are transformed into cubic βZr.
Transforms to Zr. In the state cooled to room temperature, the crystal system of the crystal grains is hexagonal αZr as before heating, but the orientation of the member transformed to cubic βZr is randomized. This randomization proceeds as the heating temperature is higher and the heating time is longer. In order for the Fr value to be equal to or greater than 0.20, the heat treatment parameter: P should be P = (3.5 + logt) × log (T-980) t: heating time (h), T: heating temperature (° C.) 0.8 or more It is necessary to control the heating temperature and the heating time so as to satisfy the following condition. Preferably, P ≧ 1.5. When P = 0.8, the average particle size of βZr crystal grains is 50 μm, and P ≧
At 1.5, the average particle size of the βZr crystal grains is 90 μm or more. It is preferably at most 300 μm or less.
130130 μm is preferred.

【0030】本発明のチャンネルボックス又はウォータ
ロッドのF値はFL0.25〜0.36,Ft0.25〜0.
36及びFr0.28〜0.50が好ましく、特に、Fr
はFt,FLより大きく、FL0.30〜0.35,Ft
0.30〜0.35,Fr0.30〜0.35が最も好まし
い。理想的には、いずれも0.3333 である。これら
のF値は加熱温度とその時間によって決められる。特
に、処理温度として、980〜1350℃で行うことが
できるが、好ましくは1050〜1150℃である。こ
のような温度で保持時間は1秒〜1分程度の短時間が好
ましい。
The F value of the channel box or the water rod of the present invention is FL 0.25 to 0.36, Ft 0.25 to 0.2.
36 and Fr 0.28 to 0.50 are preferred.
Is greater than Ft, FL, FL 0.30 to 0.35, Ft
0.30 to 0.35 and Fr 0.30 to 0.35 are most preferred. Ideally, both are 0.3333. These F values are determined by the heating temperature and the heating time. In particular, the treatment can be performed at a treatment temperature of 980 to 1350 ° C, and preferably 1050 to 1150 ° C. At such a temperature, the holding time is preferably as short as about 1 second to 1 minute.

【0031】本発明のチャンネルボックスの製造法とし
て、β相温度領域での加熱は板材を移動させながら誘導
コイルによって局部的に連続的に所望の保持時間加熱す
ると同時に加熱後に強制的に冷却するもので、このβ相
への加熱によって〈0001〉方位がランダムになるととも
に、高温高圧純水に対して耐食性の高いものが得られ
る。冷却は噴水によって行うのが好ましく、100℃/
秒以上特に、150℃/秒以上の冷却速度とするのがよ
い。加熱手段として他に赤外線,電気炉が用いられる。
As a method of manufacturing the channel box of the present invention, the heating in the β-phase temperature range is performed by heating the plate material locally and continuously for a desired holding time by an induction coil while simultaneously forcibly cooling after the heating. By heating the β phase, the <0001> orientation becomes random and a material having high corrosion resistance to high-temperature and high-pressure pure water can be obtained. Cooling is preferably performed by a fountain,
It is preferable to set the cooling rate to at least 150 ° C./sec. Infrared and electric furnaces are also used as heating means.

【0032】β相温度領域での加熱に際してZr基合金
より熱膨脹係数の大きい部材によって固定し拘束して行
うのがよく、特に管状部材の場合にはその内部に部材内
面に全面が接触しないよう熱の影響を少なくして部分的
に接するようにした金属部材を挿入するとともに両端を
互いに固定して加熱,冷却に際して管状部材が変形しな
いようにして加熱及び冷却を行うのが好ましい。このよ
うな拘束部材を設けることによって加熱及び冷却が容易
に行うことができる。拘束部材としてSUS304,316,
347等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。
When heating in the β-phase temperature region, it is preferable to fix and restrict the member by using a member having a larger thermal expansion coefficient than that of the Zr-based alloy. Particularly, in the case of a tubular member, heat is applied so that the entire surface does not contact the inner surface of the member. It is preferable to insert a metal member that is partially in contact with each other and to fix both ends to each other to perform heating and cooling so that the tubular member is not deformed during heating and cooling. By providing such a restraining member, heating and cooling can be easily performed. SUS304,316,
Austenitic stainless steel such as 347 is preferred.

【0033】β相熱処理後、次いで全体を均一に加熱す
る焼鈍が行われる。焼鈍は500〜650℃で行われ
る。この焼鈍に際しても前述の拘束部材によって拘束し
て行うのが好ましく、それによって管状部材の整形を行
うことができる。これらの熱処理は非酸化性雰囲気中で
行われ、特にAr中で行うのが好ましい。
After the β-phase heat treatment, annealing for uniformly heating the whole is performed. Annealing is performed at 500 to 650 ° C. It is preferable that the annealing is also performed by restraining by the above-described restraining member, so that the tubular member can be shaped. These heat treatments are performed in a non-oxidizing atmosphere, particularly preferably in Ar.

【0034】最終熱処理後は、サンドブラスト及び酸洗
によって表面の酸化皮膜が除去される。酸化皮膜が除去
された後、オートクレーブによって表面が酸化処理さ
れ、表面に安定な酸化皮膜が形成され、最終製品とされ
る。また、前述の両端部で固定するためのネジ穴等の端
部は除去されて使用される。
After the final heat treatment, the oxide film on the surface is removed by sandblasting and pickling. After the oxide film is removed, the surface is oxidized by an autoclave, and a stable oxide film is formed on the surface to obtain a final product. In addition, the ends such as the screw holes for fixing at the both ends described above are used after being removed.

【0035】本発明のチャンネルボックスは2個のコの
字型部材を突合わせしプラズマ溶接されて角筒とした
後、この溶接部を平坦化して、使用される。この角筒の
熱処理にはX字型の拘束部材が好ましい。本発明の熱処
理は板材の状態,コの字の状態又は溶接後の角筒の状態
のいずれでもよい。
The channel box of the present invention is used after two U-shaped members are butted and plasma-welded into a rectangular tube, and the welded portion is flattened. An X-shaped restraining member is preferable for the heat treatment of the square tube. The heat treatment of the present invention may be in any state of a plate material, a U-shape, or a rectangular tube after welding.

【0036】ウォータロッドの製造法としては、前述の
温度,時間で行うものであるが、本発明に係る被覆管と
同じように最終熱間加工後の素管から最終冷間加工後の
管のいずれの段階に対しても行うことができる。ただ
し、焼入後に冷間加工と焼鈍を施すと、結晶方位のラン
ダム化が異方性に変るので、耐食性を重視するものでは
このやり方でもよいが、チャンネルボックスと合わせた
最終冷間加工後に熱処理するやり方にするものが最も好
ましい。
The method of manufacturing the water rod is carried out at the above-mentioned temperature and time. However, as in the case of the cladding tube according to the present invention, the raw pipe after the final hot working to the pipe after the final cold working are manufactured. This can be done for any stage. However, if cold working and annealing are performed after quenching, randomization of crystal orientation changes to anisotropic, so if corrosion resistance is important, this method may be used, but heat treatment after final cold working with channel box Most preferred is the way that you do it.

【0037】(2)高耐食性,低水素吸収を達成するに
は、Sn1〜2%を含み、Fe0.2〜0.50%,好ま
しくは0.2〜0.35% 及びNi0.03〜0.16%
を含み、Crを含むもの又はCrを含まないジルコニウ
ム基合金とすることが重要である。特に、これらの元素
からなる合金が好ましい。かかる高耐食高Fe−Ni合
金部材をBWR環境下において使用してもノジュラー腐
食は発生せず、水素吸収量も現用ジルカロイからなる部
材に比べて著しく低下する。
(2) In order to achieve high corrosion resistance and low hydrogen absorption, Sn contains 1 to 2%, Fe 0.2 to 0.50%, preferably 0.2 to 0.35%, and Ni 0.03 to 0.3%. .16%
It is important to use a Cr-containing or Cr-free zirconium-based alloy. In particular, alloys composed of these elements are preferable. Nodular corrosion does not occur even when such a high corrosion-resistant and high-Fe-Ni alloy member is used in a BWR environment, and the hydrogen absorption amount is significantly reduced as compared with a member made of a current Zircaloy.

【0038】ジルコニウム合金部材表面に形成される酸
化皮膜は酸素欠乏型(ZrO2-X)のn型半導体特性を有
する。酸素欠乏部はアニオン欠陥として酸化皮膜中に存
在する。アニオン欠陥は2個の電子によって補償されて
電気的中性が保たれている。酸化皮膜中にFe,Ni,
CrイオンがZrイオンの位置に置換すると酸素空孔が
形成されるが、この酸素空孔は2個の電子によって補償
されておらず、カチオン空孔となる。アニオン欠陥に付
随する2個の電子はエネルギー準位が高く、電位勾配に
従って移動し易いため酸化皮膜の電子伝導性を決定す
る。即ち、アニオン欠陥濃度が高い程、酸化皮膜の電子
伝導性も高い。逆に、カチオン空孔は電子のトラップサ
イトとなるので酸化皮膜の電子伝導性を低下させる。炉
水中におけるジルコニウム合金部材の腐食(酸化)は、
酸素空孔を介した皮膜中の酸素イオンによる金属側への
電荷移動と、電子による金属側から酸化皮膜表面への電
荷移動とのバランスにより決定されるので、前記2種類
の逆方向電荷移動の内、より遅い電荷移動が腐食速度の
律速となる。BWR環境下では、電子による金属側から
酸化皮膜表面への電荷移動が律速となる。よって、酸化
皮膜中のFe,Ni,Crイオンの存在により電子伝導
性が低下すると、耐食性も向上する。酸化皮膜中にF
e,Ni,CrイオンがZrイオンの位置に置換して存
在する為にはZr合金中でFe,Ni,Crが固溶して
存在するかあるいは微細な金属間化合物相として存在す
る必要があり、その量は現用ジルカロイ−2材より多く
均一に分散して存在する必要がある。水素吸収は、Zr
が水と反応し、腐食反応に伴って発生する水素の一部が
合金部材中に吸収されることに起因する。耐食性が高ま
ると発生する水素量も減少し、水素吸収量も低下する。
The oxide film formed on the surface of the zirconium alloy member has oxygen-deficient (ZrO 2-x ) n-type semiconductor characteristics. The oxygen deficient part exists in the oxide film as an anion defect. The anion defect is compensated by two electrons, and the electrical neutrality is maintained. Fe, Ni,
Oxygen vacancies are formed when the Cr ions are substituted for Zr ions, but the oxygen vacancies are not compensated by the two electrons and become cation vacancies. The two electrons associated with the anion defect have a high energy level and easily move according to the potential gradient, and thus determine the electron conductivity of the oxide film. That is, the higher the anion defect concentration, the higher the electron conductivity of the oxide film. Conversely, the cation vacancies serve as electron trap sites, which lower the electron conductivity of the oxide film. Corrosion (oxidation) of zirconium alloy members in reactor water
It is determined by the balance between the charge transfer to the metal side by oxygen ions in the film through the oxygen vacancies and the charge transfer from the metal side to the oxide film surface by the electrons. The slower charge transfer determines the rate of corrosion. In a BWR environment, the rate of charge transfer by electrons from the metal side to the oxide film surface is limited. Therefore, when the electron conductivity decreases due to the presence of Fe, Ni, and Cr ions in the oxide film, the corrosion resistance also improves. F in the oxide film
In order for e, Ni, and Cr ions to be present at the position of Zr ions, Fe, Ni, and Cr must be present as a solid solution in the Zr alloy or exist as a fine intermetallic compound phase. , The amount thereof must be greater than that of the current Zircaloy-2 material and be dispersed uniformly. Hydrogen absorption is Zr
Reacts with water, and a part of hydrogen generated by the corrosion reaction is absorbed in the alloy member. As the corrosion resistance increases, the amount of generated hydrogen decreases, and the amount of absorbed hydrogen also decreases.

【0039】ノジュラー腐食は局部で上記腐食反応が進
行する現象であり、その原因は局部的に酸化皮膜中のZ
rに置換したFe,Ni,Crイオンが欠乏することに
ある。この様な欠乏を防止するには、合金中のこれら元
素の分布を均質化する必要がある。合金元素分布の均一
化には製造工程においてβ相温度及び/あるいはα+β
温度に加熱し急冷する熱処理を設けることが有効であ
る。この熱処理によって、合金元素を含む金属間化合物
相(Zr(Fe,Cr)2,Zr(Fe,Ni)2,Zr
2(Ni,Fe)等)を平均粒径が0.4μm 以下又はS
n・Ni金属間化合物を0.2μm 以下に微細化し、且
つ均一に分散させることができる。また、Fe/Ni比
を1.4 〜15、好ましくは10以下とし、かつ、Cr
を除去しないことが有効である。これら金属間化合物相
のうちZr(Fe,Cr)2(六方晶)が最も微細であり、
次いでZr(Fe,Ni)2(立方晶)であり、Zr2(N
i,Fe)(六方晶)が最も粗大である。Cr添加によ
り微細なZr(Fe,Cr)2(六方晶)が増加し、Fe
/Ni比の増加により粗大なZr2(Ni,Fe)に対す
る微細なZr(Fe,Ni)2の存在比率が高まる。これ
ら金属間化合物相の微細化及び均一分散化による耐食性
向上効果について以下に記述する。原子炉内においてジ
ルコニウム合金部材が中性子照射を受けると、金属間化
合物相の相安定性が低下し、Fe,Ni,Crは溶け出
しマトリックス中に固溶する。前述したように、Fe,
Ni,Crが固溶することにより、酸化皮膜中でZrの
格子位置に置換し電子伝導性を低下させる効果が得られ
る。金属間化合物相の微細化によりその表面積が増加
し、溶け出しが促進され、Fe,Ni,Crの固溶濃度
が高まる。均一分散化により固溶濃度も均一化し、酸化
皮膜の電子伝導性の均一性が高まり、ノジュラー腐食が
防止される。以上述べた理由によりジルコニウム合金部
材の耐食性(耐ノジュラー腐食性),耐水素吸収性が向
上する。その結果、ジルコニウム合金部材の肉厚を薄く
することが可能となる。
Nodular corrosion is a phenomenon in which the above-mentioned corrosion reaction progresses locally, and the cause is locally caused by Z in the oxide film.
Fe, Ni, and Cr ions substituted with r are deficient. To prevent such a deficiency, it is necessary to homogenize the distribution of these elements in the alloy. In order to make alloy element distribution uniform, β phase temperature and / or α + β
It is effective to provide a heat treatment of heating to a temperature and rapidly cooling. By this heat treatment, the intermetallic compound phase containing the alloy element (Zr (Fe, Cr) 2 , Zr (Fe, Ni) 2 , Zr
2 (Ni, Fe) etc.) having an average particle size of 0.4 μm or less or S
The n · Ni intermetallic compound can be finely divided to 0.2 μm or less and uniformly dispersed. Further, the Fe / Ni ratio is set to 1.4 to 15, preferably 10 or less, and
It is effective not to remove. Among these intermetallic compound phases, Zr (Fe, Cr) 2 (hexagonal) is the finest,
Next is Zr (Fe, Ni) 2 (cubic), and Zr 2 (N
i, Fe) (hexagonal) is the coarsest. By adding Cr, fine Zr (Fe, Cr) 2 (hexagonal) increases, and Fe
/ Ni ratio coarse Zr 2 (Ni, Fe) due to an increase in the fine Zr (Fe, Ni) for the existence ratio of 2 is increased. The effect of improving corrosion resistance by making these intermetallic compound phases finer and more uniformly dispersed will be described below. When a zirconium alloy member is irradiated with neutrons in a nuclear reactor, the phase stability of the intermetallic compound phase is reduced, and Fe, Ni, and Cr are dissolved and dissolved in the matrix. As described above, Fe,
When Ni and Cr form a solid solution, an effect of replacing the lattice position of Zr in the oxide film and lowering the electron conductivity can be obtained. The refinement of the intermetallic compound phase increases its surface area, promotes leaching, and increases the solid solution concentration of Fe, Ni, and Cr. By uniform dispersion, the solid solution concentration is also made uniform, the uniformity of the electronic conductivity of the oxide film is increased, and nodular corrosion is prevented. For the reasons described above, the corrosion resistance (nodular corrosion resistance) and the hydrogen absorption resistance of the zirconium alloy member are improved. As a result, the thickness of the zirconium alloy member can be reduced.

【0040】Snは1%以下では十分な耐食性,強度が
得られず、また逆に2%を越えてもそれ以上の顕著な効
果が得られないだけでなく、加工性を低めるので、1〜
2%とする。特に、1.2〜1.7%が好ましい。
If the content of Sn is less than 1%, sufficient corrosion resistance and strength cannot be obtained. Conversely, if it exceeds 2%, not only a remarkable effect cannot be obtained but also the workability is lowered.
2%. In particular, it is preferably 1.2 to 1.7%.

【0041】Feは耐食性,耐水素吸収性を高めるのに
0.20% 以上必要であるが、逆に0.50% を越えて
添加してもそれ以上の顕著な効果はなく、加工性を低め
るので、0.50% 以下とする。特に、0.20〜0.3
5%、より0.22〜0.30%が好ましい。
Fe is required to be 0.20% or more to enhance corrosion resistance and hydrogen absorption resistance. Conversely, even if added over 0.50%, there is no remarkable effect, and the workability is not improved. Since it is lowered, it is set to 0.50% or less. In particular, 0.20 to 0.3
5%, more preferably 0.22 to 0.30%.

【0042】Niは微量で耐食性を顕著に高めるのに
0.03% 以上含有されるが、逆に水素吸収を促進して
脆化を起こすので、0.16% 以下とする。特に0.0
5 〜0.10% が好ましい。
Ni is contained in a very small amount in an amount of not less than 0.03% to remarkably enhance the corrosion resistance, but is conversely promoted in hydrogen absorption to cause embrittlement. Especially 0.0
It is preferably from 5 to 0.10%.

【0043】本発明のZr基合金はCrを0.05〜0.
15%を含むことができる。Crは耐食性、強度を高め
るのに0.05%以上必要であるが、逆に0.15%を越
えると加工性を低めるので0.05〜0.15%とする。
The Zr-based alloy of the present invention contains Cr in an amount of 0.05 to 0.5%.
15%. Cr is required to be 0.05% or more to increase the corrosion resistance and strength. Conversely, if it exceeds 0.15%, the workability is reduced.

【0044】本発明に係る合金は被覆管,スペーサ,チ
ャンネルボックス,ウオータロッドに用いることができ
る。前3者に本発明合金を用いることによって取出平均
燃焼度で50〜55GWd/tが可能になる。この場合
でもウォータロッドにはジルカロイ2合金が用いること
ができる。
The alloy according to the present invention can be used for cladding tubes, spacers, channel boxes, and water rods. The use of the alloy of the present invention for the former three makes it possible to achieve an average burnup of 50 to 55 GWd / t. Even in this case, Zircaloy-2 alloy can be used for the water rod.

【0045】本発明に係る燃料集合体に用いられるZr
基合金にはジルカロイ2(錫1.2〜1.7% ,鉄0.0
7〜0.20%,クロム0.05〜0.15%,ニッケル
0.03〜0.08% ,残部が実質的にジルコニウム)又は
ジルカロイ4(錫1.2〜1.7%,鉄0.18〜0.24%,
Ni0.007%以下及び残部が実質的にジルコニウ
ム)があり、これらは前述の合金と組合わせ取出平均燃
焼度に応じて使用される。
Zr used in the fuel assembly according to the present invention
Zircaloy 2 (tin 1.2-1.7%, iron 0.0)
7 ~ 0.20%, chromium 0.05 ~ 0.15%, nickel
0.03 to 0.08%, the balance being substantially zirconium) or zircaloy 4 (tin 1.2 to 1.7%, iron 0.18 to 0.24%,
Ni 0.007% or less and the balance substantially zirconium), which are used in combination with the above-mentioned alloys and depending on the average burn-up.

【0046】本発明に係る被覆管は、最終熱間加工後、
ジルコニウム基合金のα+β相又はβ相温度範囲から急
冷する処理を施し、その後冷間加工と焼なまし処理を繰
返すことにより製造されたものであるのが好ましい。特
に、α+β相温度からの急冷は、その後の冷間塑性加工
性がβ相急冷されたものに比較し高いことから好まし
い。
After the final hot working, the cladding tube according to the present invention
It is preferably manufactured by subjecting a zirconium-based alloy to a process of quenching from the α + β phase or β phase temperature range, and then repeating cold working and annealing. Particularly, rapid cooling from the α + β phase temperature is preferable because the subsequent cold plastic workability is higher than that of the β phase rapidly cooled.

【0047】合金は前述のβ相又はα+β相からの急冷
を施したものが好ましく、その処理は最後の熱間塑性加
工後最後の冷間塑性加工前に施すのが好ましく、特に最
初の冷間塑性加工前に施すのが良い。
The alloy is preferably subjected to quenching from the above-mentioned β phase or α + β phase, and the treatment is preferably carried out after the last hot plastic working and before the last cold plastic working. It is good to apply before plastic working.

【0048】α+β相は790〜950℃、β相は95
0℃を越える温度より1100℃以下とするのが好まし
く、これらの温度より流水,噴霧水等により急冷するの
が好ましい。特に、最初の冷間塑性加工前に行うのがよ
く、その場合素管内に水を流しながら外周より高周波加
熱により局部的に加熱する方法が好ましい。
Α + β phase is 790-950 ° C., β phase is 95
The temperature is preferably set to 1100 ° C. or lower from a temperature exceeding 0 ° C., and quenching is preferably performed from these temperatures by running water, spray water, or the like. In particular, it is preferable to carry out before the first cold plastic working, in which case it is preferable to locally heat the outer periphery by high frequency heating while flowing water through the raw tube.

【0049】この結果、管内面側が焼入れされず延性が
高く、外面側が焼入れされ、耐食性が高いうえ水素吸収
率の低いものが得られる。α+β相での加熱は温度によ
ってα相をβ相の形成量が異なるかつ、β相が主に形成
される温度を選ぶのが好ましい。α相は急冷しても変ら
ず、硬さの低い延性の高いものであり、β相に変った部
分からの急冷は硬さの高い針状の相が形成され、冷間加
工性が低い。しかし、α相がわずかながらでも混在する
ことによって高い冷間塑性加工性が得られ、耐食性及び
水素吸収率の低いものが得られる。β相として80〜9
5%の面積率になる温度で加熱し、急冷するのが好まし
い。加熱は短時間で行ない、5分以内、特に5秒〜1分
以内が好ましい。長時間の加熱は結晶粒が成長するとと
もに析出物が形成され、耐食性が低下するのでまずい。
As a result, the inner surface of the tube is not quenched, the ductility is high, the outer surface is quenched, and a material having high corrosion resistance and low hydrogen absorption is obtained. For heating in the α + β phase, it is preferable to select a temperature at which the formation amount of the α phase and the β phase is different depending on the temperature and at which the β phase is mainly formed. The α phase does not change even after quenching, and has a low hardness and high ductility. The quenching from the portion that has changed to the β phase forms a needle-like phase with high hardness and low cold workability. However, when the α-phase is slightly mixed, high cold plastic workability can be obtained, and low corrosion resistance and low hydrogen absorption can be obtained. 80-9 as β phase
It is preferable to heat at a temperature that results in an area ratio of 5% and rapidly cool. Heating is performed in a short time, and is preferably performed within 5 minutes, particularly preferably within 5 seconds to 1 minute. Prolonged heating is unfavorable because crystal grains grow and precipitates are formed, resulting in reduced corrosion resistance.

【0050】冷間加工後の焼なまし温度は500〜70
0℃が好ましく、特に550〜640℃が好ましい。64
0℃以下では耐食性の高いものが得られる。この加熱は
Ar中、又は高真空中で行うのが好ましい。真空度は1
-4〜10-5Torrが好ましく、焼なましによって合金表
面に酸化皮膜が実質的に形成されず、表面が無色の金属
光沢を示すものがよい。焼なまし時間は1〜5時間が好
ましい。
The annealing temperature after cold working is 500-70.
0 ° C is preferred, and particularly preferably 550-640 ° C. 64
If the temperature is 0 ° C. or lower, a material having high corrosion resistance can be obtained. This heating is preferably performed in Ar or in a high vacuum. The degree of vacuum is 1
It is preferably from 0 -4 to 10 -5 Torr, and it is preferable that an oxide film is not substantially formed on the surface of the alloy by annealing and the surface shows a colorless metallic luster. The annealing time is preferably 1 to 5 hours.

【0051】溶接はTIG,レーザビーム,電子ビーム
溶接によって行うのが好ましく、特にTIG溶接が良
い。端栓と被覆管とは同一組成の材料が好ましく、He
ガスが3〜20気圧で、燃焼度に応じて高い圧力封入さ
れる。
The welding is preferably performed by TIG, laser beam, or electron beam welding, and particularly preferably TIG welding. The end plug and the cladding tube are preferably made of the same material.
The gas is 3 to 20 atm and is filled with a high pressure according to the burnup.

【0052】(3)各燃焼度における材料と処理の組合わ
せ (イ)燃焼度50〜55GWd/t 被覆管,スペーサ,チャンネルボックスに前述の高耐食
高Fe−Ni系ジルコニウム基合金が用いられ、被覆管
及びスペーサに前述のα+β又はβ相での焼入れが施さ
れ、チャンネルボックスはβ相でのランダム化加熱処理
されたものが用いられている。ウォータロッドはジルカ
ロイ2が用いられ、β相でのランダム化熱処理が施さ
れ、軸方向肉厚分布を有し、コーナ部厚肉のものが用い
られる。ウォータロッドは上下タイプレートに連結固定
される。
(3) Combination of material and treatment at each burnup (a) Burnup 50 to 55 GWd / t The above-mentioned high corrosion resistant and high Fe-Ni based zirconium-based alloy is used for the cladding tube, the spacer, and the channel box. The cladding tube and the spacer are quenched in the aforementioned α + β or β phase, and the channel box used is a randomized heat treatment in the β phase. As the water rod, Zircaloy 2 is used, a randomized heat treatment is performed in the β phase, the wall rod has an axial thickness distribution, and a thick corner portion is used. The water rod is connected and fixed to the upper and lower tie plates.

【0053】(ロ)燃焼度45GWd/t 被覆管,チャンネルボックス及びウォータロッドにジル
カロイ2Zr基合金が用いられ、被覆管は前述のα+β
又はβ相焼入が施され、チャンネルボックス及びウォー
タロッドはβ相でのランダム化処理が施される。スペー
サは高耐食高Fe−Ni系ジルコニウム基合金が用いら
れ、α+β相又はβ相焼入れが施される。チャンネルボ
ックスはコーナが厚肉のものが用いられる。
(B) Burn-up 45 GWd / t Zircaloy 2Zr-based alloy is used for the cladding tube, the channel box and the water rod.
Alternatively, β-phase quenching is performed, and the channel box and the water rod are subjected to randomization in the β-phase. The spacer is made of a high corrosion-resistant and high-Fe-Ni-based zirconium-based alloy, and is subjected to α + β phase or β phase quenching. A channel box having a thick corner is used.

【0054】(ハ)燃焼度38GWd/t 被覆管,スペーサ,チャンネルボックス及びウォータロ
ッドにジルカロイ2合金が用いられ、被覆管及びスペー
サはα+β相又はβ相での焼入れが施され、チャンネル
ボックスはβ相でのランダム化熱処理が施されストレー
なものが用いられる。ウォータロッドはβ相でのラン
ダム化処理される。
(C) Burn-up 38 GWd / t Zircaloy 2 alloy is used for the cladding tube, spacer, channel box and water rod. The cladding tube and spacer are quenched in α + β phase or β phase, and the channel box is β Stray with randomized heat treatment in the phase
Door ones are used. Water rods randomized treatment with β phase is facilities.

【0055】(ニ)燃焼度32GWd/t 被覆管がジルカロイ2が用いられ、他はジルカロイ4が
用いられる。チャンネルボックスにはジルカロイ2が用
いることもできる。被覆管,スペーサはα+β相又はβ
相での焼入れが施され、チャンネルボックスはβ相での
ランダム化処理が施され、肉厚が一定のストレートなも
のが用いられる。ウォータロッドは前述と同様にβ相で
のランダム化処理される。スペーサは格子型のもの
が用いられ、板材によって格子状に溶接によって形成さ
れる。従って、その焼入れは板材によって行なわれ、焼
入れ後に冷間加工と焼鈍が必らず1回施すものである。
(D) Burn-up 32 GWd / t Zircaloy 2 is used for the cladding tube, and Zircaloy 4 is used for the others. Zircaloy 2 can also be used for the channel box. Clad tube and spacer are α + β phase or β
Phase hardening is performed, the channel box is subjected to randomization processing in the β phase, and a straight channel box having a constant thickness is used. Water rods randomized treatment with β-phase in the same manner as described above are facilities. The spacer is of a lattice type, and is formed by welding a plate material in a lattice shape. Therefore, the quenching is performed by a plate material, and cold working and annealing are necessarily performed once after quenching.

【0056】[0056]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施例1 (1)図1は本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の
断面図である。
Embodiment 1 (1) FIG. 1 is a sectional view of a fuel assembly for a boiling water reactor according to the present invention.

【0057】BWR燃料集合体は、図に示す様に多数の
燃料棒1とそれらを相互に所定の間隔で保持する複数段
のスペーサ7、更に、それらを収納する角筒のチャンネ
ルボックス4,燃料被覆管内に燃料ペレットが入った燃
料棒1の両端を保持する上部タイプレート5,下部タイ
プレート6,スペーサの中心部に配置されたウォータロ
ッド2,全体を搬送するためのハンドル11から構成さ
れる。また、これら燃料集合体の製造に際しては、通常
の工程を経て組立てられる。
As shown in the drawing, the BWR fuel assembly has a large number of fuel rods 1, a plurality of spacers 7 for holding them at a predetermined interval from each other, a rectangular channel box 4 for accommodating them, It is composed of an upper tie plate 5, a lower tie plate 6, which holds both ends of a fuel rod 1 in which a fuel pellet is contained in a cladding tube, a water rod 2, which is arranged at the center of a spacer, and a handle 11, which conveys the whole. . Further, when manufacturing these fuel assemblies, they are assembled through ordinary steps.

【0058】チャンネルボックス4はスペーサ7により
一体化された燃料棒およびウォータロッド2を内部に収
納し、上部タイプレート5と下部タイプレート6とはウ
ォータロッド2で固定した状態で使用される。チャンネ
ルボックス4は二分割したコの字型板加工材をプラズマ
溶接で接合した角筒形状を呈する。この部材はプラント
運転時に燃料棒表面で発生した蒸気及び燃料棒間を流れ
る高温水を整流し、強制的に上部へ導く働きをさせるも
のである。内部の圧力が外部よりわずかに高い為、角筒
を外側に押し広げる応力が作用した状態で長期間使用さ
れる。
The channel box 4 accommodates the fuel rod and the water rod 2 integrated by the spacer 7 therein, and the upper tie plate 5 and the lower tie plate 6 are used in a state of being fixed by the water rod 2. The channel box 4 has a rectangular tube shape obtained by joining two U-shaped plate processed materials by plasma welding. This member rectifies the steam generated on the fuel rod surface and the high-temperature water flowing between the fuel rods during operation of the plant, and forcibly guides it to the upper portion. Since the internal pressure is slightly higher than the external pressure, it is used for a long time in a state where a stress that pushes the rectangular cylinder outward is applied.

【0059】本発明における燃料集合体はウォータロッ
ド2がスペーサ7の中心部に対称に3本配置されてお
り、いずれも両端でタイプレートにネジで固定され、ま
たチャンネルボックス4が上部タイプレート5にネジ止
め固定され、燃料集合体がハンドル11によって一体で
運搬できる構造となっている。本実施例では燃料棒はタ
イプレートには固定はされていない。
In the fuel assembly of the present invention, three water rods 2 are symmetrically arranged at the center of the spacer 7, all of which are fixed to the tie plate with screws at both ends, and the channel box 4 is connected to the upper tie plate 5. And the fuel assembly is transported integrally by the handle 11. In this embodiment, the fuel rod is not fixed to the tie plate.

【0060】(2)チャンネルボックスは次の様に熱処理
が施され、板厚方向の〈0002〉結晶方位の配向率
(Fr値)が0.25〜0.5、長手方向の配向率(F
L)が0.203〜0.36、幅方向の配向率(Ft)が
0.25〜0.36とするものである。熱処理によりこの
ように配向させることにより、βZr結晶粒径が平均で
50〜300μmとなり、著しく照射伸びが防止され、
チャンネルボックスと制御棒との干渉が防止される。
(2) The channel box is heat-treated as follows, and the orientation ratio (Fr value) of the <0002> crystal orientation in the plate thickness direction is 0.25 to 0.5, and the orientation ratio (F in the longitudinal direction) is
L) is 0.203 to 0.36, and the orientation ratio (Ft) in the width direction is 0.25 to 0.36. By orienting in this way by heat treatment, the βZr crystal grain size becomes 50-300 μm on average, and irradiation elongation is significantly prevented,
Interference between the channel box and the control rod is prevented.

【0061】図2は、本発明に基づくチャンネルボック
ス製作の一例を示す斜視図である。合金組成として表1
に示すジルカロイ−C板材をコの字型に冷間曲げ加工
し、長さ:4mの2つのコの字型部材とし、これらをレ
ーザ又はプラズマ溶接して角筒12とした。溶接部の凹
凸は平坦に仕上げられる。この角筒12を高周波誘導加
熱によるβ相温度範囲への加熱及び高周波誘導加熱用の
コイル14の直下に設けた水噴射ノズル16から吹き付
ける冷却水で急冷した。角筒12が一定速度で上方から
下方へコイル内に通過することにより全体の熱処理が完
了する。加熱温度は1100℃,980℃以上の保持時
間は10秒以上となるように角筒12の送り速度及び高
周波電源15の出力を調整した。熱処理完了後、幅:4
0mm,長さ:40mmの試験片を切り出しF値を測定し
た。表2は、その測定結果を示す。熱処理パラメータ
(P)は1.96 である。熱処理はオーステナイトステ
ンレス鋼製のマンドレル18を角筒12にネジ3で両端
を固定して行なった。表からわかる様に6角柱の(00
02)底面、柱面が(1010)面共にF値としてF
r,FL及びFtのいずれもほぼ1/3となり、完全に
ランダムな結晶方位の配向となる。このもののβZr平
均結晶粒は約100μmであった。この熱処理を施した
後、高寸法精度に成形サンドブラスト処理及び酸洗を行
い、表面酸化膜を除去した後、水蒸気によるオートクレ
ーブ処理が施される。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of manufacturing a channel box according to the present invention. Table 1 as alloy composition
The Zircaloy-C plate shown in FIG. 1 was cold-bent into a U-shape to form two U-shaped members having a length of 4 m. The unevenness of the weld is finished flat. The square tube 12 was rapidly cooled by cooling water sprayed from a water injection nozzle 16 provided immediately below a coil 14 for heating to a β-phase temperature range by high-frequency induction heating and high-frequency induction heating. The entire heat treatment is completed when the square tube 12 passes from above to below at a constant speed into the coil. The feeding speed of the rectangular tube 12 and the output of the high frequency power supply 15 were adjusted so that the heating temperature was 1100 ° C. and the holding time at 980 ° C. or more was 10 seconds or more. After heat treatment, width: 4
A test piece of 0 mm and length: 40 mm was cut out and the F value was measured. Table 2 shows the measurement results. The heat treatment parameter (P) is 1.96. The heat treatment was performed by fixing both ends of the austenitic stainless steel mandrel 18 to the square tube 12 with the screws 3. As can be seen from the table, the hexagonal prism (00
02) Both the bottom surface and the columnar surface are (1010) planes as F values.
Each of r, FL, and Ft becomes substantially 1/3, and a completely random crystal orientation is obtained. The average grain size of βZr was about 100 μm. After performing this heat treatment, a molding sandblast treatment and an acid washing are performed with high dimensional accuracy, and after removing a surface oxide film, an autoclave treatment with steam is performed.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】図3〜図5はチャンネルボックスの斜視図
で、本実施例では図5の厚肉コーナ部20が辺部21の
肉厚より厚く、辺部が上部22でその下部23より薄肉
になっている長手方向肉厚分布を有するものにした。こ
のような成形加工は熱処理後に行われる。成形加工はマ
スキングして弗化水素と硝酸の混酸水溶液による化学エ
ッチング又は機械加工によって行われ、本実施例では外
面側を加工し凹したものである。このような肉厚分布は
内面側で凹にしてもよい。
FIGS. 3 to 5 are perspective views of the channel box. In this embodiment, the thick corner portion 20 of FIG. 5 is thicker than the side portion 21, the side portion is the upper portion 22 and the lower portion 23 is thinner. It has a thickness distribution in the longitudinal direction. Such a forming process is performed after the heat treatment. The forming process is performed by masking and chemical etching or mechanical processing using a mixed acid aqueous solution of hydrogen fluoride and nitric acid. In this embodiment, the outer surface side is processed and recessed. Such a thickness distribution may be concave on the inner surface side.

【0065】(3)図6は本発明に係る燃料棒の部分断面
図である。燃料棒は被覆管24,核燃料ペレット25,
端栓27,プレナムスプリング26からなり、内部にH
eが封入されている。本実施例では15〜25気圧のH
eが封入されている。被覆管24は次の様に製造され
る。被覆管24は内側に純Zrライナーが一体に設けら
れる。このライナーは以下の熱処理後の素管の段階で形
成され、冷間加工と焼鈍が施される。
(3) FIG. 6 is a partial sectional view of a fuel rod according to the present invention. Fuel rods are clad tube 24, nuclear fuel pellets 25,
An end plug 27 and a plenum spring 26 are provided.
e is enclosed. In this embodiment, H of 15 to 25 atm is used.
e is enclosed. The cladding tube 24 is manufactured as follows. The coating tube 24 is provided integrally with a pure Zr liner inside. This liner is formed at the stage of the tube after the heat treatment described below, and is subjected to cold working and annealing.

【0066】表3に示した各合金は熱間押出し加工によ
り外径:63.5mm,厚さ:10.9mmの管に加工した。
この素管を高周波誘導加熱コイル中に通過させるととも
に内部に水を下から上部へと流しながら加熱し、コイル
直下に設けたノズルから管外表面に水をふきつけて急冷
した。最高加熱温度は930℃のα+β相とし、930℃
から500℃までの平均冷却速度が約150℃/sであ
った。高周波焼入れ処理を施した素管をピルガーミルに
よる冷間圧延と600℃、真空中で焼鈍とを交互に3回
繰り返し(最終なまし温度は577℃とした。)て、燃
料被覆管及び丸型スペーサの形状の素材とした用いた。
スペーサの場合は素管内に水を流さずに加熱した。燃料
被覆管及びスペーサの形状の相違は管径及び肉厚であ
り、最終冷間圧延の加工度を変化させることにより管径
及び肉厚が異なる2種類の管を製造した。スペーサの外
径は被覆管より大きく、肉厚は被覆管より薄い。冷間加
工の断面減少率は1回当り70〜80%とした。ライナ
ーの厚さは約10〜100μmである。被覆管は内側は
特定の結晶方位を有し、Fr値で0.6〜0.7である。
Each of the alloys shown in Table 3 was formed into a tube having an outer diameter of 63.5 mm and a thickness of 10.9 mm by hot extrusion.
The tube was passed through a high-frequency induction heating coil and heated while flowing water from the bottom to the top. Water was wiped from the nozzle provided immediately below the coil to the outer surface of the tube to rapidly cool the tube. Maximum heating temperature is 930 ° C, α + β phase, 930 ° C
The average cooling rate from to 500 ° C. was about 150 ° C./s. The raw steel tube subjected to the induction quenching treatment was alternately subjected to cold rolling with a pilger mill and annealing in vacuum at 600 ° C. three times (final annealing temperature was 577 ° C.), thereby obtaining a fuel cladding tube and a round spacer. Was used as the material of the shape.
In the case of a spacer, heating was carried out without flowing water into the tube. The difference between the shapes of the fuel cladding tube and the spacer is the tube diameter and the wall thickness. By changing the degree of work in the final cold rolling, two types of tubes having different tube diameters and wall thicknesses were manufactured. The outer diameter of the spacer is larger than the cladding tube, and the thickness is smaller than the cladding tube. The cross-sectional reduction rate of the cold working was set to 70 to 80% per time. The thickness of the liner is about 10-100 μm. The cladding tube has a specific crystal orientation on the inside, and has a Fr value of 0.6 to 0.7.

【0067】このようにして製造した2種類の管より短
冊状の試験片を切り出し、500℃,10.3MPa の
高温高圧水蒸気環境下に24時間曝し、腐食による重量
増加及び腐食外観を調べた。表4はその結果を示す。
Strip-shaped test pieces were cut out from the two types of tubes manufactured as described above, and exposed to a high-temperature and high-pressure steam environment of 500 ° C. and 10.3 MPa for 24 hours, and the weight increase due to corrosion and the appearance of corrosion were examined. Table 4 shows the results.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】[0069]

【表4】 [Table 4]

【0070】表3より従来使用されてきたジルカロイ−
2及び−Dにはノジュラー腐食が発生し、高い腐食増量
値を示した。Fe/Ni比が1.4 より高く、且つF
e,Ni添加量がジルカロイ−2の規格範囲より高い合
金(ジルカロイ−A〜−C)においてはノジュラー腐食
は発生せず黒色の均一厚さの酸化皮膜が形成され、極め
て高い耐食性を示した。以上の結果より、Fe/Ni比
>1.4 とし、Crを添加し、且つジルカロイ−2の規
格範囲より高いFe,Ni添加量の合金は炉内で使用し
ても高い耐食性を示すことが分かる。この合金の6年後
の腐食量は約130mg/dm2 (酸化皮膜厚さ:8μ
m)と推定され、厚さ0.5mm のスペーサの水素濃度
は、約250ppm 以下となる。
From Table 3, it can be seen that zircaloy conventionally used
Nodular corrosion occurred in Nos. 2 and -D, and showed high corrosion weight increase values. Fe / Ni ratio higher than 1.4 and F
In alloys (Zircaloy-A to -C) in which the addition amount of e and Ni is higher than the standard range of Zircaloy-2, nodular corrosion did not occur, a black oxide film having a uniform thickness was formed, and extremely high corrosion resistance was exhibited. From the above results, alloys with Fe / Ni ratio> 1.4, Cr added, and Fe and Ni added higher than the standard range of Zircaloy-2 can exhibit high corrosion resistance even when used in a furnace. I understand. The corrosion amount of this alloy after 6 years is about 130 mg / dm 2 (oxide film thickness: 8 μm).
m), the hydrogen concentration of the 0.5 mm thick spacer is less than about 250 ppm.

【0071】被覆管及びスペーサのジルコニウム基合金
はα相ジルコニウム結晶粒内に粒径0.2μm 以下の錫
・ニッケル金属間化合物、粒径0.1〜0.5μmの鉄・
ニッケル・ジルコニウム金属間化合物を析出させること
が好ましい。本実施例では前者の粒径は約0.01μm
程度の極微細なものであった。
The zirconium-based alloy of the cladding tube and the spacer is a tin-nickel intermetallic compound having a particle size of 0.2 μm or less in the α-phase zirconium crystal grains and an iron / nickel compound having a particle size of 0.1 to 0.5 μm.
Preferably, a nickel-zirconium intermetallic compound is deposited. In the present embodiment, the former has a particle size of about 0.01 μm.
It was extremely fine.

【0072】(4)図7及び図8はウォータロッドの部分
断面図で、本実施例では図8の太径のものが用いられ
る。このものの合金は表1に示されるジルカロイ2が用
いられ、前述のように素管に対しα+β相又はβ相での
焼入れが施された後、所定の形状まで冷間加工と焼鈍が
施され、細径部28,太径部29,端栓30によって構
成される。端栓部30にはネジが設けられ、前述のよう
に上部と下部タイプレートに固定される。
(4) FIGS. 7 and 8 are partial cross-sectional views of a water rod. In this embodiment, the water rod having the large diameter shown in FIG. 8 is used. Zircaloy 2 shown in Table 1 is used as the alloy of the alloy, and after the raw tube is quenched in the α + β phase or the β phase as described above, cold working and annealing are performed to a predetermined shape, It is constituted by a small diameter portion 28, a large diameter portion 29, and an end plug 30. The end plug 30 is provided with a screw and is fixed to the upper and lower tie plates as described above.

【0073】(5)図9及び図10はスペーサの正面図
で、本実施例では図10の丸セル型が用いられ、前述の
表3の中のジルカロイBが用いられる。図11は丸セル
の斜視図であり、前述のようにα+β相からの焼入れの
熱処理を施した後冷間加工と焼鈍をくり返し薄肉管とし
たものを切断加工して所望の形状とするものである。
(5) FIGS. 9 and 10 are front views of the spacer. In this embodiment, the round cell type shown in FIG. 10 is used, and Zircaloy B in Table 3 is used. FIG. 11 is a perspective view of the round cell, which is subjected to a heat treatment of quenching from the α + β phase as described above, and then cold-worked and annealed repeatedly to form a thin-walled tube, thereby obtaining a desired shape by cutting. is there.

【0074】(6)前述の燃料棒には濃縮度約4.5% の
ウラン235が装荷され、これによって取出平均燃焼度
50〜55GWd/tが達成される。燃料の使用期間と
しては6年〜6年半位となる。端栓は突合わせレーザ溶
接される。
(6) The above-mentioned fuel rods are loaded with uranium 235 having an enrichment of about 4.5%, thereby achieving an average burnup of 50 to 55 GWd / t. The fuel usage period will be about 6 to 66 years. The end plugs are butt laser welded.

【0075】タイプレートにはC0.03% 以下、Si
2%以下,Mn2%以下,Ni8〜12%,Cr17〜
21%、残部がFeであるオーステナイト鋼鋳物が用い
られる。鋳物は1100℃での溶体化処理が施される。
The tie plate contains C 0.03% or less, Si
2% or less, Mn 2% or less, Ni 8 to 12%, Cr 17 to
An austenitic steel casting with 21% balance Fe is used. The casting is subjected to a solution treatment at 1100 ° C.

【0076】前述のチャンネルボックスに対し高速中性
子照射試験を行った結果、3×1022n/cm2 でのひずみ
量は0.3×10-4ときわめて少ないものであった。
As a result of performing a fast neutron irradiation test on the above-described channel box, the amount of strain at 3 × 10 22 n / cm 2 was extremely small at 0.3 × 10 -4 .

【0077】実験例1 前述の表1に示す合金を用い、表5に示す各熱処理を施
し、前述のチャンネルボックスに使用されるZr基合金
の結晶方位のランダム度と中性子照射による伸びとの関
係を調べた。結晶方位のランダム化は熱処理を変えるこ
とによって調整した。
Experimental Example 1 The relationship between the degree of randomness of the crystal orientation and the elongation due to neutron irradiation of the Zr-based alloy used in the channel box described above was subjected to the heat treatments shown in Table 5 using the alloys shown in Table 1 above. Was examined. The randomization of the crystal orientation was adjusted by changing the heat treatment.

【0078】[0078]

【表5】 [Table 5]

【0079】いずれの合金も厚さ2mmの板材であり、受
け入れ前に冷間圧延と650℃,2時間の焼鈍とを繰り
返し施されている。表5に示した熱処理No.2〜5は、
幅:40mm,長さ:40mmの試験片を受け入れ材から切
り出し、電気炉で加熱し、水中で冷却することにより行
ったものである。熱処理No.6は、赤外線加熱炉中に受
け入れ材から切り出した試験片を保持し水冷することに
より行ったものである。パラメータ:Pは前述の式によ
って算出した。
Each of the alloys is a plate having a thickness of 2 mm, and has been repeatedly subjected to cold rolling and annealing at 650 ° C. for 2 hours before receiving. The heat treatment Nos. 2 to 5 shown in Table 5 are as follows:
A test piece having a width of 40 mm and a length of 40 mm was cut out of a receiving material, heated in an electric furnace, and cooled in water. Heat treatment No. 6 was carried out by holding a test piece cut from the receiving material in an infrared heating furnace and cooling it with water. Parameter: P was calculated by the above equation.

【0080】表6はNo.1〜6熱処理材の6角柱の(0
002)底面(:(0001)面と平行)及び柱面が(1
010)面(:(0001)面と垂直)のF値測定結果
を示す。Fr値は板表面に垂直方向への、FL値は板圧
延方向への、Ft値は前2者に直交方向への配向確率を
示す。合金組成の変化によるF値の差は見られなかっ
た。通常の冷間圧延と焼鈍とを繰り返して製造した板材
(熱処理No.1)では、(0002)面のFr値は約
0.7と高く、柱面が(1010)面のは約0.15と低
いことから、(0002)面がほぼ板表面と平行に配向し
ていることが表6より分かる。900℃のα+β相温度
範囲へ加熱し水冷した板材(熱処理No.2)のF値も受
け入れ材の値とほぼ等しく、α+β相温度範囲への加熱
冷却では結晶方位の配向はほとんど変化しないことが分
かる。1000℃まで加熱し、β相温度範囲(>980
℃)に5秒保持した板材(熱処理No.6)は受け入れ材
に比べて(0002)面のFr値が減少し、FL値,F
t値が増加している。逆に、柱面が(1010)面のF
r値は増加し、FL値,Ft値が減少している。このこ
とからP値を0.8 以上とすることにより結晶方位をラ
ンダム化し、FL値が0.20 以上になることが分か
る。しかし、炉心周辺領域に配置される場合、チャンネ
ルボックスと制御棒とが干渉しない為の目標値:(00
02)面のFL値≧0.25を満足しない。熱処理No.
3〜5の板材はいずれもFL値≧0.25を満足し、炉
心周辺領域に配置されてもチャンネルボックスと制御棒
とが干渉しないこが分かる。
Table 6 shows (0) of hexagonal prisms of No. 1 to 6 heat-treated materials.
002) The bottom surface (parallel to the (0001) plane) and the columnar surface are (1)
The F-number measurement results of the (010) plane (: perpendicular to the (0001) plane) are shown. The Fr value indicates the orientation probability in the direction perpendicular to the sheet surface, the FL value indicates the orientation probability in the sheet rolling direction, and the Ft value indicates the orientation probability in the orthogonal direction to the former two. No difference in the F value due to the change in the alloy composition was found. In a sheet material (heat treatment No. 1) manufactured by repeating normal cold rolling and annealing, the Fr value of the (0002) plane is as high as about 0.7, and the (1010) plane has a Fr value of about 0.15. Table 6 shows that the (0002) plane is oriented substantially parallel to the plate surface. The F value of a sheet material (heat-treated No. 2) heated to 900 ° C. α + β temperature range and water-cooled is almost equal to the value of the receiving material, and the orientation of crystal orientation hardly changes by heating and cooling to α + β phase temperature range. I understand. Heat to 1000 ° C. and allow β phase temperature range (> 980
° C) for 5 seconds (heat treatment No. 6), the Fr value of the (0002) plane decreases compared to the receiving material, and the FL value, F
The t value has increased. Conversely, the column face is the (1010) plane F
The r value increases, and the FL value and the Ft value decrease. From this, it can be seen that by setting the P value to 0.8 or more, the crystal orientation is randomized, and the FL value becomes 0.20 or more. However, when it is arranged in the core peripheral region, a target value for preventing the channel box and the control rod from interfering with each other: (00
02) FL value of plane ≧ 0.25 is not satisfied. Heat treatment No.
It can be seen that the plate materials of Nos. 3 to 5 satisfy FL value ≧ 0.25, and the channel box and the control rod do not interfere with each other even if they are arranged in the core peripheral region.

【0081】[0081]

【表6】 [Table 6]

【0082】前述の熱処理によってFr値を変えて中性
子照射による照射成長ひずみ量を検討した。
The amount of growth strain caused by neutron irradiation was examined by changing the Fr value by the above-mentioned heat treatment.

【0083】図12は高速中性子照射量と照射成長ひず
みとの関係を示す線図である。図は炉心中央部で3サイ
クル照射後、炉周辺部で1サイクル照射したチャンネル
ボックス及び炉心中央部で4サイクル照射したチャンネ
ルボックスの曲り量に及ぼすFr値の影響を示す計算結
果である。図に示す如く、Fr値が0.4 を越えると中
性子照射量の増加とともに急激にひずみが増加するが、
0.4 以下では照射を受けてもひずみは飽和し、増加し
ないことが分る。特に、Fr=0.35 のものは〈00
01〉結晶方位が実質的にランダムに配向しているの
で、法線方向,長手方向及び板厚方向におけるひずみが
各結晶間で互いに相殺されるため0.5 ×10-4以下と
全く生じない。Fr=0.4 のものは照射量3×1022
n/cm2 まではひずみ量は小さいが、それ以上の中性子
照射量では徐々にひずみが多くなる。しかし、Fr=
0.35 では中性子照射量が増加してもひずみの増加は
生じない。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the fast neutron irradiation dose and the irradiation growth strain. The figure shows the calculation results showing the effect of the Fr value on the bending amount of the channel box irradiated with one cycle at the periphery of the furnace and the channel box irradiated with four cycles at the center of the core after three cycles of irradiation at the center of the core. As shown in the figure, when the Fr value exceeds 0.4, the strain increases sharply with an increase in the neutron irradiation dose.
It can be seen that the strain saturates and does not increase even when irradiated below 0.4. In particular, the case of Fr = 0.35 is <00
01> Since the crystal orientation is substantially randomly oriented, the strains in the normal direction, the longitudinal direction and the thickness direction cancel each other out between the crystals, so that no more than 0.5 × 10 -4 is generated. . In the case of Fr = 0.4, the irradiation amount is 3 × 10 22
Although the amount of strain is small up to n / cm 2 , the strain gradually increases with a higher neutron irradiation dose. However, Fr =
At 0.35, the strain does not increase even if the neutron irradiation dose increases.

【0084】Fr値と、高速中性子3×1022n/cm2
の照射による照射成長ひずみとの関係を調べた結果、F
r値の増加とともにひずみが急激に増加するが、特に、
Fr=0.35 の照射成長のひずみは約0.2×10-4
で、Fr=0.4 の約1.5×10-4の約7分の1と著
しく少なくまた、Fr=0.4はFr=0.5の約3分の
1と著しく少ない。しかし、Fr=0.5はFr=0.6
の約半分、Fr=0.6はFr=0.7 の約半分であ
り、Frが0.4 を越えると大きな効果は得られない。
Fr value and fast neutron 3 × 10 22 n / cm 2
As a result of examining the relationship with irradiation growth strain due to irradiation of
The strain increases sharply with increasing r-value.
The strain of irradiation growth at Fr = 0.35 is about 0.2 × 10 -4.
Fr = 0.4 is remarkably small, about 1/7 of about 1.5 × 10 −4 , and Fr = 0.4 is remarkably small, about 1/3 of Fr = 0.5. However, Fr = 0.5 is equivalent to Fr = 0.6.
And Fr = 0.6 is about half of Fr = 0.7. If Fr exceeds 0.4, no significant effect can be obtained.

【0085】No.1,3,4の各熱処理材の金属組織で
観察される丸みを帯びた結晶粒はαZr結晶粒は存在し
なかった。観察される多角形状の結晶粒がβ相温度範囲
加熱保持中に形成されたβZr結晶粒であり、1000
℃保持時間が1分から10分と長くなるに従って、βZ
r結晶粒径が大きく成長していた。βZr結晶粒径内に
見られる層状あるいは針状の組織は、冷却過程でβZr
が再びαZrに変態する際に形成されたものであり、β
Zr結晶粒界ではない。
No αZr crystal grains were present in the rounded crystal grains observed in the metal structures of the heat-treated materials of Nos. 1, 3, and 4. The observed polygonal crystal grains are βZr crystal grains formed during heating and holding in the β phase temperature range, and 1000
As the holding time in ° C increases from 1 minute to 10 minutes, βZ
The r crystal grain size was growing large. The layered or acicular structure found within the βZr crystal grain size
Is formed upon transformation to αZr again, and β
It is not a Zr crystal grain boundary.

【0086】βZr結晶粒径と(0002)面のFr値
との関係を見ると、βZr結晶粒径が200μm以上に
成長するとFr値が0.35 以下の集合組織が形成され
るようになる。
Looking at the relationship between the βZr crystal grain size and the Fr value of the (0002) plane, when the βZr crystal grain size grows to 200 μm or more, a texture having a Fr value of 0.35 or less is formed.

【0087】このように、結晶粒を成長させることによ
って(0002)面の結晶方位をランダム化することが
できるが、その方位のランダム化の度合としてFr値0.
40,FL値0.30 で約75%であり、そのときの粒径
は約100μmとなり、更に150μm以上の大きさの
結晶粒径とすると約80%以上にランダム化され、Fr
値,FL値0.320で0.385となる。更にFr値
0.35 ,FL値0.34でのランダム率は約90%以上に
なり、そのときの結晶粒径は約250μm以上となる。
As described above, the crystal orientation of the (0002) plane can be randomized by growing the crystal grains.
40, the FL value is 0.30, about 75%, the grain size at that time is about 100 μm, and when the crystal grain size is 150 μm or more, it is randomized to about 80% or more.
The value, FL value, is 0.385 at 0.320. Further, the random ratio at an Fr value of 0.35 and an FL value of 0.34 is about 90% or more, and the crystal grain size at that time is about 250 μm or more.

【0088】βZr結晶粒径と照射成長ひずみとの関係
を見ると、粒径20μm以上では4×10-4以下のひず
みとなり、粒径90μm以上でひずみ量が約1.5×1
-4と著しく低くなる。更に、150μm以上ではひず
みは0.5×10-4 以下の非常に小さなものとなる。特
に、200μm以上でのひずみは0.3×10-4 程度と
なる。
Looking at the relationship between the βZr crystal grain size and the irradiation growth strain, a strain of 4 × 10 −4 or less for a grain size of 20 μm or more, and a strain of about 1.5 × 1 for a grain size of 90 μm or more.
It is extremely low at 0 -4 . Further, when the thickness is 150 μm or more, the strain becomes extremely small, 0.5 × 10 −4 or less. In particular, the strain at 200 μm or more is about 0.3 × 10 −4 .

【0089】図13は、各温度と保持時間における表1
及び表3に示す合金のFl値の関係を示す線図である。
図に示すように980℃未満ではFl値が0.20 以下
となり〈0002〉方向の結晶方位がランダムなものが
得られにくい。しかし、980℃以上で、11秒以上加熱
又は1240℃以上で1.1 秒以上でこれらの点を結ぶ
線上以上で加熱すればFl値として0.25 を越えるも
のが得られ、よりランダム度の高いものが得られる。ま
た、980℃以上で6秒以上及び1240℃以上で6秒
以上で、これらの点を結ぶ線上以上で加熱すればFl値
が0.20 より大きく0.25以下のものが得られる。
この線上より低いものはFl値が0.20以下となりラ
ンダム度が低く伸び量に対する効果が小さい。
FIG. 13 shows Table 1 at each temperature and holding time.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between Fl values of alloys shown in Table 3 and Table 3.
As shown in the drawing, when the temperature is lower than 980 ° C., the Fl value becomes 0.20 or less, and it is difficult to obtain a crystal having a random <0002> crystal orientation. However, heating at 980 ° C. or higher for 11 seconds or longer, or heating at 1240 ° C. or higher for 1.1 seconds or longer on a line connecting these points, a Fl value exceeding 0.25 can be obtained. Higher ones are obtained. Heating at 980 ° C. or more for 6 seconds or more and 1240 ° C. or more for 6 seconds or more, and above the line connecting these points, can provide Fl values larger than 0.20 and 0.25 or less.
Those lower than this line have an Fl value of 0.20 or less, have a low degree of randomness, and have a small effect on elongation.

【0090】加熱温度と時間との関係は次に示すパラメ
ータPによって表わすことができるが、この関係は約1
200℃までと考えられる。
The relationship between the heating temperature and the time can be expressed by the following parameter P.
Up to 200 ° C.

【0091】パラメータP=(3.5+logt)×log
(T−980)と照射成長ひずみとの関係を見ると、照
射成長ひずみは熱処理における温度と保持時間との関係
によって決まるパラメータPによって大きく左右され
る。パラメータPはZrの〈0001〉結晶方位の配向率を
決める重要な因子となる。Pが0.5 以上で照射成長ひ
ずみが急激に小さくなり、更にPが0.5〜3.5までは
徐々に小さくなり、3.5 以上ではほぼ一定となり零に
近い。特に、P1.5 以上で効果が大きく、3.0 〜5
が好ましい。
Parameter P = (3.5 + logt) × log
Looking at the relationship between (T-980) and the irradiation growth strain, the irradiation growth strain is greatly affected by the parameter P determined by the relationship between the temperature and the holding time in the heat treatment. The parameter P is an important factor that determines the orientation ratio of the <0001> crystal orientation of Zr. When P is 0.5 or more, the irradiation growth strain rapidly decreases, and further gradually decreases when P is 0.5 to 3.5, becomes almost constant when P is 3.5 or more, and becomes almost zero. In particular, the effect is large at P1.5 or more, and 3.0 to 5
Is preferred.

【0092】実験例2 スポンジジルコニウムを用い、真空溶解により各種組成
の合金を溶製した。合金組成は重量で、Sn約1.5
%,Fe0.10〜0.50%,Ni0〜0.30%,C
r0.08〜0.13%,残部が実質的にZrからなるも
のである。各インゴットは熱間圧延(700℃)、焼な
まし(700℃,4h)と施した後、α+β相(900
℃)及びβ相(1000℃)で2〜3分保持した後水冷
した。次いで、冷間圧延(加工度40%)と600℃×
2hの中間焼なましを交互に3回くり返し、厚さ1mmの
板とした。
Experimental Example 2 Using sponge zirconium, alloys of various compositions were melted by vacuum melting. The alloy composition is about 1.5 Sn by weight.
%, Fe 0.10 to 0.50%, Ni 0 to 0.30%, C
r is 0.08 to 0.13%, and the balance substantially consists of Zr. Each ingot was subjected to hot rolling (700 ° C.) and annealing (700 ° C., 4 h), and then the α + β phase (900
° C) and β phase (1000 ° C) for 2 to 3 minutes, and then water-cooled. Next, cold rolling (working ratio 40%) and 600 ° C ×
Intermediate annealing for 2 hours was alternately repeated three times to obtain a plate having a thickness of 1 mm.

【0093】腐食試験は、圧力10.3MPa の410
℃高温水蒸気中8h保持し、次いで同じ圧力を保って5
10℃に上昇させ、16h保持し、腐食増量を測定する
ことにより行った。腐食に対する材料組成の影響を加速
的に調べるため530℃,620℃,730℃で2時間
加熱した。
The corrosion test was performed at 410 at a pressure of 10.3 MPa.
8 hours in high-temperature steam, then maintain the same pressure for 5 hours.
It carried out by raising to 10 degreeC and holding for 16 hours, and measuring corrosion increase. Heating was performed at 530 ° C., 620 ° C., and 730 ° C. for 2 hours in order to investigate the influence of the material composition on corrosion at an accelerated rate.

【0094】水素吸収特性については、Zrと水との反
応に伴い、酸化物(ZrO2)が形成されると同時に水素
ガスが発生するが、酸化による重量増加を測定すること
により、ジルカロイと反応した水のモル数を求めること
ができ、それに対応して発生する水素ガスのモル数を求
めることができるので、腐食試験後の試験片に含まれる
水素量を化学分析により測定し、吸収水素モル数を計算
し、吸収水素に対する発生水素の比を求めることにより
水素吸収率を求めた。
Regarding the hydrogen absorption characteristics, an oxide (ZrO 2 ) is formed at the same time as the reaction between Zr and water, and a hydrogen gas is generated. The number of moles of water that has been corroded can be determined, and the number of moles of hydrogen gas generated correspondingly can be determined. The hydrogen absorption rate was determined by calculating the number and determining the ratio of the generated hydrogen to the absorbed hydrogen.

【0095】図14は、ノジュラコロージョン発生を有
無を示し、図示○印は最終焼なまし温度によらずノジュ
ラ腐食の発生が表面及び側面に認められず腐食増量が4
5mg/dm2 以下であったものである。×印は、表面あ
るいは側面にノジュラコロージョンが発生し腐食増量が
50mg/dm2 を越えるものであったことを示す。図
中の数字は腐食増量である。図よりノジュラコロージョ
ンを防止できる合金組成は、図中の点線で分割された領
域の高Ni,高Fe側に存在することがわかる。点線は
0.15Fe+0.25Ni=0.0375 によって求め
られる値である。
FIG. 14 shows the presence or absence of nodular corrosion. In the figure, the circles indicate that nodular corrosion was not observed on the surface and side surfaces regardless of the final annealing temperature, and the corrosion increase was 4%.
It was less than 5 mg / dm 2 . The “x” mark indicates that nodular corrosion occurred on the surface or side surface and the corrosion increase was more than 50 mg / dm 2 . The number in the figure is the corrosion increase. It can be seen from the figure that the alloy composition that can prevent nodular corrosion exists on the high Ni and high Fe sides of the region divided by the dotted line in the figure. The dotted line is a value obtained by 0.15Fe + 0.25Ni = 0.0375.

【0096】図15は腐食増量に及ぼすFe及びNi含
有量の影響を示す線図である。図に示す如く、高温高圧
水中での腐食はFe量及びNi量の増加によって顕著に
減少することが分る。特に、Niの極微量の添加によっ
て急激に腐食増量が減少する。0.10%付近のFeで
は0.06%以上,0.15%付近のFeでは0.04%
以上,Fe含有量が0.21%以上でNi0.03%の添
加によって腐食増量が45mg/dm2 以下となり、い
ずれもノジュラー腐食は生じなかった。
FIG. 15 is a graph showing the influence of the contents of Fe and Ni on the increase in corrosion. As shown in the figure, it can be seen that the corrosion in the high-temperature and high-pressure water is significantly reduced by the increase of the Fe content and the Ni content. In particular, the addition of a very small amount of Ni sharply reduces the increase in corrosion. 0.06% or more for Fe around 0.10%, 0.04% for Fe around 0.15%
As described above, when the Fe content was 0.21% or more and the Ni addition was 0.03%, the corrosion increase was 45 mg / dm 2 or less, and no nodular corrosion occurred.

【0097】図16は、水素吸収率に及ぼすFe添加量
の影響を示したものである。図中△印はNi添加量:
0.11wt% の合金の水素吸収率を示し、○印はNi
添加量:0.05wt% の合金の水素吸収率を示す。図
中の点線は、α+βクエンチあるいはβクエンチを省略
した合金について実験結果を示す。実線は、加工熱処理
プロセスにおいて、α+βクエンチを行った合金の水素
吸収率を示す。図よりα+βクエンチを施すことにより
水素吸収率を11%以下とすることができることがわか
る。Fe量を0.21% 以上にすることによりNi量に
関係なく水素吸収率が小さくなる。
FIG. 16 shows the effect of the amount of Fe added on the hydrogen absorption rate. In the figure, the symbol △ indicates the amount of Ni added:
The hydrogen absorption rate of the alloy of 0.11 wt% is shown.
The amount of addition: indicates the hydrogen absorption rate of the alloy of 0.05 wt%. The dotted line in the figure shows the experimental results for the alloys without α + β quench or β quench. The solid line shows the hydrogen absorption rate of the alloy subjected to α + β quenching in the thermomechanical process. It is understood from the figure that the hydrogen absorption rate can be reduced to 11% or less by performing the α + β quench. By setting the Fe content to 0.21% or more, the hydrogen absorption rate decreases regardless of the Ni content.

【0098】図17は、水素吸収率に及ぼすFe及びN
i添加量の影響を示す。Ni添加量0.16wt%以下
では、水素吸収率は11%以下と低い値であるが0.2
wt%以上になると急激に水素吸収率が上昇し40%に
も達する。よって、Ni添加量は、0.15wt% 以下
とするのが好ましい。しかし、Fe量を0.21% 以上
にすることによって10%以下の水素吸収率とすること
ができる。
FIG. 17 shows the effect of Fe and N on the hydrogen absorption rate.
i shows the effect of the amount added. When the amount of Ni added is 0.16 wt% or less, the hydrogen absorption rate is as low as 11% or less, but is 0.2%.
When the content exceeds wt%, the hydrogen absorption rate rapidly increases and reaches 40%. Therefore, it is preferable that the amount of Ni added is 0.15 wt% or less. However, by setting the Fe content to 0.21% or more, the hydrogen absorption rate can be reduced to 10% or less.

【0099】図18は、水素吸収率に及ぼす(Fe/N
i)比の影響を示す線図である。図に示す如く、Fe含
有量が0.21% 未満の○印及び△印のものは(Fe/
Ni)比による影響が見られないが、0.20% 以上の
Fe含有量では(Fe/Ni)比は1.4 以上にすべき
であることが分る。前述の如く、FeとNiとは水素吸
収率に及ぼす効果が全く逆の作用を有するので、これら
の元素における比率が重要である。Feの含有量が0.
2% 未満及びNi含有量が0.2% を越える含有量で
はこれらの元素の相関関係がないが、両者の含有量が互
いに逆の場合に両者は相関関係を有するものである。
FIG. 18 shows the effect of (Fe / N
i) Diagram showing the effect of the ratio. As shown in the figure, those with a circle and a triangle with an Fe content of less than 0.21% are (Fe /
Although the influence of the (Ni) ratio is not observed, it can be seen that the (Fe / Ni) ratio should be at least 1.4 at an Fe content of 0.20% or more. As described above, since the effects of Fe and Ni on the hydrogen absorption rate are completely opposite, the ratio of these elements is important. Fe content is 0.
When the content is less than 2% and the Ni content exceeds 0.2%, there is no correlation between these elements. However, when the content of both is opposite to each other, the two have a correlation.

【0100】Fe添加量を0.48wt% まで高めた合
金の腐食増量は、43mg/dm2、水素吸収率は12
%であった。このことから、耐食性及び水素吸収の観点
からは、Ni添加量0.16wt% 以下の範囲であれば
Fe添加量を0.21wt%以上,0.5wt% 前後ま
で増加させてもよいことがわかる。しかし、後述するよ
うにNiとFeとの合計量が0.64% と多量に含有す
ると冷間塑性加工性が急激に低下するので、前述の如く
冷間塑性加工によって薄肉とする部材では好ましくな
く、FeとNiとの合計量は0.40 以下が好ましい。
The alloy with an increased Fe content of 0.48 wt% had a corrosion increase of 43 mg / dm 2 and a hydrogen absorption rate of 12 mg / dm 2 .
%Met. From this, it can be seen that from the viewpoints of corrosion resistance and hydrogen absorption, the Fe addition amount may be increased to 0.21 wt% or more and about 0.5 wt% if the Ni addition amount is 0.16 wt% or less. . However, as will be described later, if the total amount of Ni and Fe is as large as 0.64%, the cold plastic workability is sharply reduced. Therefore, it is not preferable for a member to be thinned by cold plastic working as described above. , Fe and Ni are preferably 0.40 or less.

【0101】Fe0.25%,Ni0.11%合金のα+
β相クエンチしたものの透過電子顕微鏡により析出物の
観察を行った結果、錫とニッケルとの金属間化合物が検
出され、α相のジルコニウム結晶粒内中に均一に分散し
て析出しているのが確認された。析出物はSn2Ni3
出物で、粒径は約10nm程度の極微細なものであっ
た。しかし、同じ材料でα+βクエンチしないものには
この析出物は観察されなかった。
Α + of a 0.25% Fe, 0.11% Ni alloy
As a result of observing the precipitates with a transmission electron microscope of the β-phase quenched, an intermetallic compound of tin and nickel was detected, and it was found that the intermetallic compound was uniformly dispersed and precipitated in the α-phase zirconium crystal grains. confirmed. The precipitate was a Sn 2 Ni 3 precipitate, and the particle size was very fine, about 10 nm. However, this precipitate was not observed in the same material that did not quench α + β.

【0102】尚、α+βクエンチしたものでも、クエン
チ後に熱間塑性加工を施したものにはSnとNiとの析
出物は見られなかった。
Incidentally, even when the α + β quenching was performed, no precipitate of Sn and Ni was observed in the one subjected to hot plastic working after the quenching.

【0103】実施例2 前述の同1と同様に集合体を得た。実施例1と異なるも
のについて以下に示す通りである。
Example 2 An assembly was obtained in the same manner as in Example 1 above. The differences from the first embodiment are as follows.

【0104】被覆管には、ジルカロイ2(Sn1〜2
%,Fe0.05〜0.20%,Cr0.05〜0.15
%,Ni0.03〜0.1%及び残部Zr)が用いられ、
熱間押出しされた最終熱間加工された素管を内部に水を
流しながら実施例1と同様に焼入れ処理が施され、外面
側が内側より合金元素の固溶量が高く、外面側で耐食性
の高いものである。本実施例でも内面に純Zrのライナ
が形成されており、実施例1と同様に製造した。燃料棒
は図6に示すものと同じで、端栓27は被覆管と同じ材
料を用い、核燃料ペレット25が装荷された後、端栓に
よって突合わせレーザ溶接でHeが封入され封止され
る。封止He圧は約10気圧となり、核燃料ペレット2
5の平均濃縮度は約4.0wt% である。尚、被覆管素
管の焼入処理はα+β相で素管から最終冷間加工の直前
のいずれの段階のいずれでも行うことができ、更にβ相
ではα+β相と同様に行うことができる。α+β相,β
相のいずれでも素管で焼入れするのがよく、β相では最
終の冷間の前の冷間加工前で行うのがよい。冷間加工後
の焼鈍温度は640〜500℃が好ましい。
In the cladding tube, Zircaloy 2 (Sn1-2) was used.
%, Fe 0.05 to 0.20%, Cr 0.05 to 0.15
%, Ni 0.03-0.1% and the balance Zr) are used,
The hot-extruded final hot-worked tube is subjected to a quenching treatment in the same manner as in Example 1 while flowing water therein, so that the outer surface side has a higher solid solution amount of the alloy element than the inner surface, and the outer surface side has corrosion resistance. It is expensive. Also in this example, a liner of pure Zr was formed on the inner surface, and was manufactured in the same manner as in Example 1. The fuel rod is the same as that shown in FIG. 6. The end plug 27 is made of the same material as that of the cladding tube. After the nuclear fuel pellets 25 are loaded, He is sealed and sealed by butt laser welding with the end plug. The sealing He pressure becomes about 10 atm, and the nuclear fuel pellet 2
5 has an average enrichment of about 4.0 wt%. The quenching process of the cladding tube can be performed at any stage immediately before the final cold working from the tube in the α + β phase, and the β phase can be performed in the same manner as the α + β phase. α + β phase, β
Any of the phases is preferably quenched with a raw tube, and the β phase is preferably performed before cold working before final cold working. The annealing temperature after cold working is preferably 640 to 500 ° C.

【0105】チャンネルボックスは被覆管と同じ組成の
合金が用いられ、前述と同様に1100℃のβ相で10秒加
熱後水噴霧熱処理が施され、表2に示すFr,FL,F
t値と同様の値が得られ、これによって中性子照射量と
して3×1022n/cm2 でのひずみ量が0.3×10-4
ときわめて少ないものであった。本実施例におけるチャ
ンネルボックスは図4におけるものを用いられ、コーナ
部が辺部より厚肉となっている。図4(b)は外面側で
凹に形成、(c)は内面側で凹に形成され、機械加工又
は化学エッチングによって形成される。
The channel box is made of an alloy having the same composition as that of the cladding tube. The channel box is heated in the β phase at 1100 ° C. for 10 seconds and then subjected to the water spray heat treatment as described above.
A value similar to the t value was obtained, whereby the amount of strain at 3 × 10 22 n / cm 2 as a neutron irradiation amount was 0.3 × 10 −4.
Was very few. In this embodiment, the channel box shown in FIG. 4 is used, and the corner portion is thicker than the side portion. 4 (b) is formed concave on the outer surface side, and FIG. 4 (c) is formed concave on the inner surface side, and is formed by machining or chemical etching.

【0106】スペーサは実施例1と同様の構造及び材料
が用いられる。材料は実施例1と同様にα+β相又はβ
相での焼入処理が施される。
The spacer has the same structure and material as in the first embodiment. The material was α + β phase or β as in Example 1.
A phase quenching process is performed.

【0107】ウォータロッドは実施例1と同様の構造及
び材料が用いられる。
The same structure and material as in the first embodiment are used for the water rod.

【0108】以上の構成により取出平均燃焼度が45G
Wd/tが達成される。そして被覆管スペーサ,ウォー
タロッドでのノジュラー腐食は生ぜず、チャンネルボッ
クスでの伸びは非常に少ないものであった。
With the above configuration, the average burn-out is 45 G
Wd / t is achieved. Nodular corrosion did not occur in the cladding tube spacer and the water rod, and the elongation in the channel box was very small.

【0109】実施例3 前述の図1と同様に集合体を得た。実施例2と異なるも
のについて以下に示す通りである。
Example 3 An aggregate was obtained in the same manner as in FIG. The differences from the second embodiment are as follows.

【0110】チャンネルボックスは図3のストレーナ構
造のものを用い、材料はジルカロイ2が用いられる。製
造方法は実施例1と同様であり、特に熱処理は1100
℃で10秒加熱後水冷することによって行い、そのとき
のF値は表2に示す値とほぼ同様であった。平均結晶粒
径は約100μmであった。熱処理後の処理も同様に行
った。
A channel box having a strainer structure shown in FIG. 3 is used, and Zircaloy 2 is used as a material. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment.
This was carried out by heating at 10 ° C. for 10 seconds and then cooling with water. At that time, the F value was almost the same as the value shown in Table 2. The average crystal grain size was about 100 μm. The treatment after the heat treatment was similarly performed.

【0111】被覆管,スペーサ及びウォータロッドのい
ずれも前述のジルカロイ2が用いられ、いずれも最終熱
間加工後にα+β相又はβ相での焼入れ処理が施された
ものが用いられる。被覆管及びウォータロッドへの端栓
は突合わせTIG溶接によって行われ、被覆管は実施例
2と同様に核燃料ペレットが装荷される。核燃料として
ウラン235の平均濃縮度は約3.4 重量%で、He封
入圧は約5気圧で封入される。
The above-mentioned Zircaloy 2 is used for all of the cladding tube, the spacer and the water rod, and all used are those subjected to a quenching treatment in the α + β phase or the β phase after the final hot working. End plugs to the cladding tube and water rod are made by butt TIG welding, and the cladding tube is loaded with nuclear fuel pellets as in Example 2. The average enrichment of uranium 235 as a nuclear fuel is about 3.4% by weight and the He filling pressure is about 5 atm.

【0112】このように構成された燃料集合体は取出平
均燃焼度38GWd/tが達成される。このものの使用
期間は約4.5 年となる。
The fuel assembly having the above-described structure achieves a discharge average burnup of 38 GWd / t. This product will be used for about 4.5 years.

【0113】実施例4 前述の図1と同様に燃料集合体を得た。実施例3と異な
っている点は、以下に示す通りである。
Example 4 A fuel assembly was obtained in the same manner as in FIG. The differences from the third embodiment are as follows.

【0114】被覆管及びチャンネルボックスにジルカロ
イ2を用い、スペーサ及びウオータロッドにジルカロイ
4(Sn1〜2%,Fe0.18〜0.24%,Ni0.
01%以下、残部が実質的にZrである)が用いられ
る。被覆管及びスペーサはα+β相又はβ相焼入れ処理
が施され、高耐食性を有する。
Zircaloy 2 was used for the cladding tube and channel box, and Zircaloy 4 (Sn 1-2%, Fe 0.18-0.24%, Ni 0.2%) was used for the spacer and the water rod.
01% or less, with the balance being substantially Zr). The cladding tube and the spacer are subjected to an α + β phase or β phase quenching treatment and have high corrosion resistance.

【0115】スペーサは図9に示す格子型が用いられ、
焼入れ処理した板材をTIG溶接によって構成される。
核燃料ペレットはU235の平均濃縮度は約3%であ
り、取出平均燃焼度は33GWd/t、使用期間は約4
年である。
As the spacer, a lattice type shown in FIG. 9 is used.
The quenched plate is formed by TIG welding.
The nuclear fuel pellets have an average enrichment of U235 of about 3%, an average burnup of 33 GWd / t, and a service life of about 4%.
Year.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明によれば、燃料集合体を収納する
チャンネルボックスの結晶方位をランダムにしているの
で、変形が少なく長期間炉内で使用出来る。さらに燃料
集合体各部材の耐食性が向上し、水素吸収も大幅に低減
出来る結果、燃料集合体の高燃焼度化が可能となり、使
用済み燃料廃棄物の低減にも寄与出来る。また、燃料集
合体部材の信頼性向上にも寄与出来る。
According to the present invention, since the crystal orientation of the channel box for storing the fuel assembly is made random, it can be used in the furnace for a long time with little deformation. Further, the corrosion resistance of each member of the fuel assembly is improved, and the hydrogen absorption can be greatly reduced. As a result, the burnup of the fuel assembly can be increased, which can contribute to the reduction of spent fuel waste. Further, it can contribute to improvement of the reliability of the fuel assembly member.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る燃料集合体の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to the present invention.

【図2】チャンネルボックスの熱処理装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a heat treatment apparatus for a channel box.

【図3】各種チャンネルボックスの斜視図とその断面
図。
FIG. 3 is a perspective view of various channel boxes and a sectional view thereof.

【図4】各種チャンネルボックスの斜視図とその断面
図。
FIG. 4 is a perspective view of various channel boxes and a sectional view thereof.

【図5】各種チャンネルボックスの斜視図とその断面
図。
FIG. 5 is a perspective view of various channel boxes and a sectional view thereof.

【図6】燃料棒の部分断面図。FIG. 6 is a partial sectional view of a fuel rod.

【図7】ウォータロッドの部分断面図。FIG. 7 is a partial sectional view of a water rod.

【図8】ウォータロッドの部分断面図。FIG. 8 is a partial sectional view of a water rod.

【図9】スペーサの正面図。FIG. 9 is a front view of a spacer.

【図10】スペーサの正面図。FIG. 10 is a front view of a spacer.

【図11】図10のセル31の斜視図。FIG. 11 is a perspective view of a cell 31 of FIG. 10;

【図12】各Frに対する照射成長ひずみと高速中性子
照射量との関係を示す線図。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain and fast neutron irradiation dose for each Fr.

【図13】各Frに対する加熱温度と保持時間との関係
を示す線図。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a heating temperature and a holding time for each Fr.

【図14】腐食に及ぼすFeとNi含有量との関係を示
す線図。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between Fe and Ni content affecting corrosion.

【図15】Fe量と腐食増量との関係を示す線図。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the amount of Fe and the increase in corrosion.

【図16】水素吸収量とFe含有量との関係を示す線
図。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a hydrogen absorption amount and an Fe content.

【図17】水素吸収量とFe含有量との関係を示す線
図。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a hydrogen absorption amount and an Fe content.

【図18】水素吸収量と(Fe/Ni)比との関係を示
す線図。
FIG. 18 is a diagram showing a relationship between a hydrogen absorption amount and a (Fe / Ni) ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料棒、2…ウォータロッド、3…ウォータロッド
固定ネジ、4…チャンネルボックス、5…上部タイプレ
ート、6…下部タイプレート、7…スペーサ、8…チャ
ンネルボックス嵌合代、9…燃料棒伸び代、10…燃料
棒貫通孔、11…ハンドル、12…角筒、14…コイ
ル、15…電源、16…水噴霧ノズル、17…溶接部、
18…マンドレル、20…厚肉コーナ部、21…辺部、
22…上部辺部、23…下部辺部、24…被覆管、25
…核燃料ペレット、26…プレナムスプリング、27,
30…端栓、28…細径部、29…太径部、31…セ
ル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel rod, 2 ... Water rod, 3 ... Water rod fixing screw, 4 ... Channel box, 5 ... Upper tie plate, 6 ... Lower tie plate, 7 ... Spacer, 8 ... Channel box fitting allowance, 9 ... Fuel rod Elongation allowance, 10: fuel rod through hole, 11: handle, 12: square cylinder, 14: coil, 15: power supply, 16: water spray nozzle, 17: welded part,
18: mandrel, 20: thick corner, 21: side,
22 ... upper side, 23 ... lower side, 24 ... cladding tube, 25
... nuclear fuel pellets, 26 ... plenum springs, 27,
30 ... end plug, 28 ... small diameter part, 29 ... large diameter part, 31 ... cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G21C 3/34 G21C 3/34 Y (72)発明者 石崎 英昭 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 山元 信平 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 牧 英夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 中村 昭三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平5−80170(JP,A)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G21C 3/34 G21C 3/34 Y (72) Inventor Hideaki Ishizaki 3-1-1 Kochicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Inside Hitachi Plant (72) Inventor Shinpei Yamamoto 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Inside Hitachi Plant (72) Inventor Hideo Maki 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Co., Ltd. Hitachi, Ltd.Hitachi Plant (72) Inventor Junjiro Nakajima 3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Plant (72) Inventor Shozo Nakamura 502, Kandamachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Inside the Machinery Research Laboratory (72) Inventor Satoshi Kanno 502, Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 80170 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサ内に配置されたジルコニウム基合金製
ウォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジル
コニウム基合金製チャンネルボックスとを備え、50
55GWd/tの燃焼度にさらされる燃料集合体におい
て、前記被覆管,スペーサ及びチャンネルボックスは重
量で錫1〜2%,鉄0.20〜0.50%,クロム0.0
5〜0.15%及びニッケル0.03〜0.16%を含
み、残部が実質的にジルコニウムからなり、前記被覆管
は外表面の前記鉄及びニッケルの固溶量が内表面の固溶
量より高く、前記チャンネルボックス及びウォータロッ
ドは〈0001〉結晶方位の板厚方向の配向率(Fr
値)が0.25〜0.50であことを特徴とする燃料集
合体。
1. A plurality of fuel rods loaded with nuclear fuel in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, a spacer for arranging the fuel rods at desired positions, and the arranged fuel rods supported at upper and lower ends thereof. comprising an upper tie plate and a lower tie plate for, the zirconium-based alloy channel box which covers the outer periphery is set integrally with the zirconium-based alloy water rod arranged in said spacer, 50 ~
In a fuel assembly that is exposed to a burnup of 55 GWd / t, the cladding, spacers and channel box may contain, by weight, 1-2% tin, 0.20-0.50% iron, 0.00% chromium.
5 to 0.15% and nickel 0.03 to 0.16%, with the balance substantially consisting of zirconium. The cladding tube has a solid solution amount of the iron and nickel on the outer surface which is a solid solution amount on the inner surface. Higher, the channel box and the water rod have a <0001> orientation ratio in the thickness direction of the crystal orientation (Fr).
Fuel assemblies that value) is characterized in that the Ru der 0.25 to 0.50.
【請求項2】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサ内に配置されたジルコニウム基合金製
ウォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジル
コニウム基合金製チャンネルボックスとを備え、45G
Wd/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合体におい
て、前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及びニッケ
ルの固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶量より高
くなっており、前記チャンネルボックスは角部が辺部よ
り厚肉である角筒管からなり、前記チャンネルボックス
及びウォータロッドはその板厚方向の〈0001〉結晶
方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50であり、前
記被覆管,チャンネルボックス及びウォータロッドは重
量で、錫1.2〜1.7%,鉄0.07〜0.20%,クロ
ム0.05〜0.15%,ニッケル0.03〜0.08%及
び残部が実質的にジルコニウムからなり、前記スペーサ
が重量で、錫1〜2%,鉄0.20〜0.50%,クロム
0.05〜0.15,ニッケル0.03〜0.16%及び残
部が実質的にジルコニウムからなることを特徴とする燃
料集合体。
2. A plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, spacers for disposing the fuel rods at desired positions, and supporting the disposed fuel rods at upper and lower ends thereof. An upper tie plate and a lower tie plate, and a zirconium-based alloy channel box that assembles integrally with a zirconium-based alloy water rod disposed in the spacer and covers the outer periphery thereof.
In a fuel assembly exposed to a burnup of up to Wd / t, the cladding is quenched and the solid solution of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution of the alloy element on the inner surface. The channel box is formed of a rectangular tube whose corners are thicker than the sides, and the channel box and the water rod have an orientation rate (Fr value) of <0001> crystal orientation in the thickness direction of 0.25 to 0.25. 0.55, the cladding tube, channel box and water rod are 1.2 to 1.7% tin, 0.07 to 0.20% iron, 0.055 to 0.15% chromium, nickel by weight. 0.03 to 0.08% and the balance substantially consisting of zirconium ; the spacers are by weight 1 to 2% tin, 0.20 to 0.50 % iron, 0.055 to 0.15 chromium , nickel 0.03 to 0.16% and the balance substantially zirconium Fuel assembly, characterized in that it consists of.
【請求項3】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサ内に配置されたジルコニウム基合金製
ウォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジル
コニウム基合金製チャンネルボックスとを備え、38G
Wd/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合体におい
て、前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及びニッケ
ルの固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶量より高
くなっており、前記チャンネルボックスは角部及び辺部
がほぼ均等の肉厚のストレートな溶接された角筒管から
なり、前記チャンネルボックス及びウォータロッドはそ
の板厚方向の〈0001〉結晶方位の配向率(Fr値)
が0.25〜0.50であり、前記被覆管,スペーサ,チ
ャンネルボックス及びウォータロッドは重量で、錫1.
2〜1.7%,鉄0.07〜0.20%,クロム0.05〜
0.15%,ニッケル0.03〜0.08% 及び残部が実
質的にジルコニウムからなることを特徴とする燃料集合
体。
3. A plurality of fuel rods loaded with nuclear fuel in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, spacers for arranging the fuel rods at desired positions, and supporting the arranged fuel rods at upper and lower ends thereof. An upper tie plate and a lower tie plate, and a zirconium-based alloy channel box that assembles integrally with a zirconium-based alloy water rod disposed in the spacer and covers the outer periphery thereof.
In a fuel assembly exposed to a burnup of up to Wd / t, the cladding is quenched and the solid solution of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution of the alloy element on the inner surface. The channel box is made of a straight welded rectangular tube having a substantially uniform thickness at the corners and sides, and the channel box and the water rod are oriented in the <0001> crystal orientation in the thickness direction (Fr). value)
Is 0.25 to 0.50, and the cladding tube, spacer, channel box and water rod are tin 1.
2 to 1.7%, iron 0.07 to 0.20%, chromium 0.05 to 5%
A fuel assembly comprising 0.15%, nickel 0.03% to 0.08% and the balance substantially zirconium.
【請求項4】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサに配置されたジルコニウム基合金製ウ
ォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジルコ
ニウム基合金製チャンネルボックスとを備え、32GW
d/tまでの燃焼度にさらされる燃料集合体において、
前記被覆管は焼入れが施され外表面の鉄及びニッケルの
固溶量がその内表面の前記合金元素の固溶量より高くな
っており、前記チャンネルボックスは角部及び辺部がほ
ぼ均等の肉厚のストレートな溶接された角筒管からな
り、前記チャンネルボックス及びウォータロッドはその
板厚方向の〈0001〉結晶方位の配向率(Fr値)が
0.25〜0.50であり、前記被覆管又は該被覆管及び
チャンネルボックスは重量で、錫1.2〜1.7%,鉄
0.07〜0.20% ,クロム0.05〜0.15%,ニ
ッケル0.03〜0.08%及び残部が実質的にジルコニ
ムからなることを特徴とする燃料集合体。
4. A plurality of fuel rods loaded with nuclear fuel in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, a spacer for arranging the fuel rods at desired positions, and supporting the disposed fuel rods at upper and lower ends thereof. An upper tie plate, a lower tie plate, and a zirconium-based alloy channel box that integrally assembles a zirconium-based alloy water rod disposed on the spacer and covers the outer periphery thereof;
In fuel assemblies exposed to burnups of up to d / t,
The cladding tube is quenched so that the solid solution amount of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution amount of the alloy element on the inner surface, and the channel box has substantially uniform corners and sides. The channel box and the water rod have a <0001> crystal orientation orientation ratio (Fr value) in the thickness direction of 0.25 to 0.50, and the channel box and the water rod have a thickness of 0.25 to 0.50. The tube or the cladding tube and the channel box are, by weight, 1.2 to 1.7% tin, 0.07 to 0.20% iron, 0.05 to 0.15% chromium, and 0.03 to 0.08 nickel. % and the balance substantially fuel assembly, characterized in that zirconium <br/> U beam or Ranaru.
【請求項5】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサ内に配置されたジルコニウム基合金製
ウォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジル
コニウム基合金製チャンネルボックスとを備える燃料集
合体において、前記被覆管は外表面の前記鉄及びニッケ
ルの固溶量が内表面の固溶量より高く、前記チャンネル
ボックス及びウォータロッドは〈0001〉結晶方位の
板厚方向の配向率(Fr値)が0.25〜0.50である
ことを特徴とする燃料集合体。
5. A plurality of fuel rods in which nuclear fuel is loaded in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, spacers for disposing the fuel rods at desired positions, and supporting the disposed fuel rods at upper and lower ends thereof. Assembly comprising an upper tie plate, a lower tie plate, and a zirconium-based alloy water rod disposed in the spacer, and a zirconium-based alloy channel box covering the outer periphery thereof. in the previous SL cladding is higher than the solid solution amount of the iron and solid solution amount the inner surface of the nickel of the outer surface, wherein the channel box and water rod <0001> thickness direction of the orientation of the crystal orientation (Fr value ) Is 0.25 to 0.50.
【請求項6】ジルコニウム基合金製被覆管内に核燃料が
装荷される複数本の燃料棒と、該燃料棒を所望の位置に
配置するスペーサと、該配置された燃料棒をその上端と
下端で支持する上部タイプレート及び下部タイプレート
と、前記スペーサ内に配置されたジルコニウム合金製
ウォータロッドとを一体に集合させその外周を被うジル
コニウム基合金製チャンネルボックスとを備え得る燃料
集合体において、前記被覆管は厚さの半分以下の厚さで
焼入れが施され外表面の鉄及びニッケルの固溶量がその
内表面の前記合金元素の固溶量より高くなっており、前
記チャンネルボックスはその角部が辺部より厚肉で且つ
長手方向での肉厚が上部より下部で厚い形状を有し、
記チャンネルボックス及びウォータロッドは板厚方向の
〈0001〉結晶方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.5
0であことを特徴とする燃料集合体。
6. A plurality of fuel rods loaded with nuclear fuel in a cladding tube made of a zirconium-based alloy, spacers for disposing the fuel rods at desired positions, and supporting the disposed fuel rods at upper and lower ends thereof. An upper tie plate and a lower tie plate, and a zirconium-based alloy channel box covering the outer periphery of the zirconium- based alloy water rod disposed in the spacer and integrally assembled with the fuel assembly, The cladding tube is quenched to a thickness of less than half of the thickness, the solid solution of iron and nickel on the outer surface is higher than the solid solution of the alloy element on the inner surface, and the channel box is Department has a thickness in the longitudinal direction and in the thick than the side portion a thick shape at the bottom than the top, front
The channel box and the water rod have an orientation ratio (Fr value) of <0001> crystal orientation in the plate thickness direction of 0.25 to 0.5.
0 Der Ru that the fuel assembly according to claim.
【請求項7】重量で、錫1〜2%,鉄0.20〜0.50
,クロム0.05〜0.15%,ニッケル0.03〜0.
16%及び残部が実質的にジルコニウムからなるジルコ
ニウム基合金板よりなり、板厚方向の〈0001〉結晶
方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50、長手方向
(圧延方向)の配向率(FL値)が0.25〜0.36及び
幅方向(圧延方向に直角な方向)の配向率(Ft値)が
0.25〜0.36であることを特徴とする燃料集合体用
ウォータロッド
7. By weight, tin is 1 to 2%, iron is 0.20 to 0.50.
% , Chrome 0.05 to 0.15 %, nickel 0.03 to 0.1%
A zirconium- based alloy plate consisting essentially of zirconium and having a balance of 16% and a <0001> crystal orientation in the plate thickness direction (Fr value) of 0.25 to 0.50; It is characterized in that the orientation ratio (FL value) in the (rolling direction) is 0.25 to 0.36 and the orientation ratio (Ft value) in the width direction (direction perpendicular to the rolling direction) is 0.25 to 0.36. For fuel assemblies
Water rod .
【請求項8】重量で、錫1.2〜1.7%,鉄0.07〜
0.20%,クロム0.05〜0.15%,ニッケル0.0
3〜0.08%及び残部が実質的にジルコニウムからな
るジルコニウム基合金板よりなり、板厚方向の〈000
1〉結晶方位の配向率(Fr値)が0.25〜0.50、長
手方向(圧延方向)の配向率(FL値)が0.25〜 0.
36 及び幅方向(圧延方向に直角な方向)の配向率
(Ft値)が0.25〜 0.36 であることを特徴とす
る燃料集合体用ウォータロッド。
8. Tin 1.2-1.7% by weight, iron 0.07-
0.20%, chrome 0.05 to 0.15%, nickel 0.0
3 to 0.08% and the balance substantially zirconium
Made of a zirconium-based alloy plate
1> Crystal orientation ratio (Fr value) is 0.25 to 0.50, long
The orientation ratio (FL value) in the hand direction (rolling direction) is 0.25 to 0.2 .
36 and orientation ratio in the width direction (direction perpendicular to the rolling direction)
(Ft value) is 0.25 to 0.36.
Water rod for a fuel assembly.
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