JP3208832B2 - ピルガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造法 - Google Patents
ピルガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、優れた機械的強度お
よび耐応力腐食割れ性を示す原子燃料用ジルコニウム
（以下、Ｚｒと記す）合金被覆管の製造法に関するもの
である。
よび耐応力腐食割れ性を示す原子燃料用ジルコニウム
（以下、Ｚｒと記す）合金被覆管の製造法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、原子炉燃料の被覆管としてＺｒ
合金被覆管が用いられることはよく知られている。上記
Ｚｒ合金被覆管を製造するためのＺｒ合金は、ＪＩＳ規
格のＨ４７５１に規定されているジルカロイ２またはジ
ルカロイ４が用いられ、そのなかでも加圧水型原子炉の
燃料用Ｚｒ合金被覆管としては特にジルカロイ４が用い
られている。
合金被覆管が用いられることはよく知られている。上記
Ｚｒ合金被覆管を製造するためのＺｒ合金は、ＪＩＳ規
格のＨ４７５１に規定されているジルカロイ２またはジ
ルカロイ４が用いられ、そのなかでも加圧水型原子炉の
燃料用Ｚｒ合金被覆管としては特にジルカロイ４が用い
られている。
【０００３】上記Ｚｒ合金被覆管は、押出し成形して得
られた肉厚のＺｒ合金素管をピルガー圧延および再結晶
焼鈍をそれぞれ１回または複数回繰返し施したのち、最
終ピルガー圧延および歪取り焼鈍することにより製造さ
れ、上記ピルガー圧延は冷間圧延で行われ、上記再結晶
焼鈍は真空雰囲気中、温度５３０〜７６０℃で行われ、
最後の歪取り焼鈍は４３０〜４９０℃で行われる。
られた肉厚のＺｒ合金素管をピルガー圧延および再結晶
焼鈍をそれぞれ１回または複数回繰返し施したのち、最
終ピルガー圧延および歪取り焼鈍することにより製造さ
れ、上記ピルガー圧延は冷間圧延で行われ、上記再結晶
焼鈍は真空雰囲気中、温度５３０〜７６０℃で行われ、
最後の歪取り焼鈍は４３０〜４９０℃で行われる。
【０００４】このようにして得られたＺｒ合金被覆管に
は、原子炉燃料ペレットが充填され、原子炉燃料集合体
に組立てられ、炉心に挿入されて使用される〔これらの
点については、社団法人、日本金属学会編「改訂５版
金属便覧」平成２年３月３１日、丸善株式会社発行、８
１２〜８１５参照〕。
は、原子炉燃料ペレットが充填され、原子炉燃料集合体
に組立てられ、炉心に挿入されて使用される〔これらの
点については、社団法人、日本金属学会編「改訂５版
金属便覧」平成２年３月３１日、丸善株式会社発行、８
１２〜８１５参照〕。
【０００５】近年、軽水炉においては、従来の基底負荷
運転から電力需要に応じた負荷追従運転に変わりつつあ
る。上記負荷追従運転を実施した場合、出力上昇に伴っ
てＺｒ合金被覆管に充填されている燃料の二酸化ウラン
ペレットが円周方向に膨張し、Ｚｒ合金被覆管内部に歪
を生じさせるとともに、核分裂生成物中のヨウ素によっ
て腐食され、これらが相互に作用して応力腐食割れを生
じ、長期にわたって運転操業を続けると事故につながる
恐れがあるなどの問題点が生じてきた。
運転から電力需要に応じた負荷追従運転に変わりつつあ
る。上記負荷追従運転を実施した場合、出力上昇に伴っ
てＺｒ合金被覆管に充填されている燃料の二酸化ウラン
ペレットが円周方向に膨張し、Ｚｒ合金被覆管内部に歪
を生じさせるとともに、核分裂生成物中のヨウ素によっ
て腐食され、これらが相互に作用して応力腐食割れを生
じ、長期にわたって運転操業を続けると事故につながる
恐れがあるなどの問題点が生じてきた。
【０００６】そのため原子炉燃料ペレットとＺｒ合金被
覆管との相互作用による応力腐食割れを起すことのない
Ｚｒ合金被覆管を開発すべくいろいろな研究がなされて
おり、応力腐食割れに対しては、稠密六方晶のＣ軸がＺ
ｒ合金被覆管の半径方向に揃っている方が抵抗性が増す
ことが知られている。
覆管との相互作用による応力腐食割れを起すことのない
Ｚｒ合金被覆管を開発すべくいろいろな研究がなされて
おり、応力腐食割れに対しては、稠密六方晶のＣ軸がＺ
ｒ合金被覆管の半径方向に揃っている方が抵抗性が増す
ことが知られている。
【０００７】ところが、稠密六方晶のＣ軸がＺｒ合金被
覆管の半径方向に交差している方がＺｒ合金被覆管の機
械的強度は優れているために、上記Ｚｒ合金被覆管の肉
厚全体にわたって稠密六方晶のＣ軸が半径方向に揃った
Ｚｒ合金被覆管は、耐応力腐食割れ性は向上するけれど
も機械的強度は低下するという問題が生じてきた。
覆管の半径方向に交差している方がＺｒ合金被覆管の機
械的強度は優れているために、上記Ｚｒ合金被覆管の肉
厚全体にわたって稠密六方晶のＣ軸が半径方向に揃った
Ｚｒ合金被覆管は、耐応力腐食割れ性は向上するけれど
も機械的強度は低下するという問題が生じてきた。
【０００８】したがって、図２に示されるように、稠密
六方晶のＣ軸がＺｒ合金管内面部分では半径方向に揃う
とともにＺｒ合金管の肉厚中央部分および外面部分では
Ｃ軸がＺｒ合金管の半径方向に交差している集合組織を
有するＺｒ合金被覆管（このような管を集合組織調整Ｚ
ｒ合金被覆管という）が理想的には好ましく、かかるＺ
ｒ合金被覆管に近づけるべく種々な製造法が提案されて
いる（例えば、特開平１−３９０７６号公報参照）。そ
れによると集合組織調整Ｚｒ合金被覆管は、まずＺｒ合
金素管を中間ピルガー圧延したのち再結晶焼鈍する工程
ではＱ値を２〜５に選んで内外径とも同等割合で軽減さ
せ、最終工程ではＱ値を中間ピルガー圧延時よりも小さ
い値に選ぶとともに内径よりも外径を大きい割合で軽減
させる方法を採用している。
六方晶のＣ軸がＺｒ合金管内面部分では半径方向に揃う
とともにＺｒ合金管の肉厚中央部分および外面部分では
Ｃ軸がＺｒ合金管の半径方向に交差している集合組織を
有するＺｒ合金被覆管（このような管を集合組織調整Ｚ
ｒ合金被覆管という）が理想的には好ましく、かかるＺ
ｒ合金被覆管に近づけるべく種々な製造法が提案されて
いる（例えば、特開平１−３９０７６号公報参照）。そ
れによると集合組織調整Ｚｒ合金被覆管は、まずＺｒ合
金素管を中間ピルガー圧延したのち再結晶焼鈍する工程
ではＱ値を２〜５に選んで内外径とも同等割合で軽減さ
せ、最終工程ではＱ値を中間ピルガー圧延時よりも小さ
い値に選ぶとともに内径よりも外径を大きい割合で軽減
させる方法を採用している。
【０００９】上記Ｑ値は、一般にピルガー圧延分野では
良く知られた加工因子であり、 Ｑ＝ｌn （ｔ／ｔo ）／ｌn （Ｄ／Ｄo ） または、 Ｑ＝［（ｔo −ｔ）／ｔo ］／［（Ｄo −Ｄ）／Ｄo ］ 但し、ｔo ：圧延前の管肉厚、ｔ：圧延後の管肉厚、Ｄ
o ：圧延前の管平均径、Ｄ：圧延後の管平均径、なる式
により求められ、上記Ｑ値は大きくするほど結晶のＣ軸
を半径方向に集積させることができることも知られてい
る。
良く知られた加工因子であり、 Ｑ＝ｌn （ｔ／ｔo ）／ｌn （Ｄ／Ｄo ） または、 Ｑ＝［（ｔo −ｔ）／ｔo ］／［（Ｄo −Ｄ）／Ｄo ］ 但し、ｔo ：圧延前の管肉厚、ｔ：圧延後の管肉厚、Ｄ
o ：圧延前の管平均径、Ｄ：圧延後の管平均径、なる式
により求められ、上記Ｑ値は大きくするほど結晶のＣ軸
を半径方向に集積させることができることも知られてい
る。
【００１０】さらに、上記結晶のＣ軸の集積度を示す定
量的因子として、一般的に用いられているものにKearns
factor （ｆ値）がある。管の半径方向に関するｆ値
は、ｆｒ値で示され、結晶のＣ軸が全て半径方向に集積
した場合は、ｆｒ＝１．０であり、また結晶のＣ軸が全
て管の円周方向に集積した場合は、ｆｒ＝０．０であ
る。すなわち、ｆｒ値が大きいほど結晶のＣ軸が半径方
向に集積していることを示す因子である。
量的因子として、一般的に用いられているものにKearns
factor （ｆ値）がある。管の半径方向に関するｆ値
は、ｆｒ値で示され、結晶のＣ軸が全て半径方向に集積
した場合は、ｆｒ＝１．０であり、また結晶のＣ軸が全
て管の円周方向に集積した場合は、ｆｒ＝０．０であ
る。すなわち、ｆｒ値が大きいほど結晶のＣ軸が半径方
向に集積していることを示す因子である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来法に
よると、Ｑ値の選定が各工程で異なることによりパスス
ケジュールの変更が不可欠であり、その圧延制御も極め
て難しいという課題があった。
よると、Ｑ値の選定が各工程で異なることによりパスス
ケジュールの変更が不可欠であり、その圧延制御も極め
て難しいという課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
Ｚｒ合金管内面部分の結晶のＣ軸を半径方向に集積さ
せ、Ｚｒ合金管肉厚中央部分および外面部分は内面部分
に比べ結晶のＣ軸を半径方向にあまり集積させないよう
にすることにより機械的強度を劣化させることなく耐応
力腐食割れ性の優れた集合組織調整Ｚｒ合金被覆管を製
造すべく研究を行った結果、図１に示されるように、ピ
ルガー圧延の加工領域（０．００〜１．００）を２０分
割した場合の、 ｎ番目の分割面における平均径をＤn 、 ｎ＋１番目の分割面における平均径をＤn+1 、 ｎ番目の分割面における肉厚をｔn 、 ｎ＋１番目の分割面における肉厚をｔn+1 、 ｎ＋１における任意の径をｘ、 ｎとｎ＋１の微小区間のＱ値をｄＱ(n) 、とし、
Ｚｒ合金管内面部分の結晶のＣ軸を半径方向に集積さ
せ、Ｚｒ合金管肉厚中央部分および外面部分は内面部分
に比べ結晶のＣ軸を半径方向にあまり集積させないよう
にすることにより機械的強度を劣化させることなく耐応
力腐食割れ性の優れた集合組織調整Ｚｒ合金被覆管を製
造すべく研究を行った結果、図１に示されるように、ピ
ルガー圧延の加工領域（０．００〜１．００）を２０分
割した場合の、 ｎ番目の分割面における平均径をＤn 、 ｎ＋１番目の分割面における平均径をＤn+1 、 ｎ番目の分割面における肉厚をｔn 、 ｎ＋１番目の分割面における肉厚をｔn+1 、 ｎ＋１における任意の径をｘ、 ｎとｎ＋１の微小区間のＱ値をｄＱ(n) 、とし、
【００１３】
【数１】
【００１４】数１をたて、この数１に、 ｘ＝Ｄn+1 −ｔn+1 を代入して得られた管内面のｄＱ
(n) をｄＱi(n)、 ｘ＝Ｄn+1 を代入して得られた管中央のｄＱ(n) をｄＱ
m(n)、 ｘ＝Ｄn+1 ＋ｔn+1 を代入して得られた管外面のｄＱ
(n) をｄＱo(n)とすると、 加工開始点（ＳＴ＝１．００）から加工終了点（ＳＴ＝
０．００）までの加工領域（ＳＴ＝０．００〜１．０
０）のうち、加工終了点付近の加工領域（ＳＴ＝０．０
０〜０．３０）においてｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)
≧１となるように、さらに、
(n) をｄＱi(n)、 ｘ＝Ｄn+1 を代入して得られた管中央のｄＱ(n) をｄＱ
m(n)、 ｘ＝Ｄn+1 ＋ｔn+1 を代入して得られた管外面のｄＱ
(n) をｄＱo(n)とすると、 加工開始点（ＳＴ＝１．００）から加工終了点（ＳＴ＝
０．００）までの加工領域（ＳＴ＝０．００〜１．０
０）のうち、加工終了点付近の加工領域（ＳＴ＝０．０
０〜０．３０）においてｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)
≧１となるように、さらに、
【００１５】
【数２】 で規定される断面減少率が０＜ｄＲ(n) ≦３０％となる
ように設計されたピルガー圧延用治具を用いて圧延する
と、Ｃ軸が上述の如く配向した集合組織調整Ｚｒ合金被
覆管を得ることができるという知見を得たのである。こ
の発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであっ
て、ピルガー圧延機による加工領域を分割した場合の上
記数１で規定されるｄＱ値が、上記加工領域の加工終了
点付近（ＳＴ＝０．００〜０．３０）で、 ｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)≧１ となるように、かつ上記微小区間の上記数２で規定され
た断面減少率ｄＲが、 ０＜ｄＲ(n) ≦３０％ となるように設計されたピルガー圧延機により圧延する
集合組織調整Ｚｒ合金管の製造法に特徴を有するもので
ある。
ように設計されたピルガー圧延用治具を用いて圧延する
と、Ｃ軸が上述の如く配向した集合組織調整Ｚｒ合金被
覆管を得ることができるという知見を得たのである。こ
の発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであっ
て、ピルガー圧延機による加工領域を分割した場合の上
記数１で規定されるｄＱ値が、上記加工領域の加工終了
点付近（ＳＴ＝０．００〜０．３０）で、 ｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)≧１ となるように、かつ上記微小区間の上記数２で規定され
た断面減少率ｄＲが、 ０＜ｄＲ(n) ≦３０％ となるように設計されたピルガー圧延機により圧延する
集合組織調整Ｚｒ合金管の製造法に特徴を有するもので
ある。
【００１６】つぎに、上記ｄＱ(n) およびｄＲ(n) をそ
れぞれ上記の如く限定した理由について説明する。
れぞれ上記の如く限定した理由について説明する。
【００１７】（ａ） ｄＱ(n) 加工区域を分割した微小区間のｄＱi(n)，ｄＱm(n)，ｄ
Ｑo(n)をｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)となるようにピ
ルガー圧延すると管内面ほどＱ値が大きくなり、従って
管内面に向うほど結晶のＣ軸は半径方向に集積すること
は明らかであるが、この発明に従ってＳＴ＝０．００〜
０．３０の加工終了点付近において上記数１を満足する
ように圧延すると所望の集合組織調整Ｚｒ合金管が得ら
れる。
Ｑo(n)をｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)となるようにピ
ルガー圧延すると管内面ほどＱ値が大きくなり、従って
管内面に向うほど結晶のＣ軸は半径方向に集積すること
は明らかであるが、この発明に従ってＳＴ＝０．００〜
０．３０の加工終了点付近において上記数１を満足する
ように圧延すると所望の集合組織調整Ｚｒ合金管が得ら
れる。
【００１８】その場合、ＳＴ＝０．３０を越えると十分
な集合組織が得られず、またｄＱi(n)≧５であることが
一層好ましい。
な集合組織が得られず、またｄＱi(n)≧５であることが
一層好ましい。
【００１９】（ｂ） ｄＲ 加工区域を２０分割した微小区間の断面減少率（＝ｄＲ
(n) ）も、加工開始点（ＳＴ＝１．０）から加工終了点
（ＳＴ＝０．０）に向って増加する必要があるが、上記
ｄＲ(n) が３０（％）を越えるとやはりマンドレル３と
管とが焼き付けを起すので、その上限を３０（％）と定
め、０＜ｄＲ(n) ≦３０とした。
(n) ）も、加工開始点（ＳＴ＝１．０）から加工終了点
（ＳＴ＝０．０）に向って増加する必要があるが、上記
ｄＲ(n) が３０（％）を越えるとやはりマンドレル３と
管とが焼き付けを起すので、その上限を３０（％）と定
め、０＜ｄＲ(n) ≦３０とした。
【００２０】
【実施例】つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２１】重量％で、Ｓｎ：１．５％，Ｆｅ：０．２
０％，Ｃｒ：０．１０％、残部：Ｚｒおよび不可避不純
物からなる組成を有し、外径：１７．８mm、肉厚：１．
８mmの寸法を有するＺｒ合金素管を、２０分割された加
工領域（ＳＴ）において、上記数１および数２より求め
たｄＱi ，ｄＱm ，ｄＱo およびｄＲが表１に示される
値となるようにピルガー圧延用治具を設計し、その治具
を用いて、外径：９．５mm、内径：０．６mmの寸法を有
するＺｒ合金管を製造し、このＺｒ合金管の外面、中央
および内面のｆｒ値を求め、その値を表１に示した。
０％，Ｃｒ：０．１０％、残部：Ｚｒおよび不可避不純
物からなる組成を有し、外径：１７．８mm、肉厚：１．
８mmの寸法を有するＺｒ合金素管を、２０分割された加
工領域（ＳＴ）において、上記数１および数２より求め
たｄＱi ，ｄＱm ，ｄＱo およびｄＲが表１に示される
値となるようにピルガー圧延用治具を設計し、その治具
を用いて、外径：９．５mm、内径：０．６mmの寸法を有
するＺｒ合金管を製造し、このＺｒ合金管の外面、中央
および内面のｆｒ値を求め、その値を表１に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１に示される結果から、得られたＺｒ合
金管のｆｒ値は内面に向うほど１に近づいているところ
から、所望の集合組織調整Ｚｒ合金管が得られているこ
とがわかる。
金管のｆｒ値は内面に向うほど１に近づいているところ
から、所望の集合組織調整Ｚｒ合金管が得られているこ
とがわかる。
【００２４】
【発明の効果】この発明によると、従来のようにパスス
ケジュールを変更することなく所望の集合組織調整Ｚｒ
合金管を製造することができるので原子力産業上すぐれ
た効果をもたらすものである。
ケジュールを変更することなく所望の集合組織調整Ｚｒ
合金管を製造することができるので原子力産業上すぐれ
た効果をもたらすものである。
【図１】この発明のピルガー圧延による集合組織調整Ｚ
ｒ合金管の製造法を説明するための断面概略図である。
ｒ合金管の製造法を説明するための断面概略図である。
【図２】理想的な集合組織調整Ｚｒ合金管のＣ軸方向を
示す断面説明図である。
示す断面説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−2975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−199602（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107911（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−39076（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平８−4818（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−28402（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭61−28403（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21B 21/00 B21B 25/00
Claims (1)
- 【請求項１】 ピルガー圧延の加工領域（０．００〜
１．００）を分割した場合の、 ｎ番目の分割面における平均径をＤn 、 ｎ＋１番目の分割面における平均径をＤn+1 、 ｎ番目の分割面における肉厚をｔn 、 ｎ＋１番目の分割面における肉厚をｔn+1 、 微小区間ｎとｎ＋１におけるＱ値をｄＱ(n) 、ｎ＋１における任意の径 をｘ、 として得られた式： において、上記ｘを、 ｘ＝Ｄn+1 −ｔn+1 として得られた管内面のｄＱ(n) を
ｄＱi(n)、 ｘ＝Ｄn+1 として得られた管中央のｄＱ(n) をｄ
Ｑm(n)、 ｘ＝Ｄn+1 ＋ｔn+1 として得られた管外面のｄＱ(n) を
ｄＱo(n) とすると、 加工終了点付近の加工領域：ＳＴ＝０．００〜０．３０
において、 ｄＱi(n)＞ｄＱm(n)＞ｄＱo(n)≧１ となるように、さらに、 断面減少率： が、 ３０≧ｄＲ(n) ＞０ となるように設計されたピルガー圧延用治具を用いてジ
ルコニウム合金素管を圧延することを特徴とする、ピル
ガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10597992A JP3208832B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ピルガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10597992A JP3208832B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ピルガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277513A JPH05277513A (ja) | 1993-10-26 |
| JP3208832B2 true JP3208832B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=14421875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10597992A Expired - Lifetime JP3208832B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ピルガー圧延による集合組織調整ジルコニウム合金管の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3208832B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6284182B1 (en) | 1999-03-12 | 2001-09-04 | Konal Engineering And Equipment Inc. | Molding process employing heated fluid |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10597992A patent/JP3208832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05277513A (ja) | 1993-10-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
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