JP4615134B2 - 高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高強度を有し、かつ高温高圧水や水酸化リチウム（以下、ＬｉＯＨで示す）含有の高温高圧水溶液に対する耐食性にもすぐれ、したがって細径化および薄肉化を可能ならしめるばかりでなく、実用に際してもすぐれた性能を長期に亘って発揮するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に原子炉、例えば軽水炉が燃料被覆管を備え、これが内部に収容した放射性物質である燃料の発する熱を外周面に接して流通する冷却水としての高温高圧水や、通常数ｐｐｍ程度のＬｉＯＨを含有する高温高圧水溶液に伝達する機能をもち、通常ジルカロイ合金などのＺｒ合金製であることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の原子炉の高性能化に対応して、燃料被覆管にも細径化および薄肉化、さらに上記冷却水に対する一段の耐食性向上が要求される傾向にあるが、従来提案されているジルカロイ合金はじめ、各種のＺｒ合金製の燃料被覆管の場合、これらの要求に十分満足に対応することができる強度および耐食性を具備していないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高強度を有し、かつ耐食性にもすぐれたＺｒ合金製原子炉燃料被覆管を開発すべく研究を行なった結果、質量％で（以下、％は質量を示す）、
Ｎｂ：１．３８〜１．７４％、
Ｃｒ：０．０１５〜０．３６１％、
を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金は、従来原子炉燃料被覆管として広く用いられているジルカロイ合金に比して高強度を有し、かつ高温高圧水やＬｉＯＨ含有の高温高圧水溶液に対してもすぐれた耐食性を示し、したがってこのＺｒ合金によれば燃料被覆管の細径化および薄肉化を可能とし、かつ使用寿命の一層の延命化を図ることができるようになる、という研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果に基いてなされたものであって、
Ｎｂ：１．３８〜１．７４％、
Ｃｒ：０．０１５〜０．３６１％、
を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金で構成してなる、高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管に特徴を有するものである。
【０００６】
なお、この発明の原子炉燃料被覆管を構成するＺｒ合金のＮｂ含有量を１．３８〜１．７４％としたのは、その含有量が１．３８％未満では、Ｎｂ成分によってもたらされる強度および耐食性の向上効果に低下傾向が現れるようになり、所望の高強度およびすぐれた耐食性を安定して確保することができず、一方その含有量が１．７４％を越えると製管時の熱間および冷間加工性に低下傾向が現れ、細径化および薄肉化に困難性を生じる場合が発生するようになるという理由によるものである。
また、同じくＣｒ含有量を０．０１５〜０．３６１％としたのは、その含有量が０．０１５％未満では、Ｃｒ成分がＮｂ成分との共存においてもたらす耐食性向上効果を安定して得ることができない場合が生じ、一方その含有量が０．３６１％を越えるとＮｂ成分と同様に熱間および冷間加工性に低下傾向が現れるようになるという理由によるものである。
【０００７】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の原子炉燃料被覆管を実施例により具体的に説明する。
真空アーク溶解炉にて表１に示される成分組成をもったＺｒ合金を溶製し、直径：３５０ｍｍのインゴットに鋳造し、このインゴットに熱間鍛造を施して直径：２２０ｍｍの棒材とし、この棒材に１０５０℃に加熱後水冷の溶体化処理を施した後、７５０℃に加熱した状態で、熱間押出し加工を施して、外径：８０ｍｍ×内径：５０ｍｍの寸法をもった管状素材とし、この管状素材に６００℃での中間焼鈍を加えながら６回の冷間圧延を施すことにより外径：８ｍｍ×内径：７ｍｍの寸法をもった本発明燃料被覆管１〜４および従来燃料被覆管１，２を製造した。
なお、従来燃料被覆管１，２は、いずれも従来Ｚｒ合金として知られるジルカロイ合金２種およびジルカロイ合金４種に相当する組成のＺｒ合金からなるものである。
【０００８】
つぎに、この結果得られた本発明燃料被覆管１〜４および従来燃料被覆管１，２について、強度を評価する目的で、引張り強さを測定し、さらに耐食性を評価する目的で、軽水炉の燃料被覆管が受ける腐食条件に相当する条件、すなわち長さ：５０ｍｍに切り出した試験片を静置式オートクレーブ内にセットし、イオン交換水（伝導度：０．１μＳｖ以下）を用いて調製した、３６０℃飽和水蒸気圧の高温高圧水の中に１５０日間放置の条件での腐食試験、さらに加速腐食試験として、イオン交換水（伝導度：０．１μＳｖ以下）およびＬｉＯＨ特級試薬を用いて調製した、ＬｉＯＨ：０．０１ｍｏｌ／Ｌ含有の３６０℃飽和水蒸気圧の高温高圧水溶液の中に９０日間放置の条件での腐食試験を行い、酸化膜生成による重量増加を測定した。これらの結果を表１に示したが、腐食増量に関しては単位面積当りの増量で示した。
【０００９】
【表１】

【００１０】
【発明の効果】
表１に示される結果から、本発明燃料被覆管１〜４は、いずれも従来燃料被覆管１，２に比して高強度を有し、さらに高温高圧水やＬｉＯＨ含有高温高圧水溶液に対してもすぐれた耐食性を示すことが明らかである。
上述のように、この発明の原子炉燃料被覆管は、高強度を有するので、原子炉の高性能化に対応して要求される細径化および薄肉化にも満足に対応でき、さらに一段の使用寿命の延命化も可能とするものである。

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｎｂ：１．３８〜１．７４％、
   Ｃｒ：０．０１５〜０．３６１％、
   を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金で構成したことを特徴とする高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管。