JPH01250736A - 原子炉用ジルコニウム合金の耐食性判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔永業上の利用分野〕 本発明は、原子炉用材料ジルコニウム合金の高温水また
は水蒸気に対する耐食性の判定方法に係り、特に、炉内
での使用温度条件下の耐食性を再現性よく判定する方法
を提供する。

〔従来の技術〕

軽水炉内で使用したジルコニウム合金には、しばしば、
表面に白色の斑点状の腐食性酸化物を生成する、いわゆ
るノジユラー腐食が発生する。特開昭５８−９５２４７
号公報にも示されているように、このノジユラー腐食に
対する耐食性を判定する方法は、ジルコニウム合金の試
験片を約３００〜４２０℃の水蒸気中に曝露し、引続き
約４９０〜５２０℃の水蒸気中に曝露して試験片表面の
腐食の有無を確認するものである。しかしながら、この
方法では、実際のジルコニウム合金使用時の温度および
時間との関連については配慮されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、ジルコニウム合金の実際の原子炉内
使用時の温度における耐食性については配慮されておら
ず、また、第１段階の約３００〜４２０℃の水蒸気中の
曝露試験の際に成牛ずる酸化膜による、第２段階の約４
９０〜５２０℃の水魚気中曝露の腐食量に及ぼす影響も
考慮されていなかった。

本発明の目的は、ジルコニウム合金の原子炉内での使用
温度におけるノジユラー腐食感受性を安定して再現性よ
く評価し得る方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するための本発明に係る、原子炉内ジル
コニウム合金の耐食性判定方法の構成は、原子炉で使用
するジルコニウム合金のノジユラー腐食に対する耐食性
を、当該合金で製作した試験片を用いて判定する耐食性
判定方法において、原子炉の使用温度と同一温度の水ま
たは水蒸気中に、酸化膜厚さが０．９μｍ以上になるま
で試験片を曝露する第１段階加熱と、この後の、４９０
°Ｃ〜５３０℃の水蒸気中に少なくとも８時間、該試験
月番曝露する第２段階加熱とからなる曝露を行ない、曝
露ずみの試験片の腐食状況に基づいて耐食性を判定する
ようにしたことである。

〔作用〕

原子炉内におけるジルコニウム合金製品は、使用温度（
３００〜４２０”Ｃ）の水または水蒸気中に長期間にわ
たり曝される間に、ノジユラー腐食を受けることが知ら
れている。通常は、使用温度で長時間使用後に炉外に取
出して、各種の炉外試験を行なって、ノジユラー腐食の
影響を検討し、余寿命を判定する。、すなわち、上記製
品の、ノジユラー腐食による使用可否の判定には、例え
ば、何年も費すことにもなりかねない。

本発明者らは、上記のような状況において、ノジユラー
腐食による。材料の使用可能性の有無の判定を比較的短
期間に再現性よ〈実施できる方法を実験的に確認した。

なお、試験片は燃料被覆管と同一寸法（１２ｍｍφ、厚
さ０．９ａｎ）の管を３０閣長さにして用いた。

本発明者らの実験によれば、ノジユラー腐食の感受性は
腐食温度に大きく影響を受ける。温度が高いと感受性が
高くなり、ノジユラー腐食の発生頻度も高まる。本発明
における第１段階は、ジルコニウム合金の使用温度（３
００〜４２０℃）での水または水蒸気中で試験片を腐食
させ、原子炉運転時に相当する条件下における酸化膜を
形成させる。実際の原子炉の場合は、上記使用温度で引
続き長期間にわたってジルコニウム合金製品を使用し、
例えば次の定期点検時に取出して、試験検査を行なって
ノジユラー腐食発生の状況を検知することになる。すな
わち、材料を原子炉に装荷してからこれを取出して、耐
食性の有無を判定するまでに数千時間〜数百時間を費す
ことになる。

したがって、第２段階の加熱では、従来の実験結果から
、ノジユラー腐食発生率の高い温度４９０〜５３０　’
Ｃの水蒸気中に、所定数の試験片を最長２４時間曝露し
て、所定時間毎に試験片を取出し、ノジユラー腐食発生
状況を観測した結果、約８時間経過後の試験片には、ノ
ジユラー腐食特有の白点の現出を確認することができた
。

上記の場合、第１段階での酸化膜形成が充分に行なわれ
ないと、第２段階の腐食温度（４９０〜５３０℃）での
腐食量は不安定となり、ノジユラー腐食の判定は困難で
ある。

実験の結果、第１段階で形成する酸化膜厚さを０．９μ
ｍ以上（後述する）としておくと、試料のノジユラー腐
食感受性は、この酸化膜によって決定され、第２段階の
高温腐食によってもその高温による影響はなく、第１段
階で決定されたノジユラー腐食感受性が判定できる。

すなわち、ジルコニウム合金製品の耐食性を判定するに
当り、これと同一材質の試験片をオートクレーブ中に曝
露し、第１段階加熱（約３５０℃）で、０．９μｍの酸
化膜を成形しく数百時間）、第２段階加熱（４９０〜５
３０℃）で約８時間の曝露試験を終了した後に試験片を
取出し１ｗＡ測することにより、当該製品の耐食性を判
定し、製品寿命を決定することができる有効な方法であ
る。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図および第２図を用いて
説明する。

第１図は、本発明の一実施例のジルコニウム合金に係る
水蒸気温度と試験時間の関係を示す加熱線図、第２図は
、本発明において、第１段階加熱の試験時間を変化させ
た時の酸化膜厚さと、さらに昇温した第２段階の加熱で
成牛じた腐食量の関係を示す関係図である。

第１図は、ジルコニウム合金の試験片をオートクレーブ
（高温高蒸気圧試験装置）中に曝露させて、まず、実際
の使用温度に相当するＴ１温度にｔ１時間保持しく第１
段階）、試験片表面に酸化膜を成牛させた後、さらにオ
ートクレーブ内の温度を、温度Ｔ２に昇温しでｔ２時間
保持する（第２段階）ようにした加熱線図を示したもの
である。

上記試験の方法は、予め準備したオートクレーブに若干
側の試験片を装入し、水蒸気圧を調整しつつ昇温し、実
機使用温度Ｔエ　（３００〜４００℃）にて、ｔ１時間
保持する（これを第１段階の加熱とする。）この保持時
間を決定することは重要′であり、最初に装入した試験
片は１例えば。

ｔ、：５Ｑ、１００，３００および５００時間後に取出
して、その都度、試験片表面の酸化膜厚さを測定する（
重量測定または、顕微鏡観測により）。上記第１段階で
、酸化膜厚さを０．９μｍ　（後述する）とすることを
目安として、上記し１時間を決める。

つぎに、オートクレーブ内の温度を、ノジユラー腐食を
促進し易い温度Ｔ、（４９０〜５３０℃）まで昇温し、
時間ｔｚ　　（約８時間）保持する（第２段階の加熱）
。常温まで冷却後、試験片を取出して腐食量を測定する
ことにより、耐食性を判定する。試験片の腐食量は１重
量増加の測定、断面観察による腐食層厚さの測定、また
は、腐食パターンのａｍによるノジユラー腐食発生の有
無およびその発生頻度等により判定することができる。

第２図は、使用温度（約３５０℃）における、第１段階
の加熱後の酸化膜厚さ０．９μｍ　を検知して、それに
続く、第２段階の加熱後の腐食量との相互関係を実験的
に求めた関係図である。ここでは、第１段階の温度Ｔ□
　（第１図）を３５０℃、第２段階の温度Ｔ２　（第１
図）を５２０℃、その試験時間ｔｚ　　（第１図）を８
時間として実験した。

第１段階の時間１１　　（第１図）については、予め準
備した必要量の試験片を０〜数百時間、水蒸気中で酸化
させたちの取出して、その酸化膜厚さを順次測定した。

第２図中のＡは、約５００時間後に、酸化膜厚さ０．９
μｍを得たものである。また、Ｂは、第１段階はゼロ時
間、すなわち酸化膜厚さもゼロの状態である。Ｂのよう
に、第１段階を実施しないで（０時間）、直接第２段階
の加熱を実施した場合（酸化膜厚さは０）には、５２０
℃におけるノジユラー腐食感受性のために、重量増加量
は顕著である。また、第１段階終了後の酸化膜厚さが、
０．９μｍよりも薄い場合には、使用温度（３５０℃）
に相当するノジユラー腐食感受性が充分に決定されず、
第２段階の温度（５２０℃）の影響が出て、重量増加量
が比較的大きく不安定である。Ａのように、酸化膜厚さ
が０．９μｍ以上では、すでに、ノジユラー腐食感受性
が決定さ′れており、重量増加量は低レベルで一定とな
り、実際の使用温度（３５０’Ｃ）におけるノジユラー
腐食感受性を判定することができる。

すでに第１図に示したが、ジルコニウム合金の耐食性を
判定するためには、単に第１段階の加熱を終了しただけ
では、試験片の腐食量が少なく、ノジユラー腐食発生の
無有は識別できず、さらに、第２段階の加熱を追加して
実施することにより、腐食重量の増加が認められ、腐食
パターンからも。

ノジユラー腐食の発生が判別できるようになる。

なお、第１図において、第１段階の加熱は、図示のよう
に一度に連続して行なわず、−度中断して酸化膜の形成
を確認し、酸化膜厚さが０．９μｍ以下ならば、さらに
第１段階と同一条件で追加して加熱を行なってもよい。

また、第１段階の加熱から第２段階への移行についても
、第１図に示すように、−度、常温に下げてから、再び
昇温する方法の他に、第１段階の温度（Ｔよ）から降温
せずに第２段階の温度（Ｔ２）に昇温しでもよい。

さらにまた、第１段階と第２段階の加熱とで、使用する
オートクレーブを換えてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、実機の使用温度におけるジルコニウム
合金の耐食性を、短時間内に安定して。

再現性よく判定することが可能となる。従来、ノジユラ
ー腐食による、上記材料の余寿命の判定には、長期間を
費していたが、これによって、短期間で判定ができるの
で１人工費の節減が可能となった。

以上要するに、ジルコニウム合金の原子炉内における使
用温度下のノジユラー腐食感受性を安定して、再現性よ
く評価し得る方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のジルコニウム合金に係る
水蒸気温度と試験時間の関係を示す加熱線図、第２図は
、本発明において、第１段階加熱の試験時間を変化させ
た時の酸化膜厚さと、さらに昇温した第２段階加熱で成
牛じた腐食量の関係を示す関係図である。 Ｔ８・・・第１段階加熱時の水蒸気温度、Ｔ２・・・第
２段階加熱時の水蒸気温度、しい・・・第１段階加熱時
の試験時間、ｔ２・・・第２段階加熱時の試験時間、Ａ
・・・第１段階の加熱後酸化膜厚さ０．９μｍの状態。 Ｂ・・・第１段階加熱をせず、酸化膜厚さ０の状態。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉で使用するジルコニウム合金のノジユラー腐
   食に対する耐食性を、当該合金で製作した試験片を用い
   て判定する耐食性判定方法において、原子炉の使用温度
   と同一温度の水または水蒸気中に、酸化膜厚さが０．９
   μｍ以上になるまで試験片を曝露する第１段階加熱と、
   この後の、４９０℃〜５３０℃の水蒸気中に少なくとも
   ８時間、該試験片を曝露する第２段階加熱とからなる曝
   露を行ない、曝露ずみの試験片の腐食状況に基づいて耐
   食性を判定することを特徴とする原子炉用ジルコニウム
   合金の耐食性判定方法。 ２、腐食状況を、試験片の重量増加を測定することによ
   り、判定するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の原子炉用ジルコニウム合金の耐食性判定
   方法。 ３、腐食状況を、試験片の腐食層の厚さを測定すること
   により、判定するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の原子炉用ジルコニウム合金の耐食性
   判定方法。４、腐食状況を、試験片の腐食パターンを観
   測することにより、判定するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の原子炉用ジルコニウム合
   金の耐食性判定方法。