JPH02213437A - 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 - Google Patents
原子炉用高耐食性ジルコニウム合金Info
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- JPH02213437A JPH02213437A JP1032703A JP3270389A JPH02213437A JP H02213437 A JPH02213437 A JP H02213437A JP 1032703 A JP1032703 A JP 1032703A JP 3270389 A JP3270389 A JP 3270389A JP H02213437 A JPH02213437 A JP H02213437A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は原子炉に使用される耐食性の高いジルコニウム
合金に関する。
合金に関する。
従来原子炉の構成材料に関しては放射能吸収断面積が小
さいことを念頭において開発されてきた。
さいことを念頭において開発されてきた。
一方耐食性特にノジュラー腐食に対しては、ジルコニウ
ムとスズの合金であるジルカロイが高耐食性合金として
知られている1例えばジルカロイ−2(Zry−2)は
Snの他にFe、 NiおよびCr等の合金元素を添加
して耐食性を向上させたものである。
ムとスズの合金であるジルカロイが高耐食性合金として
知られている1例えばジルカロイ−2(Zry−2)は
Snの他にFe、 NiおよびCr等の合金元素を添加
して耐食性を向上させたものである。
このZr −Sn合金の他には、ソ連でZr−1,ON
b合金が耐食性の優れた合金として開発され、燃料被覆
管に広く用いられている。その他、 2,5Nbを含む
Zr −Nb系合金が圧力管等に用いられている。
b合金が耐食性の優れた合金として開発され、燃料被覆
管に広く用いられている。その他、 2,5Nbを含む
Zr −Nb系合金が圧力管等に用いられている。
この合金系は固溶度が大きく、熱処理によって耐食性が
大きく変わることが知られている。Zr−Nb −Sn
系もオゼナイト(Ozhenita)として知られてお
り、 この合金もZr −Nb系と同様な傾向を示す、
第1表に公知のZr −Nb系合金の組成(ωt%)を
示す。
大きく変わることが知られている。Zr−Nb −Sn
系もオゼナイト(Ozhenita)として知られてお
り、 この合金もZr −Nb系と同様な傾向を示す、
第1表に公知のZr −Nb系合金の組成(ωt%)を
示す。
第 1 表
これらのZr −Nb系は炉外においてはZry−2に
比べて高強度でかつ耐食性に優れているが、加工性や溶
接部の耐食性に問題があった。
比べて高強度でかつ耐食性に優れているが、加工性や溶
接部の耐食性に問題があった。
また前述のZr −Sn系合金の場合も、長期間の実炉
装荷運転下においてはノジュール状の白色腐食生成物(
ノジュラー腐食)が表面に斑点状に生成してくる。これ
はジルコニウム合金が高温水と反応し、生成された水素
が母材と表面の酸化膜との間に蓄積して、腐食生成物を
形成するものである。この腐食生成物は、経時的に表面
に蓄積し。
装荷運転下においてはノジュール状の白色腐食生成物(
ノジュラー腐食)が表面に斑点状に生成してくる。これ
はジルコニウム合金が高温水と反応し、生成された水素
が母材と表面の酸化膜との間に蓄積して、腐食生成物を
形成するものである。この腐食生成物は、経時的に表面
に蓄積し。
最終的に表面から剥離して、構造材の強度低下を招くお
それがあった。
それがあった。
これらの問題に対して、上記従来材料では耐食性や強度
を向上させるために熱処理条件や成分量を変化させて対
応してきたが、腐食環境の違いによってはノジュラー腐
食が発生することがあった。
を向上させるために熱処理条件や成分量を変化させて対
応してきたが、腐食環境の違いによってはノジュラー腐
食が発生することがあった。
本発明は上記情況に対処してなされたものであって、原
子炉用機器、特に燃料被覆管に発生するノジュラー腐食
を防止することのできる耐食性の優れた合金を提供する
ことにある。
子炉用機器、特に燃料被覆管に発生するノジュラー腐食
を防止することのできる耐食性の優れた合金を提供する
ことにある。
すなわち本発明は1M子炉機器におけるノジュラ・−腐
食を防止することのできる新たな組成のジルコニウム合
金を提供するものであって、■ 重量%で、Sn 0.
1〜0.5. 2S〜 0.25〜0.70゜V 0
.3〜0.5および不可避不純物を除いて残部Zrから
成ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合
金。
食を防止することのできる新たな組成のジルコニウム合
金を提供するものであって、■ 重量%で、Sn 0.
1〜0.5. 2S〜 0.25〜0.70゜V 0
.3〜0.5および不可避不純物を除いて残部Zrから
成ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合
金。
■ 重量%で、 Nb 0.25〜1.50. Fe
0.15〜1.Oおよび不可避不純物を除いて残部Z
rから成ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニ
ウム合金。
0.15〜1.Oおよび不可避不純物を除いて残部Z
rから成ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニ
ウム合金。
■ 重量%で、Nb 0.25〜1.50、Sn 0.
5〜1.01Ni 0.05〜0.15および不可避不
純物を除いて残部Zrから成ることを特徴とする原子炉
用高耐食性ジルコニウム合金。
5〜1.01Ni 0.05〜0.15および不可避不
純物を除いて残部Zrから成ることを特徴とする原子炉
用高耐食性ジルコニウム合金。
(イ)重量%で、Sn 1.20〜1.70. Fe
0.07〜0.20゜Cr 0.05〜0.15.
Ni 0.03〜0.08 (但しFe、 Cr。
0.07〜0.20゜Cr 0.05〜0.15.
Ni 0.03〜0.08 (但しFe、 Cr。
Niの合計0.18〜0.38)および不可避不純物を
除いて残部Zrから成るジルコニウム合金に希土類元素
を0.3%以下添加して成ることを特徴とする原子炉用
高耐食性ジルコニウム合金6に関する。
除いて残部Zrから成るジルコニウム合金に希土類元素
を0.3%以下添加して成ることを特徴とする原子炉用
高耐食性ジルコニウム合金6に関する。
なお、上記各合金は種々の合金元素を添加しているので
合金溶製時に酸素が混入しやすい、不純物酸素濃度が高
いと照射硬化の誘因となるので、不純物酸素濃度は10
00 ppm以下に抑えることが好ましい。
合金溶製時に酸素が混入しやすい、不純物酸素濃度が高
いと照射硬化の誘因となるので、不純物酸素濃度は10
00 ppm以下に抑えることが好ましい。
本発明のジルコニウム合金のうち、特許請求の範囲の第
1項に記載した合金は、従来のZry−2合金の添加元
素(Fe、 Ni、 Cr)のうち耐食性に対して比較
的効果が小さいと考えられるCrおよびNLを取り除き
、バナジウム(V)を添加して合金元素の組成比を変え
たものである。■は第1図に示した状態図のようにβ共
析型で添加することでマルテンサイト硬化元素として期
待でき、微細な析出物粒子分散が耐食性に好結果をもた
らすものと考えられる。
1項に記載した合金は、従来のZry−2合金の添加元
素(Fe、 Ni、 Cr)のうち耐食性に対して比較
的効果が小さいと考えられるCrおよびNLを取り除き
、バナジウム(V)を添加して合金元素の組成比を変え
たものである。■は第1図に示した状態図のようにβ共
析型で添加することでマルテンサイト硬化元素として期
待でき、微細な析出物粒子分散が耐食性に好結果をもた
らすものと考えられる。
■の添加量は、0.3重量%以下(以下%はすべで重量
%)では上記効果が期待できず、0.5%以上では不純
物の悪影響が大きいので、0.3〜0.5%の範囲とす
る。Feはジルコニウムの耐食性に非常に効果があるの
で、従来のZry−2の場合よりも添加量を高めた。下
限値を0.25%としたのは、Zry−2におけるFe
、 Ni、 Crの総和の下限値が0.25%であり、
本発明の合金ではZry−2におけるNiおよびCrの
分を2S〜で補うためである。
%)では上記効果が期待できず、0.5%以上では不純
物の悪影響が大きいので、0.3〜0.5%の範囲とす
る。Feはジルコニウムの耐食性に非常に効果があるの
で、従来のZry−2の場合よりも添加量を高めた。下
限値を0.25%としたのは、Zry−2におけるFe
、 Ni、 Crの総和の下限値が0.25%であり、
本発明の合金ではZry−2におけるNiおよびCrの
分を2S〜で補うためである。
上限を0.7%としたのは、それ以上多くなると不純物
としての影響が大きくなるためである。 SnはZr中
に固溶して(第2図に示すZr −Sn状態図参照)基
地を強化する作用がある。従来は、不純物へか耐食性に
対して悪影響を及ぼすのでそれを阻止する目的でSnが
添加されていたが、最近の溶解。
としての影響が大きくなるためである。 SnはZr中
に固溶して(第2図に示すZr −Sn状態図参照)基
地を強化する作用がある。従来は、不純物へか耐食性に
対して悪影響を及ぼすのでそれを阻止する目的でSnが
添加されていたが、最近の溶解。
精練技術の向上で不純物Nがto ppm以下に制御で
きるようになったので、Nの影響をそれ稚気にする必要
はなくなった。したがって従来程多量に加える必要はな
く、0.1〜0.5%の範囲とする。これ以下では添加
効果が得られず、これ以上では不純物としての影響が大
きくなる。
きるようになったので、Nの影響をそれ稚気にする必要
はなくなった。したがって従来程多量に加える必要はな
く、0.1〜0.5%の範囲とする。これ以下では添加
効果が得られず、これ以上では不純物としての影響が大
きくなる。
特許請求の範囲第2項および第3項に記載した合金はい
ずれも従来のZr −Nb系合金を改良したもので、前
者は添加元素をできるだけ少なくし、NbおよびFeの
みとして耐食効果を出した。後者も同様に添加元素を少
なくしたが、2S〜およびCrを除いてそれをNiで補
い、かつSnをZry−2に添加されている程度に添加
して耐食性を向上させた。
ずれも従来のZr −Nb系合金を改良したもので、前
者は添加元素をできるだけ少なくし、NbおよびFeの
みとして耐食効果を出した。後者も同様に添加元素を少
なくしたが、2S〜およびCrを除いてそれをNiで補
い、かつSnをZry−2に添加されている程度に添加
して耐食性を向上させた。
次に特許請求の範囲第4項に記載された合金について説
明する。この合金は従来のZry−2合金に希土類元素
を添加したものである。希土類元素を添加したの1i、
希土類元素の酸化物が合金の粒界に根のように入り込み
、酸化被膜が強くなるいわゆるkeying効果を示す
ことと、第2表に示すように希土類元素は原子半径が他
元素より大きいため合金のキャビティ (cavity
)の消滅源として働き、そのため、キャビティの合金/
酸化物界面への集中によるボイド形成を抑制する効果が
あることのためである。
明する。この合金は従来のZry−2合金に希土類元素
を添加したものである。希土類元素を添加したの1i、
希土類元素の酸化物が合金の粒界に根のように入り込み
、酸化被膜が強くなるいわゆるkeying効果を示す
ことと、第2表に示すように希土類元素は原子半径が他
元素より大きいため合金のキャビティ (cavity
)の消滅源として働き、そのため、キャビティの合金/
酸化物界面への集中によるボイド形成を抑制する効果が
あることのためである。
第 2 表
希土類元素をZry−2に添加して2ステップ腐食試験
を行なったときの希土類元素の添加量と腐食量の関係を
第3図に示す、この結果から、希土類元素の添加量をO
−0,3%とした。なお希土類元素としてLaおよびC
eを例示したが、他の希土類元素も同様の効果がある。
を行なったときの希土類元素の添加量と腐食量の関係を
第3図に示す、この結果から、希土類元素の添加量をO
−0,3%とした。なお希土類元素としてLaおよびC
eを例示したが、他の希土類元素も同様の効果がある。
各合金の代表的な元素組成(第3表参照)でプラズマア
ーク溶Mを行ない、インゴットを製造した。このインゴ
ットにZry−2製造と同様な熱処理を施し、その後熱
間圧延、冷間圧・延を行なって、所定の腐食試験片を製
作した。
ーク溶Mを行ない、インゴットを製造した。このインゴ
ットにZry−2製造と同様な熱処理を施し、その後熱
間圧延、冷間圧・延を行なって、所定の腐食試験片を製
作した。
各腐食試験片に対し、いずれも炉外試験で、2ステップ
腐食試験(410℃で8時間+510℃で16時間、1
05気圧で)とMAT腐食試験(410℃で4時間+5
20℃で16時間、123気圧で)を行った。なおMA
T試験は71g溶接でビードオンした部分を含んだ試験
片を用いた。
腐食試験(410℃で8時間+510℃で16時間、1
05気圧で)とMAT腐食試験(410℃で4時間+5
20℃で16時間、123気圧で)を行った。なおMA
T試験は71g溶接でビードオンした部分を含んだ試験
片を用いた。
第3表および第4表に上記試験結果を示す。
第3表
2ステップ腐食試験結果
傘R,E、 は希土類元素
第4表
MAT腐食試験結果
上記第3表および第4表から明らかなように、本発明の
合金はいずれも従来のZry−2よりも耐食性が優れて
いた。
合金はいずれも従来のZry−2よりも耐食性が優れて
いた。
また上記各試験後の試験片の表面状態はいずれもノジュ
ラー発生が認められなかった。
ラー発生が認められなかった。
本発明のジルコニウム合金はいずれも耐食性、特に耐ノ
ジユラー腐食性が優れており、原子炉用の材料として有
用である。特に核燃料要素の燃料被覆管の材料として優
れており、被覆管の長寿命化を期すことができる。
ジユラー腐食性が優れており、原子炉用の材料として有
用である。特に核燃料要素の燃料被覆管の材料として優
れており、被覆管の長寿命化を期すことができる。
第1図はZr−V状態図、第2図はZr −Sn状態図
、第3図は希土類元素添加量と腐食増量との関係を示す
図である。 (8733)代理人弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名
)Snll計’/。 第 図 ya’It°10
、第3図は希土類元素添加量と腐食増量との関係を示す
図である。 (8733)代理人弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名
)Snll計’/。 第 図 ya’It°10
Claims (5)
- (1)重量%で、Sn0.1〜0.5,Fe0.2S〜
0.70,V0.3〜0.5および不可避不純物を除い
て残部Zrから成ることを特徴とする原子炉用高耐食性
ジルコニウム合金。 - (2)重量%で、Nb0.25〜1.50,Fe0.1
5〜1.0および不可避不純物を除いて残部Zrから成
ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合金
。 - (3)重量%で、Nb0.25〜1.50、Sn0.5
〜1.0,Ni0.05〜0.15および不可避不純物
を除いて残部Zrから成ることを特徴とする原子炉用高
耐食性ジルコニウム合金。 - (4)重量%で、Sn1.20〜1.70,Fe0.0
7〜0.20,Cr0.05〜0.15,Ni0.03
〜0.08(但しFe,Cr,Niの合計0.18〜0
.38)および不可避不純物を除いて残部Zrから成る
ジルコニウム合金に希土類元素を0.3%以下添加して
成ることを特徴とする原子炉用高耐食性ジルコニウム合
金。 - (5)不純物酸素濃度が1000ppm以下である請求
項1〜4記載の原子炉用高耐食性ジルコニウム合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1032703A JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1032703A JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02213437A true JPH02213437A (ja) | 1990-08-24 |
JP2726299B2 JP2726299B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=12366210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1032703A Expired - Lifetime JP2726299B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 原子炉用高耐食性ジルコニウム合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2726299B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02247346A (ja) * | 1987-12-07 | 1990-10-03 | Europ Du Zirconium Cezus:Co | 均質腐食及びノジュラー腐食に対して耐食性の管、バー、シート又はストリップ、及びその製造方法 |
FR2693476A1 (fr) * | 1992-07-09 | 1994-01-14 | Cezus Co Europ Zirconium | Produit extérieurement en alliage de Zr, son procédé de fabrication et son utilisation. |
EP0724270A1 (fr) * | 1995-01-30 | 1996-07-31 | Framatome | Tube en alliage à base de zirconium pour assemblage combustible nucléaire et procédé de fabrication d'un tel tube |
WO2000065117A1 (fr) * | 1999-04-22 | 2000-11-02 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpyatie 'vserossiisky Nauchno-Issledovatelsky Institut Neorganicheskikh Materialov Imeni Akademika A.A.Bochvara' | Alliage a base de zirconium |
CN110284027A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-09-27 | 中国核动力研究设计院 | 一种耐碱性水质腐蚀的锆基合金 |
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