JPH02270949A - ジルコニウム合金管の製法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ジルコニウム合金素管を所定寸法まで圧延す
るに際し、温間圧延と冷間圧延をうまく組合せることに
より、少ない工程数で優れた品質のジルコニウム合金管
を得ることのできる方法に関し、得られる製品管は特に
原子燃料被覆管として有用である。

［従来の技術］ ジルコニウム合金は耐食性が良好で且つ中性子吸収断面
積が小さいという特有の性質を有しているところから、
たとえば軽水冷却型原子炉の炉心部材、殊に原子燃料被
覆管等として汎用されており、代表的なものとしてはジ
ルカロイ−２（ジルコニウムにＳｎ：約１．５％、ｃｒ
：約０．１％、Ｆｅ：約０．１％、Ｎｂ：約０，０５％
を添加したもの）やジルカロイ−４（ジルコニウムにｓ
ｎ：約１．５・％、Ｆｅ：約０．２％、Ｃｒ：約０．１
％を添加したもの）あるいはＺｒ−（ｔ〜２．５％）Ｎ
ｂ合金等が挙げられる。

ところがジルコニウム合金製の燃料被覆管といえども、
原子炉内で長期間中性子の照射を受け、高温高圧の水や
水蒸気にさらされているうちにかなりの速度で腐食され
ることは避けられない。特に沸騰軽水型原子炉用の燃料
被覆管においては、ノジュラー腐食と呼ばれる局部腐食
が進行し、プラント運転の安全性に重大な影響を及ぼす
ことがある。

この様なノジュラー腐食を抑制する方法として、ジルコ
ニウム合金管の製造工程で表面に高温の熱処理を施す方
法が提案されている（特開昭５５−５０４　ｂ　３　’
ｊ３、特公昭５６−１２３１０号、特開昭５８−２Ｏ７
３４９号等）。ところがこの熱処理法はジルコニウム合
金組織の変化及び析出物の再分布をもたらして素管の硬
化及び脆化を来たし、冷間加工性を著しく劣化させる。

熱処理によるこうした冷間加工性の低下は、熱処理復燐
なまし３Ａ埋することによっである程度緩和し得るもの
の充分とは言えず、そのため１回当たりの冷間加工率を
高めることができなくなって、冷延工程数の増大による
不利益を招く。また冷間加工室を無理に高めようとする
と、素管の表面や内部に割」１が発生し、原子燃料被覆
管としての安全性が著しく損なわれる。

上記以外の冷間加工性改善法として、特開昭５、９−９
３　Ｂ　６１号公報に記載されている梯に、焼入れ後の
表面硬化層を研削除去する方法がある。し・かじながら
この方法では、折角焼入れによって耐食性を高めた領域
を除去してしまうことになるので最終製品の耐食性は不
斗分とならざるを得す、しかも月料ロスの増大による経
済的不利益はまぬがれない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の様な従来技術の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、耐食性の優れたジルコニウ
ム合金管を、前述の様な問題を生ずることなく少ない工
程数で円滑に製造することのできる方法を提供しようど
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ことのできた本発明の構成は、押出
成形されたジル、Ｊニウム合金素管を圧延して製品寸法
まで減面加ゴ“するに際し、最終圧延の前までの圧延は
温間で行ない、最終圧延は冷間で行なうところに要旨を
有するものである。

［作用及び実施例］ 第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明法と従来法を対比し
て示１゛工程説明図であり、第１図（Ａ）は本発明法、
第１図ＣＢ）は従来法を示す。

第１図（Ｂ）からも明らかである様に従来法では、押出
成形によってＥ？ルコニウム合金素簀は耐食＋＋１改曽
のための熱ＩＡ理に会１され、その後硬化による加工性
の低下を焼なましにより緩和してから冷間圧延と焼なま
しを数回繰り返し、最終冷間圧延により目標寸法に合わ
せた後焼なましして製品とする。この場合、熱処・環径
の焼なましたけては冷間加工性を十分に高めることがで
きず、冷間圧延時の減面率を高めることができないので
、既に述べた様に、熱処理により硬質化した表層部を表
面切削により除去してから冷間圧延を行なう方法（特開
昭５９−９３８６１号公報）が提案されたが、必ずしも
有効な方法とはならなかフた。尚この従来法では、冷間
圧延時の加工率を十分に高めることができないので、所
定の断面寸法まで減面加工するには冷間圧延と焼なまし
を複数回（通常は２〜５回稈度）繰り返さなければなら
ず、作業が煩雑で且つ生産性も上がりにくい。

これに対し本発明では、第１図（Ａ）に示す如く熱処理
された素管をまず温間圧延により適当な断面」法まで減
面加工し、最終段階で冷間圧延により目標寸法に調整し
た後焼なまし処理して製品とする方法が採用される。

ジルコニウム合金の高温強度及び伸びはたとえば第２．
３図に示す通りであり、温度が上がるに一つれて強度は
急激に低下すると共に、加工性の目安どなる伸びは増大
してくる。従って熱処理により硬質化し・たものであっ
ても、温間圧延を採用すれば減面率を高めた場合でも割
れ等を生ずることなくスムーズに圧延を行なうことがで
き、実質的に１回の温間圧延で所定の断面手法を得るこ
とができる。但し最終の製品寸法を得るための最終圧延
段階では冷間圧延法を採用し、それにより原子燃料被覆
管としての要求特性（機械的性質、表面平滑性、長手方
向及び周方向強度の内質性等）を確保する。即ち圧延の
作業性のみを考えれば、減面加工のすべてを温間圧延と
する方が有効であると考えられるが、最終圧延を含めた
すべての圧延を温間で行なうと、熱処理工程で折角微細
化された結晶粒が粗大化して物性が低ドするぽかりでな
く耐食性にも悪影響が現われてくる。しかし最終の圧延
を冷間で行なえば、上記の様な問題る・生ずることなく
、物理的にもまた化学的にも優れた特性を備えたジルコ
ニウム合金管を得ることができるのである。

尚圧延効率のみから考えると冷間よりも温間の方が有利
であることは周知の事実であると思われる。それにもか
かわらずジルコニウム合金製燃料被覆管の製造に温間圧
延法が採用されなかった理由は必ずしも明確でないが、
温間圧延によってもたらされる不利益（結晶粒の粗大化
による物性および耐食性の劣化等）が過大視されていた
こと、圧延技術の未熟さ等が原因と考えられる。近年、
圧延技術が向上した結果前述の如く最終圧延までを温間
で行ない、最終圧延を冷間で行なえば上記の様な不利益
を生じることがなく、温間圧延の利点を享受しつつ最終
製品の物理的・化学的特性を高レベルに保つことができ
る。

この様に本発明では温間圧延と冷間圧延をうまく組合せ
たところに特徴を有しているが、こうした特徴をより効
果的に発揮させるには、温間圧延温度を３００〜７００
℃に設定すると共に、最終冷間圧延時の加工率を３０〜
９０％に設定するのがよい、しかして温間圧延温度が３
００℃未満ては、温間圧延の利点である加工々車内上効
果が有効に発揮されず、一方７００℃を超える場合は金
属組織の再結晶化が起こり熱処理工程で得た微細な結晶
組織が粗大化し易くなる。また最終冷間圧延時の加工率
は最終製品に要求される物性（殊に機械的性質）を考慮
して決められるが、加工率が３０％未満である場合は加
工硬化不足により強度が不十分になることがあり、一方
９０％を超える場合は割れ等の欠陥が生じ易くなる。従
って本発明を実施するに当たっては、最終冷間圧延時に
３０〜９０％の加工率が得られる様に温間圧延時の加工
率をコントロールすることが望まれる。

ところで上記では、耐食性改善のため熱処理を施した素
管に適用する場合を主体にして説明してきたが、熱処理
の施されておらない通常のジルコニウム合金素管に適用
する場合でも、最終冷間圧延前の冷間圧延を温間圧延に
代えることにより圧延回数を大幅に減することができる
。

また本発明は、原子燃料被覆管として最も一般的なジル
カロイ−２やジルカロイ−４等のジルコニウム合金管の
ほか、内層部を純ジルコニウム、外層部をジルコニウム
合金とする２重管構造の被覆管の製造に適用することも
可能である。即ちジルコニウム合金よりなる単層管では
、燃料被覆管内へ装入される核燃料（ＵＯ２）の核分裂
生成物であるＩやＣｓ等により応力腐食割れを起こすこ
とがあり、こうした欠陥を防止するため内層を純ジルコ
ニウムとする２重管構造の燃料被覆管が開発されている
が（特公昭６０−４８７１３号公報等）、本発明はこの
様な２重管構造のジルコニウム合金管を製造する場合に
も同様に適用することができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、温間圧延と冷間圧
延をうまく組合せることによって優れた品質のジルコニ
ウム合金管を少ない工程数で効率良く製造し得ることに
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法と従来法を対比して示す工程説明図、
第２．３図はジルコニウム合金の室温強度及び室温伸び
に対する高温強度及び高温伸びの関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）押出成形されたジルコニウム合金素管を圧延して
   製品寸法まで減面加工するに際し、最終圧延の前までの
   圧延は温間で行ない、最終圧延は冷間で行なうことを特
   徴とするジルコニウム合金管の製法。