JPH02271291A - 耐食性及び耐摩耗性を有する原子炉燃料集合体用の棒 - Google Patents

耐食性及び耐摩耗性を有する原子炉燃料集合体用の棒

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JPH02271291A
JPH02271291A JP2013427A JP1342790A JPH02271291A JP H02271291 A JPH02271291 A JP H02271291A JP 2013427 A JP2013427 A JP 2013427A JP 1342790 A JP1342790 A JP 1342790A JP H02271291 A JPH02271291 A JP H02271291A
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zirconium
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tin
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Jean-Paul Mardon
ジャン　ポール　マルドン
Daniel Charquet
ダニエル　シャルク
Marc Perez
ペレ マルク
Jean Senevat
ジャン　セネヴァ
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Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA
Fragema
Areva NP SAS
Orano Demantelement SAS
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EN NOM COLLECTIF ZIRCOTUBE SOC
Compagnie Europeenne du Zirconium Cezus SA
Fragema
Framatome SA
Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
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    • A23L2/00—Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
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    • G—PHYSICS
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    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • 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
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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】 本発明は改良された耐食性及び耐摩耗性を有する原子炉
の燃料集合体用の棒に関する。
水冷却原子炉、特に加圧水原子炉の燃料集合体は焼結ペ
レットの形の酸化ウラン又は酸化プルトニウムのような
核燃料物質を封入する燃料被覆によって構成される燃料
棒が中に導入される骨組を含む。
ジルコニウム合金の管で作られている燃料被覆は燃料被
覆の外表面と接触して循環する一次流体の影響下で良好
な耐食性を有していなければならない。
水冷却原子炉の燃料集合体中の燃料被覆を形成するため
に、通常、主として１．２〜１．７％の錫、０．１８〜
０．２４％の鉄及び０．０７〜０．１３％のクロムを含
むジルコニウムベース合金又は１．２〜１．７％の錫、
０．０７〜０．２％の鉄、０．０５〜０．１５％のクロ
ム及び０．０３〜０．０８％のニッケルを含むジルコニ
ウム合金が用いられる。
作動時の原子炉の環境中で燃料棒の燃料被覆の照射下で
の腐食に関する性能を改良し、それによってコア中の燃
料集合体の寿命を長くするため、上記ジルコニウム合金
の組成の改良又は調節あるいはバナジウム、ニオブ又は
銅のような元素を含む合金による置換が提案されている
。
しかし、これらの合金は、その機械的特性、特に硬さ及
び耐摩耗性が現在用いられている組成の特性よりも通常
低い点で、その組成が前に挙げである現在用いられてい
る合金より優れた決定的な利点を示さない。
原子炉の冷却用流体に暴露される外表面の腐食に加えて
、燃料被覆は特に燃料ペレットと燃料被覆の内表面との
間の相互作用のための内部腐食を受ける。この内部腐食
を減少させるため、ペレ・ノドと燃料被覆との間に絶縁
層を置くことが提案されている。
特許出願Ｅ　Ｐ　−Ａ−０，２１２，３５１号中にも、
前記のような通常型のジルコニウム合金の管状内部層と
、内部層を構成する合金とは異なるジルコニウム合金か
らなりかつ鉄と元素バナジウム、白金及び銅の少なくと
も１種とを含む、燃料被覆の耐食性を改良した表面層と
を含む２重管の形の燃料被覆の製造が記載されている。
厚さが燃料被覆の壁の全厚さの１〜２０％を示すこの表
面層は、通常組成のジルコニウム合金の内部管によって
構成されるブランクを押出し、その上に表面層の組成を
有する外部管を取り付けることによって製造される。
燃料被覆は、次に、ステップバイステップローリングミ
ルでその最終直径まで圧延される。
燃料被覆が２重管で構成されている燃料棒は原子炉の環
境内で明瞭に改良された一般的な外部耐食性を示す。し
かし、表面層の硬さ及び耐摩耗性は通常型の合金の燃料
被覆よりも低い。
従って、燃料集合体に新しい棒を装填するとき、又は摩
耗した燃料集合体中の棒を取り換えるとき、棒の燃料被
覆はその外表面の摩耗が増加し、欠損を生じたり局部的
な腐食が増加したりする可能性がある。
従って、本発明の１つの目的は、互いに異なるジルコニ
ウム合金の内部管状層と表面層すなわち外部層とを含む
燃料被覆内に核燃料物質を含む原子炉の燃料集合体用の
棒であって、通常型のジルコニウム合金の均−管で燃料
被覆が構成されている棒と２重管で構成されている燃料
被覆を有する棒との両方に関して明瞭に改良された耐外
部腐食性及び耐摩耗性を有する棒を提供することである
。
この目的のため、燃料被覆の壁の全厚さの１０〜２５％
の厚さを有する表面層すなわち外部層は重量で０．３５
〜０．６５％の錫、０．２０〜０．６５％の鉄、０゜０
９〜０．１６％の酸素及び０．３５〜０゜６５％の比率
のニオブ又は０．２５〜０．３５％の比率のバナジウム
を含むジルコニウムベース合金で構成される。
本発明は０．８〜１．２％のニオブを含むジルコニウム
合金によって構成される内部管状層と本発明の主な特徴
に従った表面層すなわち外部層とをその燃料被覆が含む
燃料棒にも関する。
本発明を説明するため、以下に、加圧水原子炉中の燃料
集合体として意図される本発明による燃料棒の幾つかの
実施態様を限定的でない実施例として記載する。
あらゆる場合に、本発明の燃料棒の燃料被覆は、前に定
義された表面層すなわち外部層の組成に相当する組成を
有する外部管が上に取り付けられるジルコニウム合金の
管状コアによって構成されるブランクの押出し及びその
後のステップバイステップローリングミルでの圧延によ
って製造される。
その最終状態に於て、本発明の燃料棒の燃料被覆は下記
の寸法特徴を有する： 外径９．６３ｍｍ１０．０４鶴、燃料被覆の壁の最小全
厚０．６０５１ｍ、表面層すなわち外部層の最小厚０．
０６０ｍ。
実施例１．２及び３ 通常の型の、かつ加圧水原子炉のために意図された集合
体用の燃料棒の燃料被覆の製造の場合に現在用いられて
いるジルコニウム合金で内部管状層を製造する。
ジルカロイ４の名称で呼ばれているかかるジルコニウム
ベース合金は１．２〜１．７％の錫、０．１８〜０．２
４％の鉄、０６０７〜０．１３％のクロム、ｏ、ｏｏｓ
ｏ〜０．００２００％の炭素、Ｏ，ＯＯ５０〜０．０１
２％の珪素及び０．０９００〜０．１６００％の酸素（
指示された％は重量％である）を含みかつ鉄及びクロム
成分の重量％の合計は０．２８〜０．３７％である。残
りは極めて低い比率の不可避の不純物を除けばジルコニ
ウムで構成される。
本発明の実施例１．２及び３にそれぞれ対応する３つの
表面層の組成（重量％）を下表に示すが、これらの層は
導入される添加元素又はこれら元素の重量％に関して組
成が互いに幾らか異なっている。
本発明の燃料棒の表面層の組成は０．３５〜０．６５％
の有意の比率の錫の存在、変わることはできるが０．２
０〜０．６５％である比率の鉄の存在、極めて少量の残
留不純物として存在することのみが可能であるクロムの
不在、及び有意のかつ明確な比率のニオブとバナジウム
とからなる元素の１種の存在を特徴とする。
あらゆる場合に、錫とニオブ又はバナジウムのような元
素とが同時に存在することは非常に満足な機械的特性、
特に高い硬度とバナジウムを含み錫を含まないジルコニ
ウム合金の耐食特性に匹敵する耐食特性との両方を得る
ことを可能にする。
バナジウム及びニオブは燃料被覆による水素の表面吸収
を減少することを可能にするので、原子炉の環境内での
耐食性を改良する。
本発明の燃料棒の２重燃料被覆は概して再結晶相の形の
均一結晶構造を有する。
実施例４，５及び６ 本発明の燃料棒のこれらの実施例では、内部管状層は実
質的に１％のニオブを含み、有意の量の如何なる他の金
属合金元素をも排除したジルコニウムベース合金で構成
される。
この内部層はあらゆる場合にｉｉ量で下記の組成を有す
る： 二オブ０．８〜１．２％、酸素０．０９〜０．１６％、
残りは極めて少量の不可避の不純物とは別にジルコニウ
ムで構成される。
実施例４，５及び６の燃料棒の燃料被覆は表面層の組成
が互いに異なる。
実施例４の場合には、表面層は実施例１で前述した組成
を有する。同様に、実施例５及び６の棒の燃料被覆の表
面層はそれぞれ実施例２及び３で前述した組成を有する
。
最終状態に於て、燃料被覆は完全に再結晶した構造を有
する。
４００℃に於ける耐食性を確かめるために行った試験は
、本発明の棒の複合燃料被覆がジルカロイ４の燃料被覆
よりも明瞭に改良された特性を有することを示した。
さらに、ジルコニウム・ニオブ合金の内部層を含む燃料
棒の燃料被覆の４００℃に於けるクリープに対する抵抗
はジルカロイ４の均−又は複合燃料被覆のクリープに対
する抵抗よりも非常にずっと高い。
さらに、本発明の特別な利益によって、合金Ｚｒ−Ｎｂ
は先行技術の合金の相対的延性損失よりも低い相対的延
性損失を有するので、ペレットと燃料被覆との間の相互
作用による応力下での腐食の危険を著しく減少する。
あらゆる場合に、低温又は高温に於ける表＠層の硬さは
先行技術の複合燃料被覆の対応する表面層の硬さより非
常にずっと高い。
本発明の範囲は記載した実施例に限定されるものではな
い。
かくして、１．２〜１．７％の錫、０．０７〜０．２％
の鉄、０．０５〜０．１５％のクロム、０．０３〜０．
０８％のニッケル及び０．０７〜０．１５％の酸素を含
み、鉄、クロム及びニッケルの重量％の和が０．１８〜
０．３８であるジルカロイ２のようなジルコニウム合金
で構成される内部層を用いることが可能である。
表面層すなわち外部層に関する場合、前に示した限界内
のより正確な組成限界を選ぶことも可能である。
本発明の燃料棒は加圧水原子炉の燃料集合体の場合及び
沸騰水原子炉の燃料集合体の場合の両方に用いることが
できる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、互いに異なるジルコニウム合金の内部管状層と表面
    層とを含む燃料被覆内に核燃料物質を含む原子炉の燃料
    集合体用の棒であって、該表面層が燃料被覆の壁の全厚
    さの１０〜２５％の厚さを有しかつ重量で０．３５〜０
    ．６５％の錫、０．２０〜０．６５％の鉄、０．０９〜
    ０．１６％の酸素及び０．３５〜０．６５％の比率のニ
    オブ又は０．２５〜０．３５％の比率のバナジウムを含
    み、残りが不可避の不純物とは別にジルコニウムで構成
    されているジルコニウムベース合金によって構成されて
    いる棒。 ２、該表面層が０．３５〜０．６５％の錫、０．２２〜
    ０．２８％の鉄、０．０９〜０．１６％の酸素及び０．
    ３５〜０．６５％のニオブを含み、残りが不可避の不純
    物を除けばジルコニウムで構成されているジルコニウム
    ベース合金で構成されている請求項１記載の棒。 ３、該表面層が０．３５〜０．６５％の錫、０．３５〜
    ０．４５％の鉄、０．０９〜０．１６％の酸素、０．３
    ５〜０．６５％のニオブを含み、残りが不可避の不純物
    を除けばジルコニウムで構成されているジルコニウムベ
    ース合金で構成されている請求項１記載の棒。 ４、該表面層が０．３５〜０．６５％の錫、０．５５〜
    ０．６５％の鉄、０．０９〜０．１６％の酸素及び０．
    ２５〜０．３５％のバナジウムを含み、残りが不可避の
    不純物を除けばジルコニウムで構成されている合金で構
    成されている請求項１記載の棒。 ５、内部層が１．２〜１．７％の錫、０．１８〜０．２
    ４％の鉄、０．０７〜０．１３％のクロム、０．０９〜
    ０．１６％の酸素、０．００８〜０．０２％の炭素、０
    ．００５〜０．０１２の珪素を含み、鉄とクロムとの重
    量％の合計が０．２８〜０．３７％であるジルコニウム
    ベース合金で構成されている請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の棒。 ６、該燃料被覆の該内部層が１．２〜１．７％の錫、０
    ．０７〜０．２％の鉄、０．０５〜０．１５％のクロム
    、０．０３〜０．０８％のニッケルを含むジルコニウム
    ベース合金で構成されている請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の棒。 ７、該燃料被覆の該内部層が０．８〜１．２％のニオブ
    及び０．０９〜０．１６％の酸素を含み、残りが不可避
    の不純物を除けばジルコニウムで構成されているジルコ
    ニウムベース合金で構成されている請求項１〜４のいず
    れか１項に記載の棒。
JP2013427A 1989-01-23 1990-01-23 耐食性及び耐摩耗性を有する原子炉燃料集合体用の棒 Pending JPH02271291A (ja)

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