JPH0348193A

JPH0348193A - 核燃料用被覆管

Info

Publication number: JPH0348193A
Application number: JP1182638A
Authority: JP
Inventors: Masami Uno; 正美宇埜; Norihisa Fujii; 藤井　則久
Original assignee: Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Current assignee: Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Priority date: 1989-07-17
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1991-03-01

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】［産業上の利用分野コ本発明は原子炉に使用される核燃料用被覆管に関わり、
特に応力腐食割れとノジュラー腐食に対して改善された
核燃料用被覆管に関する。

［従来の技術］原子炉に使用される燃料は、核燃料ペレットを被覆管内
に封入して用いている。この核燃料用被覆管としては、
中性子吸収断面積が小さく、機械的特性および耐食性に
優れたジルカロイ−２（Ｚ＋マー２）またはジルカロイ
−４（Ｚ「マー４）といわれるジルコニウム合金が用い
られてきた。しかしながら、これらのジルカロイ被覆管
は、その内表面における応力腐食割れ（Ｓ　ＣＣ）に対
して十分な抵抗性が発揮できなかった。この応力腐食割
れとは、被覆管と燃料ペレットとの熱膨張差によって両
者間に機械的相互作用（ＰＣＩ）が生じ、これに腐食性
核分裂生成物が関与して生ずるものである。

そこでＳＣＣを抑制するために、ジルカロイより延性の
高い純Ｚｒを内表面に被覆した被覆管が提案された（特
開昭５１−６７７９５号公報）。

一方、ジルカロイ被覆管の外表面は高温、高圧の水また
は水蒸気にさらされているため、薄い酸化物（酸化膜）
が形成され、また中性子の照射効果によりその酸化速度
が加速される。この酸化膜はＺ　ｒ　Ｏ２であり、ジル
カロイに比べて熱伝導度が低い。そのため被覆管表面の
温度上昇をもたらし、その結果さらに酸化膜が成長し、
被覆管本体の肉厚が減少して強度が低下したり、厚くな
った酸化膜が脆化して剥離し炉水の放射線レベルを上昇
させるなどの問題を生ずる。

さらに軽水炉では、ジルカロイ被覆管の外表面に局所的
にレンズ状の酸化物が生ずる。これをノジュラー腐食と
いう。この酸化物は周囲の酸化膜に比べて厚いため、被
覆管本体の強度低下や酸化膜の剥離を促進する。特に、
最近経済性の向上のために炉内滞在時間の延長（高燃焼
度化）が考えられているが、これによりノジュラー腐食
がさらに進行し、被覆管の破損に至る恐れもある。

従来、ジルカロイの耐ノジュラー腐食性を高める方法と
して、ジルカロイをβ相を含む温度まで加熱、急冷する
方法（α＋βまたはβ焼入れ）（特開昭５８−２２３６
４号公報）、ジルカロイ組織において第２相粒子を微細
化したり（特開昭６３−１８０３０号公報）、Ｃ軸の配
向性を調整する方法（特開昭６３−２０４２８号公報）
（組織改良）などが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］上記したノジュラー腐食を抑制する従来技術のうち、α
＋βまたはβ焼入れの方法は、９００〜１０５０℃の温
度で熱処理を行うので、被覆管製造工程において特殊な
設備が必要であり、また焼入れ後のジルカロイの機械的
性質の劣化を招く。また、組織改良の方法は微妙な温度
設定の下での熱処理が必要であり、これにより耐ノジュ
ラー腐食性の増したジルカロイは、その後の耐ＳＣＣ性
付加のための二重管の加工により、あるいは炉内での使
用期間中に、その耐ノジュラー腐食性が劣化する恐れが
ある。

本発明は上記情況に鑑みてなされたもので、本発明の目
的は、耐ＳＣＣ性に加えて耐ノジュー腐食性の高い核燃
料用被覆管を提供することである。

［課題を解決するための手段］上記目的は、Ｚｔｌ−２またはＺ　ｒｌ−４からなる核
燃料用被覆管の内表面に純Ｚｒを被覆し、かつ外表面に
耐ノジュラー腐食性の高いジルコニウム合金を被覆する
ことによって達成される。耐ノジュラー腐食性の高いジ
ルコニウム合金としては次の４種のものが適当である。

（ａ）重量％で、Ｓｎ０．ｌ〜０．５％、Ｆｅ０．２５
〜０．７０％、Ｖ０．３〜０．５％、不可避不純物を除
いて残部Ｚｒである合金。

（ｂ）重量％で、Ｎ　ｂ　０．２５〜１．５０％、Ｆｅ
０．１５〜１．０％、不可避不純物を除いて残部Ｚｒで
ある合金。

（ｃ）重量％で、Ｎｂ０．２５〜１．５０％、Ｓｎ０．
５〜１．０％、Ｎｉ０．０５％〜０．１５％、不可避不
純物を除いて残部Ｚｒである合金。

（ｄ）重量％で、Ｓ　ｎ１．　２０〜！、　７０％、Ｆ
ｅ０．［ｌ？〜０．２０％、　　Ｃｒ、０．０５〜０．
１５％、　　Ｎ　ｉ　０．０３〜０．０８％（但しＦｅ
、ＣｒおよびＮｉの合計が０．１８〜０．３８％）、希
土類元素０．３％以下、不可避不純物を除いて残部Ｚｒ
である合金。

但し、上記（ａ）〜（ｄ）において、不純物酸素濃度は
１１０００ｐｐ以下である。

［作用］本発明の核燃料用被覆管は内表面に純Ｚｒが被覆されて
いるので、被覆管本体であるＺ　ｔ７−２またはＺＢ−
４と核燃料ペレットとの間に純Ｚｒが存在し、ＳＣＣを
抑制することができる。また、外表面には耐ノジュラー
腐食性の合金が被覆されているので、耐ノジュラー腐食
性もある。これら二つの特性はその製造過程において相
互に損なうことがないので、本発明の核燃料用被覆管は
耐ＳＣＣ性および耐ノジュラー腐食性を兼ね備えており
、今後の燃料の高燃焼度化にも対応することができる。

［実施例］本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図は本発明の一実施例を示す核燃料用被覆管の横断面図
である。図において、１は核燃料ペレット、２はＺ　ｒ
ｙ−２またはＺ　＋７−４からなる被覆管本体。

３は被覆管本体の内表面に被覆された純Ｚｒからなる層
、４は被覆管本体の外表面に被覆された耐ノジュラー腐
食性のＺｒ合金からなる層である。

純Ｚｒからなる層３および耐ノジュラー腐食性のＺｒ合
金からなる層４はそれぞれ被覆管全肉厚の２０％以下が
適当である。

上記被覆管を製造する方法としては、被覆管の熱間押出
しの前に内表面および外表面にそれぞれ純Ｚｒおよび耐
ノジュラー腐食性合金を被覆し、熱間押出しにより被覆
管を形成する方法があり、この方法によれば、各層が冶
金的に結合した良好な特性のものが得られる。また、被
覆管形成後に各層を被覆してもよい。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明の核燃料用被覆管は耐ＳＣ
Ｃ性と耐ノジュラー性を兼ね備えており、原子炉の安全
性を高め今後の高燃焼度化にも対応することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す核燃料用被覆管の横断面図で
ある。１・・・核燃料ペレット２・・・Ｚ　＋７−２またはＺ　＋７−４からなる被覆
管本体３・・・純Ｚｒ層４・・・耐ノジュラー腐食性の高いジルコニウム合金層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ジルカロイ−２またはジルカロイ−４から成る核
燃料用被覆管の内表面に純Ｚｒを被覆し、外表面に耐ノ
ジュラー腐食性の高いジルコニウム合金を被覆してなる
ことを特徴とする核燃料用被覆管。
（２）耐ノジュラー腐食性の高いジルコニウム合金が、
以下の４種の合金のうちのいずれか１種である請求項１
記載の核燃料用被覆管。（ａ）重量％で、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．２５
〜０．７０％、Ｖ０．３〜０．５％、不可避不純物を除
いて残部Ｚｒである合金。（ｂ）重量％で、Ｎｂ０．２５〜１．５０％、Ｆｅ０．
１５〜１．０％、不可避不純物を除いて残部Ｚｒである
合金。（ｃ）重量％で、Ｎｂ０．２５〜１．５０％、Ｓｎ０．
５〜１．０％、Ｎｉ０．０５％〜０．１５％、不可避不
純物を除いて残部Ｚｒである合金。（ｄ）重量％で、Ｓｎ１．２０〜１．７０％、Ｆｅ０．
０７〜０．２０％、Ｃｒ０．０５〜０．１５％、Ｎｉ０
．０３〜０．０８％（但しＦｅ、ＣｒおよびＮｉの合計
が０．１８〜０．３８％）、希土類元素０．３％以下、
不可避不純物を除いて残部Ｚｒである合金。但し、上記
（ａ）〜（ｄ）において、不純物酸素濃度は１０００ｐ
ｐｍ以下である。