JPH04224648A - 高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金 - Google Patents
高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金Info
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- JPH04224648A JPH04224648A JP2413606A JP41360690A JPH04224648A JP H04224648 A JPH04224648 A JP H04224648A JP 2413606 A JP2413606 A JP 2413606A JP 41360690 A JP41360690 A JP 41360690A JP H04224648 A JPH04224648 A JP H04224648A
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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
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- 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
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- Powder Metallurgy (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高耐蝕性・高強度ジルコ
ニウム合金に関し、さらに詳しくは、軽水炉等における
高温・高圧下の水、または、水蒸気中において優れた耐
腐蝕性を有する高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金に関
するものである。
ニウム合金に関し、さらに詳しくは、軽水炉等における
高温・高圧下の水、または、水蒸気中において優れた耐
腐蝕性を有する高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金に関
するものである。
【０００２】
【従来技術】一般に、ジルコニウム合金は熱中性子吸収
断面積が小さいこと、耐蝕性が優れていることおよび適
度な機械的強度を有していることから、沸騰水型軽水炉
（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の燃料被覆
管、炉芯構造材料等に広く使用されてきている。
断面積が小さいこと、耐蝕性が優れていることおよび適
度な機械的強度を有していることから、沸騰水型軽水炉
（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の燃料被覆
管、炉芯構造材料等に広く使用されてきている。
【０００３】そして、いままでに最も多く普通に使用さ
れているジルコニウム合金としては、ＡＳＴＭにはジル
カロイ−２、ジルカロイ−４が規定されており、その他
、Ｎｂ１ｗｔ％を含有するＺｒ−１ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｎ
ｂ２．５ｗｔ％含有のＺｒ−２．５ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｎ
ｂ１ｗｔ％、Ｎｉ０．１ｗｔ％、Ｆｅ０．１ｗｔ％、Ｓ
ｎ０．２ｗｔ％含有するＯｚｈｅｎｉｔｅおよびＦｅ０
．１ｗｔ％以下、Ｃｒ１．０ｗｔ％以下含有するＶａｌ
ｏｙ等がある。また、ジルカロイ−２およびジルカロイ
−４に、Ｍｏ０．０５〜５．０ｗｔ％含有させた合金も
提案されている。
れているジルコニウム合金としては、ＡＳＴＭにはジル
カロイ−２、ジルカロイ−４が規定されており、その他
、Ｎｂ１ｗｔ％を含有するＺｒ−１ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｎ
ｂ２．５ｗｔ％含有のＺｒ−２．５ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｎ
ｂ１ｗｔ％、Ｎｉ０．１ｗｔ％、Ｆｅ０．１ｗｔ％、Ｓ
ｎ０．２ｗｔ％含有するＯｚｈｅｎｉｔｅおよびＦｅ０
．１ｗｔ％以下、Ｃｒ１．０ｗｔ％以下含有するＶａｌ
ｏｙ等がある。また、ジルカロイ−２およびジルカロイ
−４に、Ｍｏ０．０５〜５．０ｗｔ％含有させた合金も
提案されている。
【０００４】しかし、これらのジルコニウム合金の耐蝕
性は必ずしも充分なものであるとはいえず、例えば、沸
騰水型軽水炉のチャネルボックスにジルカロイ−４を使
用し、燃料被覆管にジルカロイ−２を使用すると、ノジ
ュラー腐蝕と称される白色斑点状の腐蝕が発生すること
がある。
性は必ずしも充分なものであるとはいえず、例えば、沸
騰水型軽水炉のチャネルボックスにジルカロイ−４を使
用し、燃料被覆管にジルカロイ−２を使用すると、ノジ
ュラー腐蝕と称される白色斑点状の腐蝕が発生すること
がある。
【０００５】そして、このノジュラー腐蝕が進行してい
くと、時には剥離減少が生じて肉減りし、構造材料とし
て機械的性質の低下を招く恐れがあり、この剥離した腐
蝕生成物は放射能を有しており取り扱い上厳重な注意が
必要である。そのため、原子炉の構造材料としてのジル
コニウム合金の耐ノジュラー腐蝕性を改善することが重
要なことである。
くと、時には剥離減少が生じて肉減りし、構造材料とし
て機械的性質の低下を招く恐れがあり、この剥離した腐
蝕生成物は放射能を有しており取り扱い上厳重な注意が
必要である。そのため、原子炉の構造材料としてのジル
コニウム合金の耐ノジュラー腐蝕性を改善することが重
要なことである。
【０００６】また、ウラン資源の有効利用、放射性廃棄
物の発生量の低減および発電コストの低減を目的として
、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（Ｐ
ＷＲ）において、燃料の高燃焼度化が進められてきてい
る。そのため、ジルカロイ製品等の炉芯構造材料には、
沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の環境下におけるノジュラー
腐蝕の局部腐蝕に対する耐蝕性ばかりではなく、沸騰水
型軽水炉（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の
両方の環境下において、均一腐蝕に対する耐蝕性に優れ
ているジルコニウム合金が強く望まれている。
物の発生量の低減および発電コストの低減を目的として
、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（Ｐ
ＷＲ）において、燃料の高燃焼度化が進められてきてい
る。そのため、ジルカロイ製品等の炉芯構造材料には、
沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の環境下におけるノジュラー
腐蝕の局部腐蝕に対する耐蝕性ばかりではなく、沸騰水
型軽水炉（ＢＷＲ）および加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の
両方の環境下において、均一腐蝕に対する耐蝕性に優れ
ているジルコニウム合金が強く望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に説明し
たように、従来沸騰水型軽水炉および加圧水型軽水炉に
使用されてきているジルカロイ−２およびジルカロイ−
４等のジルコニウム合金の種々の問題点に鑑み、本発明
者が鋭意研究を行ない、検討を重ねた結果、高温・高圧
の水または水蒸気中において、耐ノジュラー腐蝕性およ
び耐均一腐蝕性に優れており、かつ、腐蝕反応により発
生する水素の吸収が少なく、さらに、機械的性質に優れ
ているばかりでなく、（α＋β）相またはβ相の温度領
域における特殊な熱処理を必要としない、加工および製
造の容易な高耐蝕性・高強度ジルコニウムご開発したの
である。
たように、従来沸騰水型軽水炉および加圧水型軽水炉に
使用されてきているジルカロイ−２およびジルカロイ−
４等のジルコニウム合金の種々の問題点に鑑み、本発明
者が鋭意研究を行ない、検討を重ねた結果、高温・高圧
の水または水蒸気中において、耐ノジュラー腐蝕性およ
び耐均一腐蝕性に優れており、かつ、腐蝕反応により発
生する水素の吸収が少なく、さらに、機械的性質に優れ
ているばかりでなく、（α＋β）相またはβ相の温度領
域における特殊な熱処理を必要としない、加工および製
造の容易な高耐蝕性・高強度ジルコニウムご開発したの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高耐蝕性・
高強度ジルコニウム合金は、Ｎｂ ５．０ｗｔ％以下
、Ｔａ ２．５ｗｔ％以下を含有し、残部実質的にジ
ルコニウムからなることを特徴とする高耐蝕性・高強度
ジルコニウムを第１の発明とし、Ｎｂ ５．０ｗｔ％
以下、Ｔａ ２．５ｗｔ％以下を含有し、さらに、Ｓ
ｎ １．０ｗｔ％以下、Ｆｅ ０．５ｗｔ％以下、
Ｎｉ ０．２ｗｔ％以下の内から選んだ１種または２
種以上を含有し、残部実質的にジルコニウムからなるこ
とを特徴とする高耐蝕性・高強度ジルコニウムを第２の
発明とする２つの発明よりなるものである。
高強度ジルコニウム合金は、Ｎｂ ５．０ｗｔ％以下
、Ｔａ ２．５ｗｔ％以下を含有し、残部実質的にジ
ルコニウムからなることを特徴とする高耐蝕性・高強度
ジルコニウムを第１の発明とし、Ｎｂ ５．０ｗｔ％
以下、Ｔａ ２．５ｗｔ％以下を含有し、さらに、Ｓ
ｎ １．０ｗｔ％以下、Ｆｅ ０．５ｗｔ％以下、
Ｎｉ ０．２ｗｔ％以下の内から選んだ１種または２
種以上を含有し、残部実質的にジルコニウムからなるこ
とを特徴とする高耐蝕性・高強度ジルコニウムを第２の
発明とする２つの発明よりなるものである。
【０００９】本発明に係る高耐蝕性・高強度ジルコニウ
ム合金について、以下詳細に説明する。
ム合金について、以下詳細に説明する。
【００１０】先ず、本発明に係る高耐蝕性・高強度ジル
コニウム合金の含有成分および成分割合について説明す
る。
コニウム合金の含有成分および成分割合について説明す
る。
【００１１】Ｎｂはカナダ型重水炉（ＣＡＮＤＵ炉）の
圧力管材料であるＺｒ−２．５ｗｔ％Ｎｂ合金の含有元
素であり、この合金は耐蝕性を改善するために製造工程
最終段階において、β変態温度直下における溶体化処理
およびその後の時効処理を行なうという特殊の熱処理を
行なっている。即ち、Ｎｂを単独で含有させたのでは、
充分な耐蝕性を得るためにはこのよう熱処理が必要であ
った。
圧力管材料であるＺｒ−２．５ｗｔ％Ｎｂ合金の含有元
素であり、この合金は耐蝕性を改善するために製造工程
最終段階において、β変態温度直下における溶体化処理
およびその後の時効処理を行なうという特殊の熱処理を
行なっている。即ち、Ｎｂを単独で含有させたのでは、
充分な耐蝕性を得るためにはこのよう熱処理が必要であ
った。
【００１２】しかしながら、本発明に係る高耐蝕性・高
強度ジルコニウム合金においては、Ｎｂを含有させると
同時に、Ｔａを含有させることにより上記に説明した熱
処理を行なうことなく、充分な耐蝕性を確保することが
でき、さらに、延性を低下させることなく強度の向上を
図ることが可能となり、耐蝕性、機械的性質を改善する
と共に加工性を劣化させることがないのである。
強度ジルコニウム合金においては、Ｎｂを含有させると
同時に、Ｔａを含有させることにより上記に説明した熱
処理を行なうことなく、充分な耐蝕性を確保することが
でき、さらに、延性を低下させることなく強度の向上を
図ることが可能となり、耐蝕性、機械的性質を改善する
と共に加工性を劣化させることがないのである。
【００１３】そして、Ｎｂはβ相安定化元素であるため
、含有量が過剰であるとβ相変態温度を低下させ、熱間
加工時のβ相変態は冷却時の組織変化により冷間加工性
を著しく劣化させるため、製造工程途中におけるβ変態
はできる限り抑制する必要がある。従って、燃料被覆管
等の製造工程を考慮するとＮｂ含有量は５．０ｗｔ％以
下とするのがよい。
、含有量が過剰であるとβ相変態温度を低下させ、熱間
加工時のβ相変態は冷却時の組織変化により冷間加工性
を著しく劣化させるため、製造工程途中におけるβ変態
はできる限り抑制する必要がある。従って、燃料被覆管
等の製造工程を考慮するとＮｂ含有量は５．０ｗｔ％以
下とするのがよい。
【００１４】Ｔａは高温高圧の水または水蒸気中におけ
る耐蝕性、特に、耐ノジュラー腐蝕性を改善するのみな
らず、均一腐蝕性をも改善し、さらに、腐蝕反応により
発生する水素の吸収を著しく抑制する効果を有する元素
であり、また、Ｎｂとの同時含有により機械的性質を改
善できるのである。
る耐蝕性、特に、耐ノジュラー腐蝕性を改善するのみな
らず、均一腐蝕性をも改善し、さらに、腐蝕反応により
発生する水素の吸収を著しく抑制する効果を有する元素
であり、また、Ｎｂとの同時含有により機械的性質を改
善できるのである。
【００１５】しかし、Ｔａを過剰に含有させると耐蝕性
は逆に劣化するようになるので、Ｔａ含有量は２．５ｗ
ｔ％以下とするのがよい。
は逆に劣化するようになるので、Ｔａ含有量は２．５ｗ
ｔ％以下とするのがよい。
【００１６】また、上記に説明したＮｂ、Ｔａの必須成
分に加えて、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｎｉの内から選んだ１種また
は２種以上含有させることができる。
分に加えて、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｎｉの内から選んだ１種また
は２種以上含有させることができる。
【００１７】Ｓｎはα相安定化元素であり、かつ、β相
変態温度の低下を抑制すると共に高温強度を上昇させる
元素でもあり、機械的性質を改善する効果を有するが、
均一腐蝕性を劣化させるという欠点をも有している。従
って、これらのことを考慮することによって、Ｓｎ含有
量は１．０ｗｔ％以下とする。
変態温度の低下を抑制すると共に高温強度を上昇させる
元素でもあり、機械的性質を改善する効果を有するが、
均一腐蝕性を劣化させるという欠点をも有している。従
って、これらのことを考慮することによって、Ｓｎ含有
量は１．０ｗｔ％以下とする。
【００１８】Ｆｅは耐ノジュラー腐蝕性を改善する元素
であり、α相中への固溶量が低く、過剰に含有させると
ジルコニウムと金属間化合物を形成して、加工性を劣化
させるようになる。従って、これらのことを考慮して、
Ｆｅ含有量は０．５ｗｔ％以下とする。
であり、α相中への固溶量が低く、過剰に含有させると
ジルコニウムと金属間化合物を形成して、加工性を劣化
させるようになる。従って、これらのことを考慮して、
Ｆｅ含有量は０．５ｗｔ％以下とする。
【００１９】ＮｉはＦｅと同様に耐ノジュラー腐蝕性を
改善する元素であるが、腐蝕反応により発生する水素を
合金中に吸収するのを促進するという欠点を有する。従
って、これらのことを考慮して、Ｎｉ含有量は０．２ｗ
ｔ％以下とする。
改善する元素であるが、腐蝕反応により発生する水素を
合金中に吸収するのを促進するという欠点を有する。従
って、これらのことを考慮して、Ｎｉ含有量は０．２ｗ
ｔ％以下とする。
【００２０】
【実 施 例】次に、本発明に係る高耐蝕性・高強
度ジルコニウム合金の実施例を説明する。
度ジルコニウム合金の実施例を説明する。
【００２１】
【実 施 例】表１に示す含有元素および成分割合のジ
ルコニウム合金を得るために、原子炉級の純度のジルコ
ニウム、高純度のＮｂ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｎｉを秤量
し、プレスによりブリケットを製作した。
ルコニウム合金を得るために、原子炉級の純度のジルコ
ニウム、高純度のＮｂ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｎｉを秤量
し、プレスによりブリケットを製作した。
【００２２】次いで、アーク溶解により小型インゴット
を溶製し、図１に示す製造工程により、板厚２ｍｍの板
状試験片を作成した。
を溶製し、図１に示す製造工程により、板厚２ｍｍの板
状試験片を作成した。
【００２３】各試験片の耐蝕性を調査するため、５００
℃×２４時間、７００℃×７２００時間のオートクレー
ブ腐蝕試験を行なった。
℃×２４時間、７００℃×７２００時間のオートクレー
ブ腐蝕試験を行なった。
【００２４】試験雰囲気は何れも１０５ｋｇ／ｃｍ２の
水蒸気であり、各腐蝕増量と、４００℃の長期間試験片
については、腐蝕試験前後での水素濃度変化を測定し、
腐蝕反応で発生する水素量の吸収割合を算出した。
水蒸気であり、各腐蝕増量と、４００℃の長期間試験片
については、腐蝕試験前後での水素濃度変化を測定し、
腐蝕反応で発生する水素量の吸収割合を算出した。
【００２５】また、機械的性質を調査するため、室温に
おいて引張試験を行ない、引張強度と破断伸びを測定し
た。表２に各試験結果を示してある。この表２より、本
発明に係る高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金は、従来
合金のジルカロイー２：Ｎｏ．１４、ジルカロイー４：
Ｎｏ．１５と比較して、５００℃の腐蝕試験結果から、
耐ノジュラー腐蝕性に優れていることがわかる。
おいて引張試験を行ない、引張強度と破断伸びを測定し
た。表２に各試験結果を示してある。この表２より、本
発明に係る高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金は、従来
合金のジルカロイー２：Ｎｏ．１４、ジルカロイー４：
Ｎｏ．１５と比較して、５００℃の腐蝕試験結果から、
耐ノジュラー腐蝕性に優れていることがわかる。
【００２６】また、４００℃の腐蝕試験からは、均一腐
蝕性が優れていることが判明したが、水素吸収率は低く
抑えられており、耐水素吸収性にも優れていることがわ
かる。
蝕性が優れていることが判明したが、水素吸収率は低く
抑えられており、耐水素吸収性にも優れていることがわ
かる。
【００２７】室温引張性質は、従来合金よりも高強度で
、延性の低下もなく、加工性にも優れていることが確認
できた。
、延性の低下もなく、加工性にも優れていることが確認
できた。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高耐
蝕性・高強度ジルコニウム合金は上記に説明した構成を
有しているから、従来使用されてきているジルカロイー
２およびジルカロイー４に比較して、高強度であり、か
つ、延性にも優れており、従来の製法により燃料被覆管
、スペーサ、燃料チャネルおよび炉芯構造材料が容易に
得られ、さらに、原子炉内の使用環境において、耐ノジ
ュラー腐蝕性、耐均一腐蝕性に優れており、そして、腐
蝕反応により発生する水素の吸収が少なく、水素脆化に
よる機械的特性の劣化が抑制され、従って、長期間にわ
たり使用することができるという効果を有しているもの
である。
蝕性・高強度ジルコニウム合金は上記に説明した構成を
有しているから、従来使用されてきているジルカロイー
２およびジルカロイー４に比較して、高強度であり、か
つ、延性にも優れており、従来の製法により燃料被覆管
、スペーサ、燃料チャネルおよび炉芯構造材料が容易に
得られ、さらに、原子炉内の使用環境において、耐ノジ
ュラー腐蝕性、耐均一腐蝕性に優れており、そして、腐
蝕反応により発生する水素の吸収が少なく、水素脆化に
よる機械的特性の劣化が抑制され、従って、長期間にわ
たり使用することができるという効果を有しているもの
である。
【図１】本発明に係る高耐蝕性・高強度ジルコニウム合
金の実施例において使用する試験片の製造工程を示す図
である。
金の実施例において使用する試験片の製造工程を示す図
である。
Claims (2)
- 【請求項１】Ｎｂ ５．０ｗｔ％以下、Ｔａ ２．
５ｗｔ％以下を含有し、残部実質的にジルコニウムから
なることを特徴とする高耐蝕性・高強度ジルコニウム。 - 【請求項２】Ｎｂ ５．０ｗｔ％以下、Ｔａ ２．
５ｗｔ％以下を含有し、さらに、Ｓｎ １．０ｗｔ％
以下、Ｆｅ ０．５ｗｔ％以下、Ｎｉ０．２ｗｔ％以
下の内から選んだ１種または２種以上を含有し、残部実
質的にジルコニウムからなることを特徴とする高耐蝕性
・高強度ジルコニウム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2413606A JPH04224648A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2413606A JPH04224648A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224648A true JPH04224648A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=18522206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2413606A Pending JPH04224648A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 高耐蝕性・高強度ジルコニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04224648A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016167397A1 (ko) * | 2015-04-14 | 2016-10-20 | 한전원자력연료 주식회사 | 우수한 내식성 및 크리프 저항성을 갖는 지르코늄 합금과 그 제조방법 |
| WO2019162876A1 (es) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | Comisión Nacional De Energía Atómica (Cnea) | Aleaciones de circonio con resistencia a la corrosión y temperatura de servicio mejoradas para usar en el revestimiento del combustible y las partes estructurales del núcleo de un reactor nuclear |
| CN112281026A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-29 | 西部新锆核材料科技有限公司 | 一种耐蚀锆合金及其铸锭的制备方法和应用 |
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1990
- 1990-12-25 JP JP2413606A patent/JPH04224648A/ja active Pending
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