JPH0517837A - 低照射成長ジルコニウム基合金板とその製造法及び用途 - Google Patents
低照射成長ジルコニウム基合金板とその製造法及び用途Info
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- JPH0517837A JPH0517837A JP3314294A JP31429491A JPH0517837A JP H0517837 A JPH0517837 A JP H0517837A JP 3314294 A JP3314294 A JP 3314294A JP 31429491 A JP31429491 A JP 31429491A JP H0517837 A JPH0517837 A JP H0517837A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、照射成長に起因する伸び，曲
り変形の少ないジルコニウム基合金部材とその製法、特
に原子炉燃料集合体用チャンネルボックスを提供する。 【構成】Ｎｂ５％以下又はＳｎ５％以下含有するＺｒ基
合金の板状部材の六方晶Ｚｒの〈０００１〉方位の板表
面に対する垂直方向の配向率（Ｆｒ値）が０.２０ 〜
０.５０ であるＺｒ基合金板。用途として原子炉用チャ
ンネルボックス。
り変形の少ないジルコニウム基合金部材とその製法、特
に原子炉燃料集合体用チャンネルボックスを提供する。 【構成】Ｎｂ５％以下又はＳｎ５％以下含有するＺｒ基
合金の板状部材の六方晶Ｚｒの〈０００１〉方位の板表
面に対する垂直方向の配向率（Ｆｒ値）が０.２０ 〜
０.５０ であるＺｒ基合金板。用途として原子炉用チャ
ンネルボックス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規なジルコニウム基合
金板とその製造法及びそれを用いた燃料チャンネルと燃
料集合体に関する。
金板とその製造法及びそれを用いた燃料チャンネルと燃
料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジルコニウム合金は優れた耐食性と小さ
い中性子吸収断面積を有する材料であるため原子炉燃料
集合体部材に使用されている。前記用途にはジルカロイ
−２，ジルカロイ−４とよばれるＺｒ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ｎｉ合金が主に使用されている。これら合金の原子
炉内で長期間使用すると、図２に示すように(０００１)
面が板厚方向に配向しているので、特定方向への伸び及
び曲がり変形が生じる。燃料チャンネルボックスに曲が
り変形が発生すると、制御棒が駆動するための間隙をふ
さぐため原子炉の運転に支障をきたす。また、曲がり変
形が生じると、燃料被覆管との間隔が変化し局部的に水
対ウランの比率が増減する為、核分裂反応度が変化す
る。この結果、異常発熱による燃料被覆管の腐食加速、
さらには燃料破損の原因にも成りうる。このような中性
子照射量の不均一に起因する燃料チャンネルボックスに
曲がり変形を防止する為、炉心における燃料集合体装荷
位置の入れ替えによる中性子照射量の均一化が検討され
ているが、曲がり変形を防止するは至らず、この曲がり
変形による制御棒駆動間隙の減少、核分裂反応度の変化
が燃料チャンネルボックスの寿命を制限する主因子とな
っている。
い中性子吸収断面積を有する材料であるため原子炉燃料
集合体部材に使用されている。前記用途にはジルカロイ
−２，ジルカロイ−４とよばれるＺｒ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ｎｉ合金が主に使用されている。これら合金の原子
炉内で長期間使用すると、図２に示すように(０００１)
面が板厚方向に配向しているので、特定方向への伸び及
び曲がり変形が生じる。燃料チャンネルボックスに曲が
り変形が発生すると、制御棒が駆動するための間隙をふ
さぐため原子炉の運転に支障をきたす。また、曲がり変
形が生じると、燃料被覆管との間隔が変化し局部的に水
対ウランの比率が増減する為、核分裂反応度が変化す
る。この結果、異常発熱による燃料被覆管の腐食加速、
さらには燃料破損の原因にも成りうる。このような中性
子照射量の不均一に起因する燃料チャンネルボックスに
曲がり変形を防止する為、炉心における燃料集合体装荷
位置の入れ替えによる中性子照射量の均一化が検討され
ているが、曲がり変形を防止するは至らず、この曲がり
変形による制御棒駆動間隙の減少、核分裂反応度の変化
が燃料チャンネルボックスの寿命を制限する主因子とな
っている。
【０００３】燃料チャンネルボックスの腐食もその寿命
を制限する因子である。耐食性の改善方法としてＺｒ合
金をα＋β相温度範囲あるいはβ相温度範囲から急冷す
る熱処理が特許公報昭56−12310 号，昭60−44387 号に
開示されている。しかし、後述する理由により照射成長
に起因する曲がり変形を低減出来ない為、ジルコニウム
合金部材の照射成長抑制技術とはなり得ていない。
を制限する因子である。耐食性の改善方法としてＺｒ合
金をα＋β相温度範囲あるいはβ相温度範囲から急冷す
る熱処理が特許公報昭56−12310 号，昭60−44387 号に
開示されている。しかし、後述する理由により照射成長
に起因する曲がり変形を低減出来ない為、ジルコニウム
合金部材の照射成長抑制技術とはなり得ていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ジル
コニウム合金部材の結晶粒度，配向，機械特性等は熱処
理によって変化させず、耐食性のみを改善するものであ
る。その結果、結晶粒の粗大化が生じるβ相温度範囲
（≧９８０℃）よりもα＋β相温度範囲（８００〜９８
０℃）への加熱・急冷が実施され、照射成長抑制に重要
な因子である結晶方位はこの熱処理では変化しない為、
ジルコニウム合金部材の照射成長抑制技術とはならなか
った。公開特許公報昭59−229475号にはＦｌ値を０.１
５〜０.５に配向させる方法が開示されている。しか
し、この方法も後述する理由により照射成長抑制技術と
はならず、むしろ照射成長を促進する。
コニウム合金部材の結晶粒度，配向，機械特性等は熱処
理によって変化させず、耐食性のみを改善するものであ
る。その結果、結晶粒の粗大化が生じるβ相温度範囲
（≧９８０℃）よりもα＋β相温度範囲（８００〜９８
０℃）への加熱・急冷が実施され、照射成長抑制に重要
な因子である結晶方位はこの熱処理では変化しない為、
ジルコニウム合金部材の照射成長抑制技術とはならなか
った。公開特許公報昭59−229475号にはＦｌ値を０.１
５〜０.５に配向させる方法が開示されている。しか
し、この方法も後述する理由により照射成長抑制技術と
はならず、むしろ照射成長を促進する。
【０００５】本発明は前述した照射成長に起因する伸
び，曲がり変形が発生しないジルコニウム合金部材を提
供することを目的とする。特に、照射成長しない長寿命
のジルコニウム基合金管状部材とそれを用いたチャンネ
ルボックスを提供することが本発明の主目的である。
び，曲がり変形が発生しないジルコニウム合金部材を提
供することを目的とする。特に、照射成長しない長寿命
のジルコニウム基合金管状部材とそれを用いたチャンネ
ルボックスを提供することが本発明の主目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ジルコニウム
合金板材の六方晶Ｚｒ金属の〈０００１〉結晶方位を図
１に示す様にほぼ完全にランダム化することにより上記
目的を達成するものである。
合金板材の六方晶Ｚｒ金属の〈０００１〉結晶方位を図
１に示す様にほぼ完全にランダム化することにより上記
目的を達成するものである。
【０００７】本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮ
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金の六方晶
Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直方向
への配向率（Ｆｒ値）が0.20〜０.５０であることを特
徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金の六方晶
Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直方向
への配向率（Ｆｒ値）が0.20〜０.５０であることを特
徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
【０００８】本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮ
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金角形筒状部材において、該合
金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面
に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値），筒状部材の長
手方向への配向率（Ｆｔ）及び円周方向への配向率（Ｆ
ｌ）がいずれも０.２０〜０.５０であることを特徴とす
る低照射成長ジルコニウム基合金管状部材にある。
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金角形筒状部材において、該合
金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面
に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値），筒状部材の長
手方向への配向率（Ｆｔ）及び円周方向への配向率（Ｆ
ｌ）がいずれも０.２０〜０.５０であることを特徴とす
る低照射成長ジルコニウム基合金管状部材にある。
【０００９】本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮ
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金はα相を
有し、結晶粒径が５０〜５００μｍであることを特徴と
する低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金はα相を
有し、結晶粒径が５０〜５００μｍであることを特徴と
する低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
【００１０】本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮ
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金はα相を
有し、該合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位が実
質的にランダムに配向し、３×１０22ｎ／cm2 の高速中
性子照射成長によるひずみが３×１０-4以下であること
を特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
ｂ５重量％以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金板において、該合金はα相を
有し、該合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位が実
質的にランダムに配向し、３×１０22ｎ／cm2 の高速中
性子照射成長によるひずみが３×１０-4以下であること
を特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板にある。
【００１１】本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮ
ｂ５重量％以下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有す
るジルコニウム基合金板をβ相単相温度領域に加熱し、
冷却するジルコニウム基合金板の製造法において、該合
金の六方晶Ｚｒの〈0001〉結晶方位の板表面に対する垂
直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２６〜０.４０となる
ように前記β相単相温度領域にて加熱保持する工程を有
することを特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板
の製造方法にある。
ｂ５重量％以下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有す
るジルコニウム基合金板をβ相単相温度領域に加熱し、
冷却するジルコニウム基合金板の製造法において、該合
金の六方晶Ｚｒの〈0001〉結晶方位の板表面に対する垂
直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２６〜０.４０となる
ように前記β相単相温度領域にて加熱保持する工程を有
することを特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板
の製造方法にある。
【００１２】本発明の低照射成長ジルコニウム基合金板
の製造法において、前記β相温度領域での加熱を次式に
よって求められるパラメータＰの値が０.８ 以上になる
ように短時間保持後急冷する工程を有することを特徴と
する。
の製造法において、前記β相温度領域での加熱を次式に
よって求められるパラメータＰの値が０.８ 以上になる
ように短時間保持後急冷する工程を有することを特徴と
する。
【００１３】
Ｐ＝（３.５５＋ｌｏｇｔ）×ｌｏｇ（Ｔ−９８０）
（ｔ：加熱時間（秒），Ｔ：加熱温度(℃)）
本発明は、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％以
下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニウ
ム基合金角形筒状部材を局部的にβ相単相温度領域に誘
導加熱によって連続的に加熱するとともに該加熱された
部分を冷媒によって強制的に冷却するジルコニウム基合
金筒状部材の製造法において、前記合金の六方晶Ｚｒの
〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方向
への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０となるように
前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持後急冷する工
程を有することを特徴とする低照射成長ジルコニウム基
合金筒状部材の製造法にある。
下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニウ
ム基合金角形筒状部材を局部的にβ相単相温度領域に誘
導加熱によって連続的に加熱するとともに該加熱された
部分を冷媒によって強制的に冷却するジルコニウム基合
金筒状部材の製造法において、前記合金の六方晶Ｚｒの
〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方向
への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０となるように
前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持後急冷する工
程を有することを特徴とする低照射成長ジルコニウム基
合金筒状部材の製造法にある。
【００１４】本発明は、ジルコニウム基合金管状部材を
β相温度領域に局部的に誘導加熱によって相対的に移動
させながら連続的に加熱するとともに該加熱された部分
を冷媒によって強制的に冷却するジルコニウム基合金管
状部材の製造法において、前記管状部材内に前記合金の
熱膨脹係数が大きい金属部材からなるマンドレルを挿入
し、前記管状部材の少なくとも両端で管状部材とマンド
レルとを固着した状態で前記管状部材の外表面より加熱
する工程を有することを特徴とするジルコニウム基合金
管状部材の製造法にある。
β相温度領域に局部的に誘導加熱によって相対的に移動
させながら連続的に加熱するとともに該加熱された部分
を冷媒によって強制的に冷却するジルコニウム基合金管
状部材の製造法において、前記管状部材内に前記合金の
熱膨脹係数が大きい金属部材からなるマンドレルを挿入
し、前記管状部材の少なくとも両端で管状部材とマンド
レルとを固着した状態で前記管状部材の外表面より加熱
する工程を有することを特徴とするジルコニウム基合金
管状部材の製造法にある。
【００１５】本発明は、２個のコの字型ジルコニウム基
合金部材を用いて溶接接続された角形筒状部材からなる
燃料チャンネルボックスにおいて、前記合金の六方晶Ｚ
ｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直
方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であり、
前記管状部材全表面にオートクレーブ処理による酸化皮
膜が形成されていることを特徴とする燃料チャンネルボ
ックスにある。
合金部材を用いて溶接接続された角形筒状部材からなる
燃料チャンネルボックスにおいて、前記合金の六方晶Ｚ
ｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直
方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であり、
前記管状部材全表面にオートクレーブ処理による酸化皮
膜が形成されていることを特徴とする燃料チャンネルボ
ックスにある。
【００１６】本発明は、燃料ペレットを燃料被覆管内に
内蔵した燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体において、前記チャンネルボックスはＳｎ５重量
％以下及び／又はＮｂ５重量％以下、残部のＺｒを有す
るジルコニウム基合金板からなり、該合金の六方晶Ｚｒ
の〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直方向への
配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であることを特徴
とする燃料集合体にある。
内蔵した燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体において、前記チャンネルボックスはＳｎ５重量
％以下及び／又はＮｂ５重量％以下、残部のＺｒを有す
るジルコニウム基合金板からなり、該合金の六方晶Ｚｒ
の〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直方向への
配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であることを特徴
とする燃料集合体にある。
【００１７】本発明は、複数本の原子燃料棒を配置する
ジルコニウム基合金からなるチャンネルボックスで、前
記合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材
表面に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０
〜０.５０であり、少なくとも２回原子燃料を取替えて
使用することを特徴とする。
ジルコニウム基合金からなるチャンネルボックスで、前
記合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材
表面に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０
〜０.５０であり、少なくとも２回原子燃料を取替えて
使用することを特徴とする。
【００１８】本発明は、２個のコの字型ジルコニウム基
合金部材を用いて溶接接続された筒状部材からなる燃料
チャンネルボックスで、前記合金の六方晶Ｚｒの〈000
1〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方向への配向
率（Ｆｒ値）が０.２０〜0.50であり、前記筒状部材全
表面にオートクレーブ処理による酸化皮膜が形成され、
取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上又は少なくとも２回原子
燃料を交換して使用することを特徴とする。
合金部材を用いて溶接接続された筒状部材からなる燃料
チャンネルボックスで、前記合金の六方晶Ｚｒの〈000
1〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方向への配向
率（Ｆｒ値）が０.２０〜0.50であり、前記筒状部材全
表面にオートクレーブ処理による酸化皮膜が形成され、
取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上又は少なくとも２回原子
燃料を交換して使用することを特徴とする。
【００１９】本発明は、燃料ペレットを燃料被覆管内に
内蔵した燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体で、前記チャンネルボックスはＳｎ５重量％以下
及び／又はＮｂ５重量％以下、残部９０重量％以上のＺ
ｒを有するジルコニウム基合金板からなり、該合金の六
方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直
方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０あり、取
出燃焼度32GWd／ｔ以上又は少なくとも２回原子燃料を
取替えて使用することを特徴とする。
内蔵した燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体で、前記チャンネルボックスはＳｎ５重量％以下
及び／又はＮｂ５重量％以下、残部９０重量％以上のＺ
ｒを有するジルコニウム基合金板からなり、該合金の六
方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直
方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０あり、取
出燃焼度32GWd／ｔ以上又は少なくとも２回原子燃料を
取替えて使用することを特徴とする。
【００２０】本発明は炉心内にジルコニウム基合金の筒
状体よりなる複数の原子燃料チャンネルボックスを備
え、所定期間運転後に燃料を取換え、引き続いて所定期
間運転する原子炉の運転方法において、前記合金の六方
晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する
垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であ
り、取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上の運転又は前記後の
運転時の前記チャンネルボックスの位置を前の運転時の
位置と同じに配置して少なくとも２回燃料を取替えて運
転することを特徴とする。
状体よりなる複数の原子燃料チャンネルボックスを備
え、所定期間運転後に燃料を取換え、引き続いて所定期
間運転する原子炉の運転方法において、前記合金の六方
晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する
垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であ
り、取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上の運転又は前記後の
運転時の前記チャンネルボックスの位置を前の運転時の
位置と同じに配置して少なくとも２回燃料を取替えて運
転することを特徴とする。
【００２１】前述のチャンネルボックスは少なくとも２
回燃料を取替えるだけでなく、取出燃焼度３２ＧＷｄ／
ｔ以上又は中性子照射量で１０22ｎ／cm以上の中性子照
射を受ける期間変形が少なく使用することができる。
回燃料を取替えるだけでなく、取出燃焼度３２ＧＷｄ／
ｔ以上又は中性子照射量で１０22ｎ／cm以上の中性子照
射を受ける期間変形が少なく使用することができる。
【００２２】特に、取出し燃焼度として３８ＧＷｄ／ｔ
以上又は４５ＧＷｄ／ｔ以上の高燃焼度側での使用が可
能になるとともに、より効果が顕著となる。
以上又は４５ＧＷｄ／ｔ以上の高燃焼度側での使用が可
能になるとともに、より効果が顕著となる。
【００２３】
【作用】前述した変形は、図２に示す様に六方晶Ｚｒ金
属の〈０００１〉結晶方位がジルコニウム合金表面に垂
直に配向するために起こる。六方晶Ｚｒ金属が中性子照
射を受けると、〈０００１〉方向に結晶は収縮し〈００
０１〉方向と直角な方向に膨脹する。より厳密に述べる
と、中性子照射によって(０００１)面に垂直な原子面
(転位)が導入され、上記結晶の収縮，膨脹が生じる。そ
の結果、〈0001〉結晶方位が表面に垂直に配向した燃料
チャンネルボックスでは長手方向及び幅方向に照射成長
する。炉心中央に近い程中性子照射量は多く、中性子照
射量が異なると照射成長量に差が生じ曲がり変形が原因
となる。照射成長の抑制には〈0001〉結晶方位のランダ
ム化が有効である。照射成長は、体積変化を伴わない変
形である為、多結晶体の個々の結晶粒が特定方向へ変形
しても、その方向はランダムであるので全体的には変形
しないのに等しい。
属の〈０００１〉結晶方位がジルコニウム合金表面に垂
直に配向するために起こる。六方晶Ｚｒ金属が中性子照
射を受けると、〈０００１〉方向に結晶は収縮し〈００
０１〉方向と直角な方向に膨脹する。より厳密に述べる
と、中性子照射によって(０００１)面に垂直な原子面
(転位)が導入され、上記結晶の収縮，膨脹が生じる。そ
の結果、〈0001〉結晶方位が表面に垂直に配向した燃料
チャンネルボックスでは長手方向及び幅方向に照射成長
する。炉心中央に近い程中性子照射量は多く、中性子照
射量が異なると照射成長量に差が生じ曲がり変形が原因
となる。照射成長の抑制には〈0001〉結晶方位のランダ
ム化が有効である。照射成長は、体積変化を伴わない変
形である為、多結晶体の個々の結晶粒が特定方向へ変形
しても、その方向はランダムであるので全体的には変形
しないのに等しい。
【００２４】結晶方位の配向の定量評価には、通常、反
射及び透過Ｘ線回折法の組合わせにより特定結晶面のＸ
線回折強度を測定し、測定されたＸ線回折強度から数１
によりＦ値を算出する方法が一般的である。
射及び透過Ｘ線回折法の組合わせにより特定結晶面のＸ
線回折強度を測定し、測定されたＸ線回折強度から数１
によりＦ値を算出する方法が一般的である。
【００２５】
【数１】
【００２６】数１において、φは、特定方向（例えば、
板表面と垂直方向）と特定結晶方位（例えば、〈０００
２〉結晶方位）とのなす角度であり、Ｖ(φ)は、φ方向
に配向した結晶の体積率である。ｒ方向，ｔ方向，ｌ方
向を、それぞれ互いに直角な板(管)表面の法線方向（Ｆ
ｒ），板(管)の長手方向（Ｆｔ），板幅（管円周）方向
（Ｆｌ）と定義すると、次式 Ｆｒ＋Ｆｔ＋Ｆｌ＝１.０ の関係にあり、完全に結晶方位がランダム化すると、 Ｆｒ＝Ｆｔ＝Ｆｌ＝１／３ となる。
板表面と垂直方向）と特定結晶方位（例えば、〈０００
２〉結晶方位）とのなす角度であり、Ｖ(φ)は、φ方向
に配向した結晶の体積率である。ｒ方向，ｔ方向，ｌ方
向を、それぞれ互いに直角な板(管)表面の法線方向（Ｆ
ｒ），板(管)の長手方向（Ｆｔ），板幅（管円周）方向
（Ｆｌ）と定義すると、次式 Ｆｒ＋Ｆｔ＋Ｆｌ＝１.０ の関係にあり、完全に結晶方位がランダム化すると、 Ｆｒ＝Ｆｔ＝Ｆｌ＝１／３ となる。
【００２７】Ｆｒ，Ｆｔ及びＦｌのいずれも０.２０〜
０.５０となるようにすること、Ｆｒ０.２５〜０.５
０，Ｆｌ０.２５〜０.３６，Ｆｔ０.２５〜０.３６とす
ることが好ましく、特にいずれも０.３１〜０.３５が最
も好ましい。
０.５０となるようにすること、Ｆｒ０.２５〜０.５
０，Ｆｌ０.２５〜０.３６，Ｆｔ０.２５〜０.３６とす
ることが好ましく、特にいずれも０.３１〜０.３５が最
も好ましい。
【００２８】通常の冷間加工及び焼鈍のくり返しによる
製造プロセスに従って製造された板及び管の（０００
２）結晶面（：０００１）面と等価）のＦｒ値は０.６
前後となり、〈０００１〉結晶方位は、主に板(管)の表
面法線方向に配向している。このように、表面法線方向
に〈０００１〉結晶方位が配向した状態を集合組織と言
う。図３は、中性子照射量と照射伸びとの関係につい
て、Ｆｒ値をパラメーターとして示す。Ｆｒ値が０.５
０以下好ましくは０.４５以下になると照射伸びは著し
く減少し、Ｆｒ値を０.３３３〜０.３５０とすることに
より中性子照射量≧１０22(ｎ／cm2）高照射域において
も伸びが実質的に０（ゼロ）となることが分かる。
製造プロセスに従って製造された板及び管の（０００
２）結晶面（：０００１）面と等価）のＦｒ値は０.６
前後となり、〈０００１〉結晶方位は、主に板(管)の表
面法線方向に配向している。このように、表面法線方向
に〈０００１〉結晶方位が配向した状態を集合組織と言
う。図３は、中性子照射量と照射伸びとの関係につい
て、Ｆｒ値をパラメーターとして示す。Ｆｒ値が０.５
０以下好ましくは０.４５以下になると照射伸びは著し
く減少し、Ｆｒ値を０.３３３〜０.３５０とすることに
より中性子照射量≧１０22(ｎ／cm2）高照射域において
も伸びが実質的に０（ゼロ）となることが分かる。
【００２９】Ｆｒ値≦０.５０ となる集合組織を得る一
手段として、ジルコニウム合金部材をβ相温度範囲（ジ
ルカロイ合金では９８０℃を越える温度）まで加熱し、
かつβＺｒ結晶粒を十分成長させた後、冷却特に水噴霧
によって急冷する方法である。この処理を行うことによ
り六方晶αＺｒ結晶は立方晶βＺｒ結晶へと変態し、冷
却過程で再び六方晶αＺｒ結晶へと再変態する。この熱
処理において、Ｆｒ値０.３３３〜０.３５０となる集合
組織を得るにはβＺｒ結晶粒が少なくとも100μｍ以上
に成長するのが良く、Ｆｒ値≦０.５０ となる集合組織
を得るにはβZr結晶粒が少なくとも５０μｍ以上５００
μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以上３００μｍ以下で
ある。β相温度での加熱時間はβ相温度範囲の高温域ほ
ど（好ましくは１１００〜１３５０℃より好ましくは１
１００〜１２００℃）短時間で加熱することができる。
最高加熱温度での保持時間はほんの短い時間で行うこと
ができ、例えば１.５ 秒〜１００秒、好ましくは５〜６
０秒である。特に、図８で●印の範囲で行うのが好まし
い。
手段として、ジルコニウム合金部材をβ相温度範囲（ジ
ルカロイ合金では９８０℃を越える温度）まで加熱し、
かつβＺｒ結晶粒を十分成長させた後、冷却特に水噴霧
によって急冷する方法である。この処理を行うことによ
り六方晶αＺｒ結晶は立方晶βＺｒ結晶へと変態し、冷
却過程で再び六方晶αＺｒ結晶へと再変態する。この熱
処理において、Ｆｒ値０.３３３〜０.３５０となる集合
組織を得るにはβＺｒ結晶粒が少なくとも100μｍ以上
に成長するのが良く、Ｆｒ値≦０.５０ となる集合組織
を得るにはβZr結晶粒が少なくとも５０μｍ以上５００
μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以上３００μｍ以下で
ある。β相温度での加熱時間はβ相温度範囲の高温域ほ
ど（好ましくは１１００〜１３５０℃より好ましくは１
１００〜１２００℃）短時間で加熱することができる。
最高加熱温度での保持時間はほんの短い時間で行うこと
ができ、例えば１.５ 秒〜１００秒、好ましくは５〜６
０秒である。特に、図８で●印の範囲で行うのが好まし
い。
【００３０】α＋β相温度範囲の加熱では変態しないα
Ｚｒ結晶が残存するため、好ましい集合組織は得られな
い。また、β相温度範囲に加熱してもその保持時間が短
く、かつ加熱温度が低いと好ましい集合組織は得られな
い。その理由は、αＺｒからβＺｒへの変態（加熱過
程）及びβＺｒからαＺｒへの変態（冷却過程）におい
て、αＺｒの（０００１）結晶面とβ−Ｚｒの（１１
０）結晶面とが平行になる結晶方位関係を保持しながら
変態が進行するため、加熱・冷却終了後になんら結晶方
位の変化が生じないからである。ランダムな結晶方位の
配向の集合組織を得るには、種々の結晶方位を有するβ
Ｚｒ結晶粒が成長することが必要であり、そのために
は、βＺｒ結晶粒が少なくとも５０μｍ以上に成長する
に十分な温度あるいは保持時間（Ｐ値で０.８以上）を
必要とする。
Ｚｒ結晶が残存するため、好ましい集合組織は得られな
い。また、β相温度範囲に加熱してもその保持時間が短
く、かつ加熱温度が低いと好ましい集合組織は得られな
い。その理由は、αＺｒからβＺｒへの変態（加熱過
程）及びβＺｒからαＺｒへの変態（冷却過程）におい
て、αＺｒの（０００１）結晶面とβ−Ｚｒの（１１
０）結晶面とが平行になる結晶方位関係を保持しながら
変態が進行するため、加熱・冷却終了後になんら結晶方
位の変化が生じないからである。ランダムな結晶方位の
配向の集合組織を得るには、種々の結晶方位を有するβ
Ｚｒ結晶粒が成長することが必要であり、そのために
は、βＺｒ結晶粒が少なくとも５０μｍ以上に成長する
に十分な温度あるいは保持時間（Ｐ値で０.８以上）を
必要とする。
【００３１】上述の如く、熱処理によってＦｒ値は変わ
るが、その温度と保持時間で重要な要因である。従っ
て、β相温度領域でＦｒ値が０.５０ 以下になるように
するには前述の式によって求められるパラメータＰが
１.５ 以上（βＺｒ結晶粒６０μｍ以上）となるように
することが必要である。
るが、その温度と保持時間で重要な要因である。従っ
て、β相温度領域でＦｒ値が０.５０ 以下になるように
するには前述の式によって求められるパラメータＰが
１.５ 以上（βＺｒ結晶粒６０μｍ以上）となるように
することが必要である。
【００３２】更に、パラメータＰは２.５ 〜５（βＺｒ
結晶粒７０〜５００μｍ）が好ましく、特に３.２〜５
（βＺｒ結晶粒１００〜５００μｍ）が好ましい。
結晶粒７０〜５００μｍ）が好ましく、特に３.２〜５
（βＺｒ結晶粒１００〜５００μｍ）が好ましい。
【００３３】ジルコニウム基合金として、Ｓｎ５重量％
以下及び又はＮｂ５重量％以下、及び残部９０重量％以
上（好ましくは９５〜９８.５ 重量％）のＺｒを有する
ジルコニウム基合金からなる。Ｓｎ及びＮｂはＺｒの強
度を高めるに必要なもので、前者が３％，後者が５％以
下必要である。下限として、各々０.１ ％が好ましい。
ジルカロイ系合金として、Ｓｎは１〜２％が好ましく、
特に１.２〜１.７％が好ましい。この合金にはＦｅ０.
５％以下，Ｃｒ０.５％以下、又はこのＣｒとＮｉ０.２
％以下、又はこれらのＦｅとＮｉを含むことができ、特
にＦｅ０.１〜０.３８％，Ｃｒ０.０５〜０.１５％，Ｎ
ｉ０.０３〜１.２５％ を含むもの，Ｆｅ０.２２〜０.
３８％，Ｃｒ０.０５〜０.１５％及びＮｉ０.０９〜０.
１５％を含むもの，後者のＦｅ及びＮｉは単独でもよい
が複合が好ましく、（Ｆｅ／Ｎｉ）比は１.３〜１０が
好ましい。
以下及び又はＮｂ５重量％以下、及び残部９０重量％以
上（好ましくは９５〜９８.５ 重量％）のＺｒを有する
ジルコニウム基合金からなる。Ｓｎ及びＮｂはＺｒの強
度を高めるに必要なもので、前者が３％，後者が５％以
下必要である。下限として、各々０.１ ％が好ましい。
ジルカロイ系合金として、Ｓｎは１〜２％が好ましく、
特に１.２〜１.７％が好ましい。この合金にはＦｅ０.
５％以下，Ｃｒ０.５％以下、又はこのＣｒとＮｉ０.２
％以下、又はこれらのＦｅとＮｉを含むことができ、特
にＦｅ０.１〜０.３８％，Ｃｒ０.０５〜０.１５％，Ｎ
ｉ０.０３〜１.２５％ を含むもの，Ｆｅ０.２２〜０.
３８％，Ｃｒ０.０５〜０.１５％及びＮｉ０.０９〜０.
１５％を含むもの，後者のＦｅ及びＮｉは単独でもよい
が複合が好ましく、（Ｆｅ／Ｎｉ）比は１.３〜１０が
好ましい。
【００３４】Ｎｂを含む合金として、Ｚｒ−０.５〜２
％Ｎｂ，Ｚｒ−２〜５％Ｓｎ−０.５〜１.５％Ｎｂ−
０.５〜１.５％Ｍｏ，Ｚｒ−０.５〜０.１５％Ｓｎ−
０.５〜１.５％Ｎｂ−０.１〜１.０％Ｆｅ，Ｚｒ−０.
５〜５.０％Ｎｂ−０〜３.０％Ｓｎ−２％以下のＦｅ，
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｗの１種又は２種以上
含む合金が用いられる。
％Ｎｂ，Ｚｒ−２〜５％Ｓｎ−０.５〜１.５％Ｎｂ−
０.５〜１.５％Ｍｏ，Ｚｒ−０.５〜０.１５％Ｓｎ−
０.５〜１.５％Ｎｂ−０.１〜１.０％Ｆｅ，Ｚｒ−０.
５〜５.０％Ｎｂ−０〜３.０％Ｓｎ−２％以下のＦｅ，
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｗの１種又は２種以上
含む合金が用いられる。
【００３５】本発明の製造法として、β相温度領域での
加熱は板材を移動させながら誘導コイルによって連続的
に所望の保持時間加熱すると同時に加熱後に強制的に冷
却するもので、このβ相への加熱によって〈０００１〉
方位がランダムになるとともに、高温高圧純水に対して
耐食性の高いものが得られる。冷却は噴水によって行う
のが好ましく、１００℃／秒以上特に、１５０℃／秒以
上の冷却速度とするのがよい。加熱手段として他に赤外
線，電気炉が用いられる。
加熱は板材を移動させながら誘導コイルによって連続的
に所望の保持時間加熱すると同時に加熱後に強制的に冷
却するもので、このβ相への加熱によって〈０００１〉
方位がランダムになるとともに、高温高圧純水に対して
耐食性の高いものが得られる。冷却は噴水によって行う
のが好ましく、１００℃／秒以上特に、１５０℃／秒以
上の冷却速度とするのがよい。加熱手段として他に赤外
線，電気炉が用いられる。
【００３６】β相温度領域での加熱に際してＺｒ基合金
より熱膨脹係数の大きい部材によって固定し拘束して行
うのがよく、特に管状部材の場合にはその内部に部材内
面に全面が接触しないよう熱の影響を少なくして部分的
に接するようにした金属部材を挿入するとともに両端を
互いに固定して加熱，冷却に際して管状部材が変形しな
いようにして加熱及び冷却を行うのが好ましい。このよ
うな拘束部材を設けることによって加熱及び冷却が容易
に行うことができる。拘束部材としてSUS304,３１６，
３４７等のＺｒ基合金より熱膨脹係数の大きいオーステ
ナイト系ステンレス鋼が好ましい。
より熱膨脹係数の大きい部材によって固定し拘束して行
うのがよく、特に管状部材の場合にはその内部に部材内
面に全面が接触しないよう熱の影響を少なくして部分的
に接するようにした金属部材を挿入するとともに両端を
互いに固定して加熱，冷却に際して管状部材が変形しな
いようにして加熱及び冷却を行うのが好ましい。このよ
うな拘束部材を設けることによって加熱及び冷却が容易
に行うことができる。拘束部材としてSUS304,３１６，
３４７等のＺｒ基合金より熱膨脹係数の大きいオーステ
ナイト系ステンレス鋼が好ましい。
【００３７】β領域での加熱処理は板材で行うか管状部
材で行うかのいずれでもよく、板材で行う方法はβ領域
で熱処理後に管状に成形して溶接によって接合される。
材で行うかのいずれでもよく、板材で行う方法はβ領域
で熱処理後に管状に成形して溶接によって接合される。
【００３８】β相熱処理後、次いで全体を均一に加熱す
る焼鈍が行われる。焼鈍は５００〜６５０℃（好ましく
は５５０〜６４０℃）で行われる。この焼鈍に際しても
前述の拘束部材によって拘束して行うのが好ましく、そ
れによって管状部材の整形を行うことができる。これら
の熱処理は非酸化性範囲気中で行われ、特にＡｒ中で行
うのが好ましい。
る焼鈍が行われる。焼鈍は５００〜６５０℃（好ましく
は５５０〜６４０℃）で行われる。この焼鈍に際しても
前述の拘束部材によって拘束して行うのが好ましく、そ
れによって管状部材の整形を行うことができる。これら
の熱処理は非酸化性範囲気中で行われ、特にＡｒ中で行
うのが好ましい。
【００３９】最終熱処理後は、サンドブラスト及び酸洗
によって表面の酸化皮膜が除去される。酸化皮膜が除去
された後、オートクレーブによって表面が酸化処理さ
れ、表面に安定な酸化皮膜が形成され、最終製品とされ
る。また、前述の両端部で固定するためのネジ穴等の端
部は除去されて使用される。
によって表面の酸化皮膜が除去される。酸化皮膜が除去
された後、オートクレーブによって表面が酸化処理さ
れ、表面に安定な酸化皮膜が形成され、最終製品とされ
る。また、前述の両端部で固定するためのネジ穴等の端
部は除去されて使用される。
【００４０】本発明のチャンネルボックスは２個のコの
字型部材を突合わせしプラズマ溶接されて角筒とした
後、この溶接部を平坦化して、使用される。この角筒の
熱処理にはＸ字型の拘束部材を挿入して行うことが好ま
しい。本発明の熱処理は板材の状態，コの字の状態又は
溶接後の角筒の状態のいずれでもよい。板材で熱処理し
たものはコの字に曲げ加工を施し、溶接によって角筒に
して用いられる。
字型部材を突合わせしプラズマ溶接されて角筒とした
後、この溶接部を平坦化して、使用される。この角筒の
熱処理にはＸ字型の拘束部材を挿入して行うことが好ま
しい。本発明の熱処理は板材の状態，コの字の状態又は
溶接後の角筒の状態のいずれでもよい。板材で熱処理し
たものはコの字に曲げ加工を施し、溶接によって角筒に
して用いられる。
【００４１】
（実施例１）ジルコニウム合成板材として、表１に示す
合金組成を有する３種類のジルカロイを使用し、表２に
示す熱処理を施した。
合金組成を有する３種類のジルカロイを使用し、表２に
示す熱処理を施した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】いずれの合金も厚さ２mmの板材であり、受
け入れ前に冷間圧延と６５０℃，２時間の焼鈍とを繰り
返し施されている。表２に示した熱処理Ｎo.２〜４は、
幅：４０mm，長さ：４０mmの試験片を受け入れ材から切
り出し、電気炉で加熱し、水中で冷却することにより行
ったものである。パラメータＰは前述の式によって求め
たものである。
け入れ前に冷間圧延と６５０℃，２時間の焼鈍とを繰り
返し施されている。表２に示した熱処理Ｎo.２〜４は、
幅：４０mm，長さ：４０mmの試験片を受け入れ材から切
り出し、電気炉で加熱し、水中で冷却することにより行
ったものである。パラメータＰは前述の式によって求め
たものである。
【００４５】表３はＮo.１〜６熱処理材の（０００２）
面（：（０００１）面と平行）及び（１０１０）面（：
（０００１）面と垂直）のＦ値測定結果を示す。Ｆ値測
定方法は前述した反射及び透過Ｘ線回折法の組合わせに
よって測定される。Ｆｒは管状部材において表面に対す
る垂直方向への配向率、Ｆｔは長手方向への配向率、Ｆ
ｌは円周方向への配向率である。
面（：（０００１）面と平行）及び（１０１０）面（：
（０００１）面と垂直）のＦ値測定結果を示す。Ｆ値測
定方法は前述した反射及び透過Ｘ線回折法の組合わせに
よって測定される。Ｆｒは管状部材において表面に対す
る垂直方向への配向率、Ｆｔは長手方向への配向率、Ｆ
ｌは円周方向への配向率である。
【００４６】
【表３】
【００４７】通常の冷間圧延と焼鈍とを繰り返して製造
した板材（熱処理Ｎo.１）では、（０００２）面のＦｒ
値は約０.７と高く、(１０１０)面のＦｒ値（約０.１
５）はＦｌ，Ｆｔ値に比べて低いことから、（０００
２）面がほぼ板表面と平行に配向していることが表３の
結果より分かる。α＋β相温度範囲への加熱・冷却板材
（熱処理Ｎo.２）のＦ値は受け入れ材（熱処理Ｎo.１）
とほぼ等しいことから、α＋β相温度範囲への加熱・冷
却では集合組織は変化しないことが分かる。β相温度範
囲（１０００℃）に１分間及び５秒保持後冷却した場合
（熱処理Ｎo.３，６）は受け入れ材に比べて、(０００
２)面のＦｒ値の減少、Ｆｌ，Ｆｔ値の増加及び（１０
１０）面のＦｒ値の増加、Ｆｌ，Ｆｔ値の減少が認めら
れ、結晶方位がランダム化する。しかし、中性子照射量
≧１０22(ｎ／cm2）の高照射域においても使用可能とな
る為の目標値であるＦｒ値≦０.３５を満足しない。１
０００℃で１０分間保持した場合（熱処理Ｎo.４）及び
１２００℃まで加熱温度を高めた場合(熱処理Ｎo.５)，
(０００２)，(１０１０)両面のいずれのＦ値も約0.33と
なり、結晶方位はほぼ完全にランダム化することが分か
る。前述したように、Ｎo.４，５熱処理材は高照射域
で、かつ部材内に中性子照射量の不均一があっても、曲
がり変形，伸び変形が生じない。
した板材（熱処理Ｎo.１）では、（０００２）面のＦｒ
値は約０.７と高く、(１０１０)面のＦｒ値（約０.１
５）はＦｌ，Ｆｔ値に比べて低いことから、（０００
２）面がほぼ板表面と平行に配向していることが表３の
結果より分かる。α＋β相温度範囲への加熱・冷却板材
（熱処理Ｎo.２）のＦ値は受け入れ材（熱処理Ｎo.１）
とほぼ等しいことから、α＋β相温度範囲への加熱・冷
却では集合組織は変化しないことが分かる。β相温度範
囲（１０００℃）に１分間及び５秒保持後冷却した場合
（熱処理Ｎo.３，６）は受け入れ材に比べて、(０００
２)面のＦｒ値の減少、Ｆｌ，Ｆｔ値の増加及び（１０
１０）面のＦｒ値の増加、Ｆｌ，Ｆｔ値の減少が認めら
れ、結晶方位がランダム化する。しかし、中性子照射量
≧１０22(ｎ／cm2）の高照射域においても使用可能とな
る為の目標値であるＦｒ値≦０.３５を満足しない。１
０００℃で１０分間保持した場合（熱処理Ｎo.４）及び
１２００℃まで加熱温度を高めた場合(熱処理Ｎo.５)，
(０００２)，(１０１０)両面のいずれのＦ値も約0.33と
なり、結晶方位はほぼ完全にランダム化することが分か
る。前述したように、Ｎo.４，５熱処理材は高照射域
で、かつ部材内に中性子照射量の不均一があっても、曲
がり変形，伸び変形が生じない。
【００４８】図３は高速中性子照射量と照射成長ひずみ
との関係を示す線図である。図に示す如く、Ｆｒ値が
０.４ を越えると中性子照射量の増加とともに急激にひ
ずみが増加するが、０.４ 以下では照射を受けてもひず
みは飽和し、増加しないことが分る。特に、Ｆｒ＝０.
３５ のものは＜０００１＞結晶方位が実質的にランダ
ムに配向しているので、法線方向，長手方向及び板厚方
向におけるひずみが各結晶間で互いに相殺されるため
０.５×１０-4以下と全く生じない。Ｆｒ＝０.４のもの
は照射量３×１０22ｎ／cm2 まではひずみ量は小さい
が、それ以上の中性子照射量では徐々にひずみが多くな
る。しかし、Ｆｒ＝０.３５ では中性子照射量が増加し
てもひずみの増加は生じない。
との関係を示す線図である。図に示す如く、Ｆｒ値が
０.４ を越えると中性子照射量の増加とともに急激にひ
ずみが増加するが、０.４ 以下では照射を受けてもひず
みは飽和し、増加しないことが分る。特に、Ｆｒ＝０.
３５ のものは＜０００１＞結晶方位が実質的にランダ
ムに配向しているので、法線方向，長手方向及び板厚方
向におけるひずみが各結晶間で互いに相殺されるため
０.５×１０-4以下と全く生じない。Ｆｒ＝０.４のもの
は照射量３×１０22ｎ／cm2 まではひずみ量は小さい
が、それ以上の中性子照射量では徐々にひずみが多くな
る。しかし、Ｆｒ＝０.３５ では中性子照射量が増加し
てもひずみの増加は生じない。
【００４９】図４はＦｒ値と、高速中性子３×１０22ｎ
／cm2 の照射による照射成長ひずみとの関係を示す線図
である。Ｆｒ値の増加とともにひずみが急激に増加す
る。特に、Ｆｒ＝０.３５ の照射成長のひずみは約０.
２×１０-4で、Ｆｒ＝０.４の約１.５×１０-4 の約７
分の１と著しく少ない。また、Ｆｒ＝０.４はＦｒ＝０.
５の約３分の１と著しく少ない。しかし、Ｆｒ＝０.５
はＦｒ＝０.６の約半分、Ｆｒ＝０.６はＦｒ＝０.７の
約半分であり、Ｆｒが０.４ を越えると大きな効果は得
られない。
／cm2 の照射による照射成長ひずみとの関係を示す線図
である。Ｆｒ値の増加とともにひずみが急激に増加す
る。特に、Ｆｒ＝０.３５ の照射成長のひずみは約０.
２×１０-4で、Ｆｒ＝０.４の約１.５×１０-4 の約７
分の１と著しく少ない。また、Ｆｒ＝０.４はＦｒ＝０.
５の約３分の１と著しく少ない。しかし、Ｆｒ＝０.５
はＦｒ＝０.６の約半分、Ｆｒ＝０.６はＦｒ＝０.７の
約半分であり、Ｆｒが０.４ を越えると大きな効果は得
られない。
【００５０】Ｎo.１，３，４の各熱処理材の金属組織で
観察される丸みを帯びた結晶粒はαＺｒでありβＺｒ結
晶粒は存在しなかった。図４（ｂ）及び（ｃ）において
観察される多角形状の結晶粒がβ相温度範囲加熱保持中
に形成されたβＺｒ結晶粒であり、１０００℃保持時間
が１分から１０分と長くなるに従って、βＺｒ結晶粒径
が大きく成長することが分かる。βＺｒ結晶粒径内に見
られる層状あるいは針状の組織は、冷却過程でβＺｒが
再びαＺｒに変態する際に形成されたものであり、βＺ
ｒ結晶粒界ではない。
観察される丸みを帯びた結晶粒はαＺｒでありβＺｒ結
晶粒は存在しなかった。図４（ｂ）及び（ｃ）において
観察される多角形状の結晶粒がβ相温度範囲加熱保持中
に形成されたβＺｒ結晶粒であり、１０００℃保持時間
が１分から１０分と長くなるに従って、βＺｒ結晶粒径
が大きく成長することが分かる。βＺｒ結晶粒径内に見
られる層状あるいは針状の組織は、冷却過程でβＺｒが
再びαＺｒに変態する際に形成されたものであり、βＺ
ｒ結晶粒界ではない。
【００５１】図５は、βＺｒ結晶粒径と（０００２）面
のＦｒ値との関係を示す。結晶粒径２００μｍ以上にβ
Ｚｒ結晶粒が成長することによって、Ｆｒ値≦０.３５
の集合組織が形成されることが分かる。
のＦｒ値との関係を示す。結晶粒径２００μｍ以上にβ
Ｚｒ結晶粒が成長することによって、Ｆｒ値≦０.３５
の集合組織が形成されることが分かる。
【００５２】結晶粒を成長させることによって（０００
２）面の結晶方位をランダム化することができるが、そ
の方位のランダム化の度合としてＦｒ値０.４０ で約７
５％であり、そのときの粒径は約１００μｍである。１
５０μｍ以上の大きさの結晶粒径とすることにより約８
０％以上にランダム化され、Ｆｒ値で０.３８５ とな
る。更にＦｒ値０.３５ でのランダム率は約９０％以上
となり、そのときの結晶粒径は約２５０μｍ以上とな
る。
２）面の結晶方位をランダム化することができるが、そ
の方位のランダム化の度合としてＦｒ値０.４０ で約７
５％であり、そのときの粒径は約１００μｍである。１
５０μｍ以上の大きさの結晶粒径とすることにより約８
０％以上にランダム化され、Ｆｒ値で０.３８５ とな
る。更にＦｒ値０.３５ でのランダム率は約９０％以上
となり、そのときの結晶粒径は約２５０μｍ以上とな
る。
【００５３】図６はβＺｒ結晶粒径と照射成長ひずみと
の関係を示す線図である。図より、粒径９０μｍ以上で
ひずみ量が約１.５×１０-4 と著しく低くなるが、更
に、１５０μｍ以上ではひずみは０.５×１０-4 以下の
非常に小さなものとなる。特に、２００μｍ以上では
０.３×１０-4 程度となる。
の関係を示す線図である。図より、粒径９０μｍ以上で
ひずみ量が約１.５×１０-4 と著しく低くなるが、更
に、１５０μｍ以上ではひずみは０.５×１０-4 以下の
非常に小さなものとなる。特に、２００μｍ以上では
０.３×１０-4 程度となる。
【００５４】図７はパラメータＰ＝（３.５５＋logt）
×log（Ｔ−９８０）と照射成長ひずみとの関係を示す
線図である。図に示すように照射成長ひずみは熱処理に
おける温度と保持時間との関係によって決まるパラメー
タＰによって大きく左右される。パラメータＰはＺｒの
〈０００１〉結晶方位の配向率を決める重要な因子とな
る。１０００℃での熱処理ではＰが０.５ 以上で照射成
長ひずみが急激に小さくなり、更に０.５〜３.５までは
徐々に小さくなり、３.５ 以上ではほぼ一定となり零に
近い。Ｐが３.５ 未満では照射成長が起こるが、それ以
上ではほとんど起こらない。
×log（Ｔ−９８０）と照射成長ひずみとの関係を示す
線図である。図に示すように照射成長ひずみは熱処理に
おける温度と保持時間との関係によって決まるパラメー
タＰによって大きく左右される。パラメータＰはＺｒの
〈０００１〉結晶方位の配向率を決める重要な因子とな
る。１０００℃での熱処理ではＰが０.５ 以上で照射成
長ひずみが急激に小さくなり、更に０.５〜３.５までは
徐々に小さくなり、３.５ 以上ではほぼ一定となり零に
近い。Ｐが３.５ 未満では照射成長が起こるが、それ以
上ではほとんど起こらない。
【００５５】特に、１.５以上で効果が大きく、３.２〜
５が好ましい。
５が好ましい。
【００５６】図８は、各温度と保持時間における表１及
び表４に示す合金のＦｒ値の関係を示す線図である。図
に示すように９８０℃未満ではＦｒ値が０.２０ 以下と
なり〈０００２〉方向の結晶方位がランダムなものが得
られにくい。しかし、９８０℃で、１１秒（１０００℃
で１０.５ 秒）以上加熱又は１２４０℃以上で１.１秒
以上でこれらの点を結ぶ線上以上で加熱すればＦｒ値と
して０.２５ を越えるものが得られ、よりランダム度の
高いものが得られる。また、９８０℃以上で６秒以上及
び１２４０℃以上で６秒以上で、これらの点を結ぶ線上
以上で加熱すればＦｒ値が０.２０より大きく０.２５以
下のものが得られる。この線上より低いものはＦｒ値が
０.２０ 以下となりランダム度が低く伸び量に対する効
果が小さい。
び表４に示す合金のＦｒ値の関係を示す線図である。図
に示すように９８０℃未満ではＦｒ値が０.２０ 以下と
なり〈０００２〉方向の結晶方位がランダムなものが得
られにくい。しかし、９８０℃で、１１秒（１０００℃
で１０.５ 秒）以上加熱又は１２４０℃以上で１.１秒
以上でこれらの点を結ぶ線上以上で加熱すればＦｒ値と
して０.２５ を越えるものが得られ、よりランダム度の
高いものが得られる。また、９８０℃以上で６秒以上及
び１２４０℃以上で６秒以上で、これらの点を結ぶ線上
以上で加熱すればＦｒ値が０.２０より大きく０.２５以
下のものが得られる。この線上より低いものはＦｒ値が
０.２０ 以下となりランダム度が低く伸び量に対する効
果が小さい。
【００５７】
【表４】
【００５８】（実施例２）図９は、本発明に基づくチャ
ンネル・ボックス製作の１実施例を示す。実施例１で述
べたジルカロイ−Ｃ板材をコの字型に冷間曲げ加工し、
長さ４ｍの２つのコの字型部材とし、これらをプラズマ
溶接し、角筒１とした。溶接部の凹凸は平坦に仕上げら
れる。この角筒１の内部にSUS304ステンレス鋼製マンド
レル２を挿入し、ネジ３で固定し、高周波誘導加熱によ
るβ相温度範囲への加熱及び高周波誘導加熱コイル４の
直下に設けたノズル６から吹き付ける冷却水で急冷し
た。冷却水は温水も使用される。マンドレル２は被加熱
材に対する熱影響を少なくするように接触面積を小さく
するようにしている。角筒１が一定の速度で上方から下
方へコイル内を通過することにより、全体の熱処理が完
了する。加熱温度は1300℃，１２００℃で保持時間は２
０秒及び１１００℃で保持時間１０秒となるように角筒
１の送り速度及び高周波電源５の出力を調整した。熱処
理完了後、幅４０mm，長さ４０mmの試験片を切り出しＸ
線回折法によりＦ値を測定した。表５は、その測定結果
を示す。パラメータＰは１３００℃が３.２６ 、１２０
０℃が3.05及び１１００℃が２.０７ である。
ンネル・ボックス製作の１実施例を示す。実施例１で述
べたジルカロイ−Ｃ板材をコの字型に冷間曲げ加工し、
長さ４ｍの２つのコの字型部材とし、これらをプラズマ
溶接し、角筒１とした。溶接部の凹凸は平坦に仕上げら
れる。この角筒１の内部にSUS304ステンレス鋼製マンド
レル２を挿入し、ネジ３で固定し、高周波誘導加熱によ
るβ相温度範囲への加熱及び高周波誘導加熱コイル４の
直下に設けたノズル６から吹き付ける冷却水で急冷し
た。冷却水は温水も使用される。マンドレル２は被加熱
材に対する熱影響を少なくするように接触面積を小さく
するようにしている。角筒１が一定の速度で上方から下
方へコイル内を通過することにより、全体の熱処理が完
了する。加熱温度は1300℃，１２００℃で保持時間は２
０秒及び１１００℃で保持時間１０秒となるように角筒
１の送り速度及び高周波電源５の出力を調整した。熱処
理完了後、幅４０mm，長さ４０mmの試験片を切り出しＸ
線回折法によりＦ値を測定した。表５は、その測定結果
を示す。パラメータＰは１３００℃が３.２６ 、１２０
０℃が3.05及び１１００℃が２.０７ である。
【００５９】
【表５】
【００６０】表に示すように（０００２），（１０１
０）両面共に、Ｆ値はいずれも１／３となり、完全にラ
ンダムな結晶方位の配向となることが分かる。
０）両面共に、Ｆ値はいずれも１／３となり、完全にラ
ンダムな結晶方位の配向となることが分かる。
【００６１】このものの高速中性子照射試験を行った結
果、３×１０22ｎ／cm2 でのひずみ量は約０.３×１０
-4 以下ときわめて少ないものであった。また、このも
のの結晶粒径は各々１００，１５０及び２５０μｍであ
った。
果、３×１０22ｎ／cm2 でのひずみ量は約０.３×１０
-4 以下ときわめて少ないものであった。また、このも
のの結晶粒径は各々１００，１５０及び２５０μｍであ
った。
【００６２】この熱処理を施した後、サンドブラスト処
理及び酸洗を行い、表面の酸化膜を除去した後、水蒸気
によるオートクレーブ処理が施される。
理及び酸洗を行い、表面の酸化膜を除去した後、水蒸気
によるオートクレーブ処理が施される。
【００６３】図１０は上述のように製作された角筒を使
用したＢＷＲ燃料集合体の部分断面図である。
用したＢＷＲ燃料集合体の部分断面図である。
【００６４】ＢＷＲ燃料集合体は、図に示すように、多
数の燃料棒１１とそれらを相互の所定の間隔で保持する
スペーサ１２、更に、それらを収納する角筒のチャンネ
ルボックス１，燃料被覆管内に燃料ペレットが入った燃
料棒１１の両端を保持する上部タイプレート１４、及
び、下部タイプレート１５、並びに、全体を搬送するた
めのハンドル１３から構成される。
数の燃料棒１１とそれらを相互の所定の間隔で保持する
スペーサ１２、更に、それらを収納する角筒のチャンネ
ルボックス１，燃料被覆管内に燃料ペレットが入った燃
料棒１１の両端を保持する上部タイプレート１４、及
び、下部タイプレート１５、並びに、全体を搬送するた
めのハンドル１３から構成される。
【００６５】また、これらの燃料集合体の製造に際して
は複雑な製造工程を経ており、各構造共に溶接で組立て
られる。
は複雑な製造工程を経ており、各構造共に溶接で組立て
られる。
【００６６】燃料チャンネルボックス１は燃料スペーサ
で組込まれた燃料棒１１を内部に収納し、上部タイプレ
ート１４と下部タイプレート１５で燃料棒を固定した状
態で使用される。燃料チャンネルボックスは前述のよう
に二分割したコの字型板加工材をプラズマ溶接で接合し
た角筒形状を呈する。この部材はプラント運転時に燃料
棒で発生した高温水及び蒸気を強制的に上部に導く働き
をさせるものであり、角筒が外側に広がる応力が常時負
荷される状態で長時間使用される。
で組込まれた燃料棒１１を内部に収納し、上部タイプレ
ート１４と下部タイプレート１５で燃料棒を固定した状
態で使用される。燃料チャンネルボックスは前述のよう
に二分割したコの字型板加工材をプラズマ溶接で接合し
た角筒形状を呈する。この部材はプラント運転時に燃料
棒で発生した高温水及び蒸気を強制的に上部に導く働き
をさせるものであり、角筒が外側に広がる応力が常時負
荷される状態で長時間使用される。
【００６７】燃料集合体用チャンネルボックスは使用中
に高温高圧の炉水にさらされ、かつ、中性子照射を受け
る。また、角筒内部の圧力が外部に比べて高いため、内
圧を受ける。その結果、高温高圧環境下での耐食性，中
性子照射下での高いクリープ変形抵抗が要求される。
に高温高圧の炉水にさらされ、かつ、中性子照射を受け
る。また、角筒内部の圧力が外部に比べて高いため、内
圧を受ける。その結果、高温高圧環境下での耐食性，中
性子照射下での高いクリープ変形抵抗が要求される。
【００６８】ジルコニウム基合金は、一般に、耐食性が
高く、中性子吸収断面積が小さい。これら特性は原子炉
用燃料集合体用材料として適しており、燃料集合体を構
成する燃料被覆管，チャンネルボックス１，スペーサ１
２等に使用される。使用される具体的なジルコニウム基
合金として、ジルカロイ−２（Ｓｎ１.２〜１.７ｗｔ
％，Ｆｅ０.０７〜０.０２ｗｔ％，Ｃｒ０.０５〜０.１
５ｗｔ％，Ｎｉ０.０３〜０.０８ｗｔ％，残Ｚｒ ）、
ジルカロイ−４（Ｓｎ１.２〜１.７ｗｔ％，Ｆｅ０.１
８〜０.２４ｗｔ％，Ｃｒ０.０５〜０.１５ｗｔ％，残
Ｚｒ）、Ｚｒ−0.5〜２ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｚｒ−２〜５
ｗｔ％Ｓｎ−０.５〜１.５ｗｔ％Ｎｂ−0.5〜１.５ ｗ
ｔ％Ｍｏ合金、Ｚｒ−０.５〜１.５ｗｔ％Ｓｎ−０.５
〜１.５ｗｔ％Ｎｂ−０.１〜１.０ｗｔ％Ｆｅ合金、Ｚ
ｒ−Ｎｂ（０.５〜５.０ｗｔ％）−Ｓｎ−（０〜３.０
ｗｔ％ ）−Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｗ
のいずれか１種（２ｗｔ％以下）合金等があり、いずれ
かの合金板に対しても本発明は効果が得られることが確
認された。
高く、中性子吸収断面積が小さい。これら特性は原子炉
用燃料集合体用材料として適しており、燃料集合体を構
成する燃料被覆管，チャンネルボックス１，スペーサ１
２等に使用される。使用される具体的なジルコニウム基
合金として、ジルカロイ−２（Ｓｎ１.２〜１.７ｗｔ
％，Ｆｅ０.０７〜０.０２ｗｔ％，Ｃｒ０.０５〜０.１
５ｗｔ％，Ｎｉ０.０３〜０.０８ｗｔ％，残Ｚｒ ）、
ジルカロイ−４（Ｓｎ１.２〜１.７ｗｔ％，Ｆｅ０.１
８〜０.２４ｗｔ％，Ｃｒ０.０５〜０.１５ｗｔ％，残
Ｚｒ）、Ｚｒ−0.5〜２ｗｔ％Ｎｂ合金、Ｚｒ−２〜５
ｗｔ％Ｓｎ−０.５〜１.５ｗｔ％Ｎｂ−0.5〜１.５ ｗ
ｔ％Ｍｏ合金、Ｚｒ−０.５〜１.５ｗｔ％Ｓｎ−０.５
〜１.５ｗｔ％Ｎｂ−０.１〜１.０ｗｔ％Ｆｅ合金、Ｚ
ｒ−Ｎｂ（０.５〜５.０ｗｔ％）−Ｓｎ−（０〜３.０
ｗｔ％ ）−Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｗ
のいずれか１種（２ｗｔ％以下）合金等があり、いずれ
かの合金板に対しても本発明は効果が得られることが確
認された。
【００６９】前述のジルカロイ合金は沸騰水型原子炉中
で被覆管チャンネルボックス，スペーサに使用される
が、特に、被覆管は局部酸化（ノジュラ腐食）が発生し
易いので、最終冷間加工の前で、最終熱間加工後の間の
いずれかで外表面にのみα＋β相又はβ相での焼入れを
施すのが好ましい。特に、最初の冷間加工前に焼入れす
るのが好ましい。焼入れにおける加熱温度は８２５〜１
１００℃が好ましく、加熱時間は１分以内で３〜３０秒
が好ましい。
で被覆管チャンネルボックス，スペーサに使用される
が、特に、被覆管は局部酸化（ノジュラ腐食）が発生し
易いので、最終冷間加工の前で、最終熱間加工後の間の
いずれかで外表面にのみα＋β相又はβ相での焼入れを
施すのが好ましい。特に、最初の冷間加工前に焼入れす
るのが好ましい。焼入れにおける加熱温度は８２５〜１
１００℃が好ましく、加熱時間は１分以内で３〜３０秒
が好ましい。
【００７０】加熱は誘導コイルによって連続的に行うの
がよく、冷却は加熱に続いて噴水を用いて行うのがよ
い。また管内に水を流しながら加熱するのもよい。ま
た、被覆管は管表面に対して垂直方向の〈０００１〉方
位がＦｒ値として０.６６ 以上とするのが好ましい。そ
の焼入れは結晶方位がランダムにならないように温度と
時間とがコントロールされる。Ｎｂを含むジルコニウム
−ニオブ合金は、強度が高く、クリープ特性に優れ、水
素吸収率が低く、ノジュラ腐食と呼ばれる局部腐食も発
生しない。これらは、燃料集合体部材用材料として好ま
しい特性であるが、溶接部及び熱影響部の腐食が加速さ
れ剥離性の厚い白色酸化物を形成し易い。
がよく、冷却は加熱に続いて噴水を用いて行うのがよ
い。また管内に水を流しながら加熱するのもよい。ま
た、被覆管は管表面に対して垂直方向の〈０００１〉方
位がＦｒ値として０.６６ 以上とするのが好ましい。そ
の焼入れは結晶方位がランダムにならないように温度と
時間とがコントロールされる。Ｎｂを含むジルコニウム
−ニオブ合金は、強度が高く、クリープ特性に優れ、水
素吸収率が低く、ノジュラ腐食と呼ばれる局部腐食も発
生しない。これらは、燃料集合体部材用材料として好ま
しい特性であるが、溶接部及び熱影響部の腐食が加速さ
れ剥離性の厚い白色酸化物を形成し易い。
【００７１】なお、ニオブ−ジルコニウム系多元合金と
して、０.５〜２.０ｗｔ％のＮｂと、１.５ 重量％まで
のＳｎと、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｎｉ及びＷか
らなる群から選択された０.２５ｗｔ％ までの第三合金
元素を含むジルコニウム合金は高温蒸気環境内で耐食性
を有する特殊なミクロ構造をもつ。
して、０.５〜２.０ｗｔ％のＮｂと、１.５ 重量％まで
のＳｎと、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｎｉ及びＷか
らなる群から選択された０.２５ｗｔ％ までの第三合金
元素を含むジルコニウム合金は高温蒸気環境内で耐食性
を有する特殊なミクロ構造をもつ。
【００７２】これらの合金を用いた本発明のチャンネル
ボックスは前述のように(０００２)，（１０１０）の両
面ともにＦ値を各々１／３になるように加熱保持され、
急冷することによって得られる。その結果、燃焼度３２
ＧＷｄ／ｔ以上のものは勿論、４５ＧＷｄ／ｔ以上のも
のに使用することが出来るとともに、表面に付着したク
ラッドを除くとともに燃料を取替えて再度使用する２サ
イクル用に使用可能であり、変形が少ないため炉心での
使用位置も前と同じ位置で使用可能とする。また、ジル
カロイ合金に限らず前述の合金からなる被覆管に対して
も前述の熱処理及び配向性を施すのがよい。
ボックスは前述のように(０００２)，（１０１０）の両
面ともにＦ値を各々１／３になるように加熱保持され、
急冷することによって得られる。その結果、燃焼度３２
ＧＷｄ／ｔ以上のものは勿論、４５ＧＷｄ／ｔ以上のも
のに使用することが出来るとともに、表面に付着したク
ラッドを除くとともに燃料を取替えて再度使用する２サ
イクル用に使用可能であり、変形が少ないため炉心での
使用位置も前と同じ位置で使用可能とする。また、ジル
カロイ合金に限らず前述の合金からなる被覆管に対して
も前述の熱処理及び配向性を施すのがよい。
【００７３】被覆管及びチャンネルボックスともいずれ
も焼入を施したものを使用することにより全体として優
れたものが得られる。
も焼入を施したものを使用することにより全体として優
れたものが得られる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、燃
料集合体ジルコニウム部材の結晶方位をランダム化出来
るので中性子照射量が１０22（ｎ／cm2 ）を超える高照
射環境下で使用しても、照射成長、照射成長に起因する
曲がり変形が生じない。その結果、燃料集合体ジルコニ
ウム部材の長期間使用が可能となり、使用済み燃料廃棄
物低減に寄与できる。また、耐食性も向上し燃料集合体
ジルコニウム部材の信頼性向上に寄与できる。
料集合体ジルコニウム部材の結晶方位をランダム化出来
るので中性子照射量が１０22（ｎ／cm2 ）を超える高照
射環境下で使用しても、照射成長、照射成長に起因する
曲がり変形が生じない。その結果、燃料集合体ジルコニ
ウム部材の長期間使用が可能となり、使用済み燃料廃棄
物低減に寄与できる。また、耐食性も向上し燃料集合体
ジルコニウム部材の信頼性向上に寄与できる。
【図１】本発明板の結晶方位の配向を示す模式図。
【図２】照射成長の機構を示す模式図。
【図３】照射成長ひずみに及ぼす高速中性子照射量、並
びにＦｒ値の影響を示す線図。
びにＦｒ値の影響を示す線図。
【図４】照射成長ひずみとＦｒ値との関係を示す線図。
【図５】Ｆｒ値とβＺｒ結晶粒との相関係を示す線図。
【図６】照射成長ひずみとＺｒ結晶粒径との関係を示す
線図。
線図。
【図７】照射成長ひずみとパラメータＰとの関係を示す
線図。
線図。
【図８】Ｆｒ値に及ぼす温度と保持時間の関係を示す線
図。
図。
【図９】チャンネルボックスの製造方法を示す装置の構
成図。
成図。
【図１０】燃料集合体の部分断面図。
１…チャンネルボックス、２…マンドル、３…ネジ、４
…高周波誘導加熱コイル、５…高周波電源、６…水吹き
付けノズル、７…溶接部、１１…燃料棒、１２…スペー
サ、１３…ハンドル、１４…上部タイプレート、１５…
下部タイプレート。
…高周波誘導加熱コイル、５…高周波電源、６…水吹き
付けノズル、７…溶接部、１１…燃料棒、１２…スペー
サ、１３…ハンドル、１４…上部タイプレート、１５…
下部タイプレート。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｇ２１Ｃ 3/324
(72)発明者 木田 利孝
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日
立製作所日立研究所内
(72)発明者 大中 紀之
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日
立製作所日立研究所内
(72)発明者 石崎 英昭
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立工場内
(72)発明者 平川 博将
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立工場内
(72)発明者 牧 英夫
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立工場内
Claims (16)
- 【請求項１】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを有するジル
コニウム基合金板において、該合金の六方晶Ｚｒの〈00
01〉結晶方位の板表面に対する垂直方向への配向率（Ｆ
ｒ値）が０.２０〜０.５０であることを特徴とする低照
射成長ジルコニウム基合金板。 - 【請求項２】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを有するジル
コニウム基合金角形筒状部材において、該合金の六方晶
Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂
直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２５〜０.５０、筒状
部材の長手方向への配向率（Ｆｔ）が０.２５〜0.36及
び円周方向への配向率（Ｆｌ）が０.２５〜０.３６であ
ることを特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金角形
筒状部材。 - 【請求項３】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを有するジル
コニウム基合金板において、該合金はα相を有し、結晶
粒径が５０〜５００μｍであることを特徴とする低照射
成長ジルコニウム基合金板。 - 【請求項４】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下を含有し、残部９０重量％以上のＺｒを有するジル
コニウム基合金板において、該合金はα相を有し、該合
金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位が実質的にラン
ダムに配向し、３×１０22ｎ／cm2 の高速中性子照射成
長によるひずみが３×１０-4以下であることを特徴とす
る低照射成長ジルコニウム基合金板。 - 【請求項５】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下及び、残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニ
ウム基合金板において、該合金はα相を有し、該合金の
六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂
直方向への配向率(Ｆｒ値）が０．２０〜０.５０である
ことを特徴とする低照射成長ジルコニウム基合金板。 - 【請求項６】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニ
ウム基合金板をβ相単相温度領域に加熱し、冷却するジ
ルコニウム基合金板の製造法において、該合金の六方晶
Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直方向
への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０となるように
前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持後急冷する工
程を有することを特徴とする低照射成長ジルコニウム基
合金板の製造法。 - 【請求項７】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニ
ウム基合金板をβ相単相温度領域に加熱し、冷却するジ
ルコニウム基合金板の製造法において、前記β相単相温
度領域での加熱を次式によって求められるパラメータＰ
の値が０.８ 以上となるように短時間保持し、急冷する
工程を有することを特徴とする低照射成長ジルコニウム
基合金板の製造法。 Ｐ＝（３.５５＋ｔ）×ｌｏｇ（Ｔ−９８０） （ｔ：加熱時間(ｈ)，Ｔ：加熱温度(℃)） - 【請求項８】Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％
以下、及び残部９０重量％以上のＺｒを有するジルコニ
ウム基合金角形筒状部材を局部的にβ相単相温度領域に
誘導加熱によって連続的に加熱するとともに該加熱され
た部分を冷媒によって強制的に冷却するジルコニウム基
合金角形筒状部材の製造法において、前記合金の六方晶
Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂
直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０となる
ように前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持後急冷
する工程を有することを特徴とする低照射成長ジルコニ
ウム基合金角形筒部材の製造法。 - 【請求項９】ジルコニウム基合金管状部材をβ相温度領
域に局部的に誘導加熱によって相対的に移動させながら
連続的に加熱するとともに該加熱された部分を冷媒によ
って強制的に冷却するジルコニウム基合金管状部材の製
造法において、前記管状部材内に前記合金より熱膨脹係
数が大きい金属部材からなるマンドレルを挿入し、前記
管状部材の少なくとも両端で管状部材をマンドレルとを
固着した状態で前記管状部材の外表面より加熱保持後急
冷する工程を有することを特徴とするジルコニウム基合
金管状部材の製造法。 - 【請求項１０】２個のコの字型ジルコニウム基合金部材
を用いて溶接接続された角形筒状部材からなる燃料チャ
ンネルボックスにおいて、前記合金の六方晶Ｚｒの〈00
01〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方向への配向
率（Ｆｒ値）が０.２０〜0.50であり、前記筒状部材全
表面にオートクレーブ処理による酸化皮膜が形成されて
いることを特徴とする燃料チャンネルボックス。 - 【請求項１１】燃料ペレットを燃料被覆管内に内蔵した
燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネルボック
ス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を仕切る
スペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下部に設
けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料集合体
において、前記チャンネルボックスはＳｎ５重量％以下
及び／又はＮｂ５重量％以下、残部９０重量％以上のＺ
ｒを有するジルコニウム基合金板からなり、該合金の六
方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に対する垂直
方向への配向率(Ｆｒ値)が０.２０〜０.５０であること
を特徴とする燃料集合体。 - 【請求項１２】複数本の原子燃料棒を配置するジルコニ
ウム基合金からなるチャンネルボックスの使用方法にお
いて、前記合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の
筒状部材表面に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が
０.２０〜０.５０であり、少なくとも２回原子燃料を取
替えて使用することを特徴とする原子燃料チャンネルボ
ックスの使用方法。 - 【請求項１３】２個のコの字型ジルコニウム基合金部材
を用いて溶接接続された筒状部材からなる燃料チャンネ
ルボックスの使用方法において、前記合金の六方晶Ｚｒ
の〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方
向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であり、前
記筒状部材全表面にオートクレーブ処理による酸化皮膜
が形成され、取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上又は少なく
とも２回原子燃料を交換して使用することを特徴とする
燃料チャンネルボックスの使用方法。 - 【請求項１４】燃料ペレットを燃料被覆管内に内蔵した
燃料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネルボック
ス、該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を仕切る
スペーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下部に設
けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料集合体
の使用方法において、前記チャンネルボックスはＳｎ５
重量％以下及び／又はＮｂ５重量％以下、残部９０重量
％以上のＺｒを有するジルコニウム基合金板からなり、
該合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板表面に
対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５
０あり、取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上又は少なくとも
２回原子燃料を取替えて使用することを特徴とする燃料
集合体の使用方法。 - 【請求項１５】複数本の原子燃料棒を配置するジルコニ
ウム基合金からなるチャンネルボックスにおいて、前記
合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の筒状部材表
面に対する垂直方向への配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜
０.５０であり、取出燃焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上又は中
性子照射量で、１０22ｎ／cm以上受ける期間使用するこ
とを特徴とするチャンネルボックスの使用方法。 - 【請求項１６】炉心内にジルコニウム基合金の筒状体よ
りなる複数の原子燃料チャンネルボックスを備え、所定
期間運転後に燃料を取換え、引き続いて所定期間運転す
る原子炉の運転方法において、前記合金の六方晶Ｚｒの
〈０００１〉結晶方位の筒状体表面に対する垂直方向へ
の配向率（Ｆｒ値）が０.２０〜０.５０であり、取出燃
焼度３２ＧＷｄ／ｔ以上の運転又は前記後の運転時の前
記チャンネルボックスの位置を前の運転時の位置と同じ
に配置して少なくとも２回燃料を取替えて運転すること
を特徴とする原子炉の運転方法。
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