JPH0682582A - 熱処理された複合核燃料容器の改良された製造方法 - Google Patents
熱処理された複合核燃料容器の改良された製造方法Info
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- JPH0682582A JPH0682582A JP5134205A JP13420593A JPH0682582A JP H0682582 A JPH0682582 A JP H0682582A JP 5134205 A JP5134205 A JP 5134205A JP 13420593 A JP13420593 A JP 13420593A JP H0682582 A JPH0682582 A JP H0682582A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水冷式核分裂原子炉に使用する複合構造の核
燃料容器の製造方法。 【構成】 後に管状容器となるチューブストック及び後
に保護ライニングとなるライナーストックを別個に熱処
理し、熱処理したチューブストック内にライナーストッ
クを嵌合挿入して互いに冶金的に接合して複合管状スト
ックユニットとし、次いで組み立てた複合管状ストック
ユニットの円周をライナー付き管状核燃料容器として使
用するに適したサイズに縮小する。この改良された製造
手順により、複合ユニットのそれぞれの部品の有利な特
性が最大限に発揮される。
燃料容器の製造方法。 【構成】 後に管状容器となるチューブストック及び後
に保護ライニングとなるライナーストックを別個に熱処
理し、熱処理したチューブストック内にライナーストッ
クを嵌合挿入して互いに冶金的に接合して複合管状スト
ックユニットとし、次いで組み立てた複合管状ストック
ユニットの円周をライナー付き管状核燃料容器として使
用するに適したサイズに縮小する。この改良された製造
手順により、複合ユニットのそれぞれの部品の有利な特
性が最大限に発揮される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水冷式核分裂原子炉に
使用する複合構造の核燃料容器、たとえば１９８０年４
月２９日に発行された米国特許第４，２００，４９２号
および１９８３年２月８日に発行された同第４，３７
２，８１７号ならびにこれらの特許で引用されている関
連の文献および原子力産業の燃料分野に利用できる文献
に開示されている燃料要素のような燃料容器の製造の改
良に係る。
使用する複合構造の核燃料容器、たとえば１９８０年４
月２９日に発行された米国特許第４，２００，４９２号
および１９８３年２月８日に発行された同第４，３７
２，８１７号ならびにこれらの特許で引用されている関
連の文献および原子力産業の燃料分野に利用できる文献
に開示されている燃料要素のような燃料容器の製造の改
良に係る。
【０００２】
【従来の技術】核燃料容器は腐食、特にこの技術分野で
応力腐食割れといわれている現象に起因する漏出事故を
起こすことがある。この応力腐食割れは、主として、原
子炉出力の突然または急激な増大によって誘発または促
進されて起こる。この応力腐食割れの欠点に対処するた
めに、商業発電用水冷式核分裂原子炉プラントでは複合
の核燃料容器または燃料要素が導入され頻繁に使われて
いる。複合核燃料容器は、ジルコニウム合金、ステンレ
ス鋼、アルミニウム、その他適切な合金でできていて内
側にライニングを備えたごく普通の管状容器からなって
いる。このライニングは防護壁として働き、粒界応力腐
食割れ、その他の形の破壊的攻撃に対して抵抗性が増大
した金属で構成されている。従来の防護ライニングは、
高純度、たとえば不純物が約５０００ｐｐｍ未満のジル
コニウム金属、銅、モリブデン、タングステン、レニウ
ム、ニオブ、これらの合金を始めとする各種金属および
合金からなっている。核燃料管状容器のこのような保護
金属防護ライニングの例は、１９８０年４月２９日に発
行された米国特許第４，２００，４９２号、１９８３年
２月８日に発行された同第４，３７２，８１７号、１９
８３年６月２８日に発行された同第４，３９０，４９７
号、１９８４年５月１日に発行された同第４，４４５，
９４２号、１９８７年４月２１日に発行された同第４，
６５９，５４０号、１９９０年７月１７日に発行された
同第４，９４２，０１６号、および１９９１年１月２２
日に発行された同第４，９８６，９５７号に記載されて
いる。
応力腐食割れといわれている現象に起因する漏出事故を
起こすことがある。この応力腐食割れは、主として、原
子炉出力の突然または急激な増大によって誘発または促
進されて起こる。この応力腐食割れの欠点に対処するた
めに、商業発電用水冷式核分裂原子炉プラントでは複合
の核燃料容器または燃料要素が導入され頻繁に使われて
いる。複合核燃料容器は、ジルコニウム合金、ステンレ
ス鋼、アルミニウム、その他適切な合金でできていて内
側にライニングを備えたごく普通の管状容器からなって
いる。このライニングは防護壁として働き、粒界応力腐
食割れ、その他の形の破壊的攻撃に対して抵抗性が増大
した金属で構成されている。従来の防護ライニングは、
高純度、たとえば不純物が約５０００ｐｐｍ未満のジル
コニウム金属、銅、モリブデン、タングステン、レニウ
ム、ニオブ、これらの合金を始めとする各種金属および
合金からなっている。核燃料管状容器のこのような保護
金属防護ライニングの例は、１９８０年４月２９日に発
行された米国特許第４，２００，４９２号、１９８３年
２月８日に発行された同第４，３７２，８１７号、１９
８３年６月２８日に発行された同第４，３９０，４９７
号、１９８４年５月１日に発行された同第４，４４５，
９４２号、１９８７年４月２１日に発行された同第４，
６５９，５４０号、１９９０年７月１７日に発行された
同第４，９４２，０１６号、および１９９１年１月２２
日に発行された同第４，９８６，９５７号に記載されて
いる。
【０００３】金属ライナーが容器内面に冶金的に接合さ
れて内側防護層となっている管状容器からなる従来の典
型的な複合燃料容器を製造するには、直径が大きい中空
のライナーストックユニットの部品を、直径の大きいチ
ューブストックの部品の全長の中に表面間をぴったり接
触させながら挿入する。この直径の大きいチューブスト
ックの部品にライナーストックが挿入された複合アセン
ブリを次に、一連の円周縮小処理にかける。各縮小処理
の後に熱アニーリングをして、直径縮小の冷間作業の歪
みに起因するカタサを減らす。このチューブ部品とライ
ナー部品を冶金的に結合するには各種の方法を使用する
ことができ、たとえば、爆発接合を利用したり、圧縮荷
重をかけながら加熱して拡散接合を起こさせたり、アセ
ンブリを伸張したりする。このような複合構造の核燃料
容器の製法の詳しい例は、１９８３年６月２８日に発行
された米国特許第４，３９０，４９７号、１９８０年４
月２９日に発行された同第４，２００，４９２号、およ
び１９８３年２月８日に発行された同第４，３７２，８
１７号に記載されている。
れて内側防護層となっている管状容器からなる従来の典
型的な複合燃料容器を製造するには、直径が大きい中空
のライナーストックユニットの部品を、直径の大きいチ
ューブストックの部品の全長の中に表面間をぴったり接
触させながら挿入する。この直径の大きいチューブスト
ックの部品にライナーストックが挿入された複合アセン
ブリを次に、一連の円周縮小処理にかける。各縮小処理
の後に熱アニーリングをして、直径縮小の冷間作業の歪
みに起因するカタサを減らす。このチューブ部品とライ
ナー部品を冶金的に結合するには各種の方法を使用する
ことができ、たとえば、爆発接合を利用したり、圧縮荷
重をかけながら加熱して拡散接合を起こさせたり、アセ
ンブリを伸張したりする。このような複合構造の核燃料
容器の製法の詳しい例は、１９８３年６月２８日に発行
された米国特許第４，３９０，４９７号、１９８０年４
月２９日に発行された同第４，２００，４９２号、およ
び１９８３年２月８日に発行された同第４，３７２，８
１７号に記載されている。
【０００４】この分野では、直径を縮小した複合チュー
ブ／ライナーユニットの金属中にその縮小処理の圧縮に
よって誘導された応力を軽減する目的で行なう通常のア
ニーリング熱処理に加えて、燃料要素の連続耐久性を改
善する手段として、そのような核燃料容器を特定の改良
式熱処理にかけて耐食性や延性のような重要な性質を高
めるかまたは最適にすることが一般に行なわれるように
なっている。たとえば、ジルコニウム金属およびその合
金、またはそれから作られた部品を特定の金属組成のα
微結晶相を越える温度、またはα＋βもしくはβ微結晶
相まで加熱処理した後急冷して熱によって誘導されたミ
クロ組織状態のかなりの部分または重要な部分を保持す
ることがよく知られている。このような熱処理は従来の
文献、たとえば１９５９年７月１４日に発行された米国
特許第２，８９４，８６６号、１９８３年６月２８日に
発行された同第４，３９０，４９７号、１９８０年１２
月９日に発行された同第４，２３８，２５１号、および
１９８６年３月１８日に発行された同第４，５７６，６
５４号に詳しく開示されている。
ブ／ライナーユニットの金属中にその縮小処理の圧縮に
よって誘導された応力を軽減する目的で行なう通常のア
ニーリング熱処理に加えて、燃料要素の連続耐久性を改
善する手段として、そのような核燃料容器を特定の改良
式熱処理にかけて耐食性や延性のような重要な性質を高
めるかまたは最適にすることが一般に行なわれるように
なっている。たとえば、ジルコニウム金属およびその合
金、またはそれから作られた部品を特定の金属組成のα
微結晶相を越える温度、またはα＋βもしくはβ微結晶
相まで加熱処理した後急冷して熱によって誘導されたミ
クロ組織状態のかなりの部分または重要な部分を保持す
ることがよく知られている。このような熱処理は従来の
文献、たとえば１９５９年７月１４日に発行された米国
特許第２，８９４，８６６号、１９８３年６月２８日に
発行された同第４，３９０，４９７号、１９８０年１２
月９日に発行された同第４，２３８，２５１号、および
１９８６年３月１８日に発行された同第４，５７６，６
５４号に詳しく開示されている。
【０００５】文献に開示されている、起こり得るさまざ
まなミクロ組織の変化およびそれに伴う性質の変更を生
じる温度は、通常金属または合金の正確な組成に依存し
ており、本質的に各々異なる金属または合金成分の組み
合わせにとって独特の条件である。個々の組成で特定の
特性を達成するかまたは最適にする温度条件が文献に挙
げられていないならば、経験的に確かめることができ
る。たとえば、１９５９年７月１４日に発行された米国
特許第２，８９４，８６６号、および１９８０年１２月
９日に発行された同第４，２３８，２５１号を参照され
たい。
まなミクロ組織の変化およびそれに伴う性質の変更を生
じる温度は、通常金属または合金の正確な組成に依存し
ており、本質的に各々異なる金属または合金成分の組み
合わせにとって独特の条件である。個々の組成で特定の
特性を達成するかまたは最適にする温度条件が文献に挙
げられていないならば、経験的に確かめることができ
る。たとえば、１９５９年７月１４日に発行された米国
特許第２，８９４，８６６号、および１９８０年１２月
９日に発行された同第４，２３８，２５１号を参照され
たい。
【０００６】以上挙げた米国特許およびそこに引用され
ている文献はすべて、ここで引用したことによりその開
示内容が本明細書中に含まれているものとする。
ている文献はすべて、ここで引用したことによりその開
示内容が本明細書中に含まれているものとする。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、水冷式原子炉で使用する複合
構造の核燃料容器の製法であって、この複合燃料容器ま
たは要素のそれぞれの金属部品の所望の有効な特性を最
適化することができる改良された製法である。本発明
は、複合核燃料要素のいくつかの金属部品の各々におい
て耐食性や延性のような特有または独特の性質を導入す
るかまたは高める熱処理手順を含む。
構造の核燃料容器の製法であって、この複合燃料容器ま
たは要素のそれぞれの金属部品の所望の有効な特性を最
適化することができる改良された製法である。本発明
は、複合核燃料要素のいくつかの金属部品の各々におい
て耐食性や延性のような特有または独特の性質を導入す
るかまたは高める熱処理手順を含む。
【０００８】
【発明の詳細な開示】本発明では、管状容器部品または
それを形成するためのチューブストックユニットと防護
ライナーまたはそれを形成するためのライニングストッ
クユニットとからなる複合構造の核燃料容器の２つの主
要な部品（各々、ジルコニウム合金とジルコニウム金属
のように多少異なる金属組成を有する）を、組み立てて
単一の複合ユニットに結合する前に、各々において特に
所望の特性を生じさせるのに最適な条件で別個に熱処理
する。
それを形成するためのチューブストックユニットと防護
ライナーまたはそれを形成するためのライニングストッ
クユニットとからなる複合構造の核燃料容器の２つの主
要な部品（各々、ジルコニウム合金とジルコニウム金属
のように多少異なる金属組成を有する）を、組み立てて
単一の複合ユニットに結合する前に、各々において特に
所望の特性を生じさせるのに最適な条件で別個に熱処理
する。
【０００９】すなわち、管状容器部品またはそのための
チューブストックユニットを別個に熱処理する。たとえ
ば、ジルカロイ−２として上市されている市販ジルコニ
ウム合金（米国特許第２，７７２，９６４号および第
４，１６４，４２０号）からなるユニットを、全体を均
一に約９７０℃まで加熱して、この合金組成のα相微結
晶組織を実質的にα＋β相組織に変換させた後、急冷し
て、加熱により誘導された構造相を保存することができ
る。
チューブストックユニットを別個に熱処理する。たとえ
ば、ジルカロイ−２として上市されている市販ジルコニ
ウム合金（米国特許第２，７７２，９６４号および第
４，１６４，４２０号）からなるユニットを、全体を均
一に約９７０℃まで加熱して、この合金組成のα相微結
晶組織を実質的にα＋β相組織に変換させた後、急冷し
て、加熱により誘導された構造相を保存することができ
る。
【００１０】また、防護ライナー部品またはそのための
ライニングストックユニットも別に加熱処理する。たと
えば、比較的に純粋なジルコニムウ金属（米国特許第
４，３７２，８１７号）からなるユニットを、全体を均
一に約９００℃まで加熱して、この金属組成のα相微結
晶組織を実質的にβ相組織に変換させた後、急冷して、
加熱により誘導された構造相を保存することができる。
ライニングストックユニットも別に加熱処理する。たと
えば、比較的に純粋なジルコニムウ金属（米国特許第
４，３７２，８１７号）からなるユニットを、全体を均
一に約９００℃まで加熱して、この金属組成のα相微結
晶組織を実質的にβ相組織に変換させた後、急冷して、
加熱により誘導された構造相を保存することができる。
【００１１】この別々の最適化された熱処理の後、管状
容器部品と防護ライナー部品またはそのためのストック
ユニットを一緒に合わせて、中空の防護ライナーを管状
容器の中にその全長に渡って挿入することにより組み合
わせる。この一緒にしたユニットを次に、爆発接合のよ
うな通常の手段によって冶金的に接合して核燃料用のラ
イナー付き管状容器の単一に組み立てられた複合品とす
る。
容器部品と防護ライナー部品またはそのためのストック
ユニットを一緒に合わせて、中空の防護ライナーを管状
容器の中にその全長に渡って挿入することにより組み合
わせる。この一緒にしたユニットを次に、爆発接合のよ
うな通常の手段によって冶金的に接合して核燃料用のラ
イナー付き管状容器の単一に組み立てられた複合品とす
る。
【００１２】一般に、複合構造の核燃料容器の別々に熱
処理された部品は直径の大きい容器チューブストックお
よびライナーストックからなり、これらは複合品に組み
立てた後、燃料容器として望ましい直径になるまで少な
くとも一回、好ましくは一連の縮小工程を繰り返してそ
の円周を縮小する。従来の習慣に従ってこの複合ユニッ
トは各縮小工程の後に、縮小の圧縮によって課された応
力を軽減するためにアニーリングする。アニーリング温
度はすでに課したミクロ組織変換用熱処理温度より低く
して（たとえば約６００℃を越えない）、変換されたミ
クロ組織を再変換させないようにする。
処理された部品は直径の大きい容器チューブストックお
よびライナーストックからなり、これらは複合品に組み
立てた後、燃料容器として望ましい直径になるまで少な
くとも一回、好ましくは一連の縮小工程を繰り返してそ
の円周を縮小する。従来の習慣に従ってこの複合ユニッ
トは各縮小工程の後に、縮小の圧縮によって課された応
力を軽減するためにアニーリングする。アニーリング温
度はすでに課したミクロ組織変換用熱処理温度より低く
して（たとえば約６００℃を越えない）、変換されたミ
クロ組織を再変換させないようにする。
Claims (10)
- 【請求項１】 管状の金属ケーシングとこのケーシング
の内面を覆ってそこに冶金的に接合されている異なる金
属組成の保護ライニングとからなる水冷式核分裂原子炉
に使用する複合構造の核燃料容器の製造方法であって、 核燃料用の管状容器として使用するのに適したサイズに
なるまで後に円周を縮小する直径の大きいチューブスト
ックを熱処理し、 後にチューブストック内に設置されそこに接合されかつ
そのチューブストックと一緒に縮小させられて複合核燃
料容器になる直径の大きい中空のライナーストックを熱
処理し、 熱処理された中空のライニングストックを熱処理された
チューブストック内に密に嵌合接触するように挿入して
組み立て、このチューブストックとライニングストック
を互いに冶金的に接合してチューブストックがライニン
グストックを包囲してなる複合管状ストックユニットと
し、 こうして組み立てた複合管状ストックユニットの円周を
核燃料用のライナー付き管状容器として使用するのに適
したサイズまで縮小することからなる方法。 - 【請求項２】 直径の大きいチューブストックがジルコ
ニウムの合金から成る、請求項１記載の複合構造の核燃
料容器の製造方法。 - 【請求項３】 直径の大きい中空ライナーストックがジ
ルコニウム金属から成る、請求項１記載の複合構造の核
燃料容器の製造方法。 - 【請求項４】 組み立てて接合した複合管状ストックユ
ニットの円周を一連の縮小処理によって段階的に縮小す
る、請求項１記載の複合構造の核燃料容器の製造方法。 - 【請求項５】 管状のジルコニウム合金ケーシングとこ
のジルコニウム合金ケーシングの内面を覆ってそこに冶
金的に接合されている異なる金属組成の保護ライニング
とからなる水冷式核分裂原子炉に使用する複合構造の核
燃料容器の製造方法であって、核燃料用の管状容器とし
て使用するのに適したサイズになるまで後に円周を縮小
する直径の大きいジルコニウム合金チューブストックを
熱処理し、 後にチューブストック内に設置されそこに接合されかつ
そのチューブストックと一緒に縮小させられて複合核燃
料容器になる直径の大きい中空のライナーストックを熱
処理し、 熱処理されたジルコニウム合金チューブストックと熱処
理されたライニングストックを、中空の金属ライニング
ストックがこのライニングストックを包囲するチューブ
ストック内に密に嵌合接触して挿入されるようにして組
み立て、 このチューブストックとライナーストックを互いに冶金
的に接合して複合管状ストックユニットとし、 こうして組み立てた複合管状ストックユニットの円周を
核燃料用のライナー付き管状容器として使用するのに適
したサイズまで縮小し、かつこの縮小した金属ライニン
グをそれを包囲する縮小したジルコニウム合金管状容器
に冶金的に接合することからなる方法。 - 【請求項６】 熱処理して組み立てた複合管状ストック
ユニットの円周を一連の圧縮縮小処理によって段階的に
縮小する、請求項５記載の複合構造の核燃料容器の製造
方法。 - 【請求項７】 直径の大きい中空ライナーストックがジ
ルコニウム金属から成る、請求項５記載の複合構造の核
燃料容器の製造方法。 - 【請求項８】 直径の大きいジルコニウム合金チューブ
ストックの熱処理が、ジルコニウム合金をそのβ相に再
結晶させるのに充分な温度に加熱した後こうして加熱・
再結晶したジルコニウム合金チューブストックを急冷す
るβ‐急冷処理からなる、請求項７記載の複合構造の核
燃料容器の製造方法。 - 【請求項９】 直径の大きいジルコニウム金属の中空ラ
イナーストックの熱処理が、ジルコニウム金属をそのβ
相に再結晶させるのに充分な温度に加熱した後こうして
加熱・再結晶したジルコニウム金属ライナーストックを
急冷するβ‐急冷処理からなる、請求項７記載の複合構
造の核燃料容器の製造方法。 - 【請求項１０】 管状のジルコニウム合金ケーシングと
このジルコニウム合金管状ケーシングの内面を覆ってそ
こに冶金的に接合されているジルコニウム金属の保護ラ
イニングとからなる水冷式核分裂原子炉に使用する複合
構造の核燃料容器の製造方法であって、 直径の大きいジルコニウム合金チューブを、ジルコニウ
ム合金をそのβ相に再結晶させるのに充分な温度に加熱
した後こうして加熱・再結晶したジルコニウム合金チュ
ーブストックを急冷するというβ‐急冷処理によって熱
処理し、 直径の大きいジルコニウム金属の中空ライナーストック
を、ジルコニウム金属をそのβ相に再結晶させるのに充
分な温度に加熱した後こうして加熱・再結晶したジルコ
ニウム金属中空ライナーストックを急冷するというβ‐
急冷処理によって熱処理し、 熱処理されたジルコニウム合金チューブストックと熱処
理されたライニングストックを、中空のジルコニウム金
属ライニングストックがチューブストック内に密に嵌合
接触して挿入されるようにして組み立て、このチューブ
ストックとライナーストックを冶金的に接合してチュー
ブストックがライニングストックを包囲してなる複合管
状ストックユニットとし、 こうして組み立てた複合管状ストックユニットの円周を
核燃料用のライナー付き管状容器として使用するのに適
したサイズまで、引き続き円周に加えられる一連の段階
的縮小処理によって縮小することからなる方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US894887 | 1992-06-08 | ||
| US07/894,887 US5223206A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Method for producing heat treated composite nuclear fuel containers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682582A true JPH0682582A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=25403634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5134205A Pending JPH0682582A (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-04 | 熱処理された複合核燃料容器の改良された製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| A02 | Decision of refusal |
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