JPH0693359A - 耐食性ジルコニウム基合金 - Google Patents
耐食性ジルコニウム基合金Info
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- JPH0693359A JPH0693359A JP3308955A JP30895591A JPH0693359A JP H0693359 A JPH0693359 A JP H0693359A JP 3308955 A JP3308955 A JP 3308955A JP 30895591 A JP30895591 A JP 30895591A JP H0693359 A JPH0693359 A JP H0693359A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 軽水炉の燃料被覆管およびその他の炉心構造
材に使用する耐食性の優れたジルコニウム基合金を提供
する。 【構成】 ジルコニウム基合金において、添加元素とし
て原子価が４未満でありかつ、α−Ｚｒ中の拡散係数が
Ｚｒの自己拡散係数の１万倍以下の元素と、同じくＺｒ
の自己拡散係数の１０万倍以上の元素とを添加する。 【効果】 安全性、信頼性に優れた耐食性ジルコニウム
基合金が得られ、燃料被覆管、炉心材料の長寿命化にお
おいに貢献することができる。
材に使用する耐食性の優れたジルコニウム基合金を提供
する。 【構成】 ジルコニウム基合金において、添加元素とし
て原子価が４未満でありかつ、α−Ｚｒ中の拡散係数が
Ｚｒの自己拡散係数の１万倍以下の元素と、同じくＺｒ
の自己拡散係数の１０万倍以上の元素とを添加する。 【効果】 安全性、信頼性に優れた耐食性ジルコニウム
基合金が得られ、燃料被覆管、炉心材料の長寿命化にお
おいに貢献することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽水炉用の燃料被覆管
あるいは炉心構造材料として使用する耐食性ジルコニウ
ム基合金の改善に関する。
あるいは炉心構造材料として使用する耐食性ジルコニウ
ム基合金の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉においては、燃料被覆管やチヤン
ネルボックス、スペ−サ等の炉心構造材料としてジルコ
ニウム基合金が使用されている。これは中性子経済や高
温、高圧水あるいは水蒸気中における耐食性を考慮して
開発されたものである。
ネルボックス、スペ−サ等の炉心構造材料としてジルコ
ニウム基合金が使用されている。これは中性子経済や高
温、高圧水あるいは水蒸気中における耐食性を考慮して
開発されたものである。
【０００３】しかしながら、これらの燃料被覆管や炉心
構造材では、原子炉運転中に冷却水と接触する面に酸化
膜が成生する。この酸化膜は照射が進むにつれて成長
し、厚くなると剥離することもある。このような酸化膜
の成生は、燃料被覆管や炉心構造材の減肉をもたらすと
共に、剥離により炉水中の放射能濃度を増加させ、原子
炉の定期検査時の作業者被爆量を増加させるおそれがあ
る。
構造材では、原子炉運転中に冷却水と接触する面に酸化
膜が成生する。この酸化膜は照射が進むにつれて成長
し、厚くなると剥離することもある。このような酸化膜
の成生は、燃料被覆管や炉心構造材の減肉をもたらすと
共に、剥離により炉水中の放射能濃度を増加させ、原子
炉の定期検査時の作業者被爆量を増加させるおそれがあ
る。
【０００４】将来原子炉燃料の経済性を向上させるため
に、燃料、炉心構造材料の使用期間を延長させる計画が
進行しているが、現行よりも長期間使用する場合、燃
料、炉心構造材料の安全性、信頼性または、定検作業時
の被爆量低減の観点から、ジルコニウム基合金の耐食性
が注目されてきた。その対策として、特開昭５７−１１
６７３９号公報に示されるように、ジルコニウム基合金
基体の全体にわたり、金属間化合物を粒界または亜粒界
に添って連鎖状に偏析させることにより耐食性を向上さ
せる方法が提案されている。
に、燃料、炉心構造材料の使用期間を延長させる計画が
進行しているが、現行よりも長期間使用する場合、燃
料、炉心構造材料の安全性、信頼性または、定検作業時
の被爆量低減の観点から、ジルコニウム基合金の耐食性
が注目されてきた。その対策として、特開昭５７−１１
６７３９号公報に示されるように、ジルコニウム基合金
基体の全体にわたり、金属間化合物を粒界または亜粒界
に添って連鎖状に偏析させることにより耐食性を向上さ
せる方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この連
鎖状に偏析させた金属間化合物の原子炉内の使用条件下
における安定性が確かめられておらず、炉内でその性能
を発揮し得るかどうかが疑問であり、特に長期間の使用
には十分な手段とはいいがたい。
鎖状に偏析させた金属間化合物の原子炉内の使用条件下
における安定性が確かめられておらず、炉内でその性能
を発揮し得るかどうかが疑問であり、特に長期間の使用
には十分な手段とはいいがたい。
【０００６】本発明は、上記の実状に鑑みてなされたも
のであり、その目的は燃料被覆管およびチヤンネルボッ
クス、スペ−サなどの炉心構造材に適する耐食性に優れ
たジルコニウム基合金を提供することにある。
のであり、その目的は燃料被覆管およびチヤンネルボッ
クス、スペ−サなどの炉心構造材に適する耐食性に優れ
たジルコニウム基合金を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の耐食性ジルコニウム基合金の構成は、Ｚｒ中
に、耐食性に有効な複数種の合金元素を添加してなる耐
食性ジルコニウム基合金において、合金元素として原子
価が４価未満であり、かつα−Ｚｒ中における拡散係数
がＺｒの自己拡散係数の１万倍以下の元素と、α−Ｚｒ
中における拡散係数がＺｒの自己拡散係数の１０万倍以
上の元素とを添加するようにしたことである。
の本発明の耐食性ジルコニウム基合金の構成は、Ｚｒ中
に、耐食性に有効な複数種の合金元素を添加してなる耐
食性ジルコニウム基合金において、合金元素として原子
価が４価未満であり、かつα−Ｚｒ中における拡散係数
がＺｒの自己拡散係数の１万倍以下の元素と、α−Ｚｒ
中における拡散係数がＺｒの自己拡散係数の１０万倍以
上の元素とを添加するようにしたことである。
【０００８】
【作用】軽水冷却型原子炉の燃料被覆管や炉心構造材と
して使用されているジルコニウム基合金はジルカロイで
ある。ジルカロイは強度や耐食性を向上させるために、
ジルコニウム中に、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｎｉなどを少量添加し
たものである。これらの合金元素のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｎ
ｉはＺｒ中の固溶濃度が低く、添加量が固溶限を越えて
いるため、通常の状態ではＺｒと金属間化合物を形成し
て、ジルカロイ母材中に析出している。
して使用されているジルコニウム基合金はジルカロイで
ある。ジルカロイは強度や耐食性を向上させるために、
ジルコニウム中に、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｎｉなどを少量添加し
たものである。これらの合金元素のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｎ
ｉはＺｒ中の固溶濃度が低く、添加量が固溶限を越えて
いるため、通常の状態ではＺｒと金属間化合物を形成し
て、ジルカロイ母材中に析出している。
【０００９】ジルコニウム基合金の腐食機構について以
下に説明する。Ｚｒが酸化されるとＺｒＯ2型の酸化物
が形成される。ＺｒＯ2には低温型（単斜晶系）と高温
型（正方晶系）とがあり、前者から後者への転移は可逆
的に１０００℃付近で生じる。単斜晶系のＺｒＯ2は多
孔質で脆い性質であり、ジルコニウム基合金の表面に生
じても酸化剤の侵入に対する障壁、すなわち、保護皮膜
とはならず、単斜晶系のＺｒＯ2が生じたジルコニウム
基合金は耐食性が非常に悪くなる。
下に説明する。Ｚｒが酸化されるとＺｒＯ2型の酸化物
が形成される。ＺｒＯ2には低温型（単斜晶系）と高温
型（正方晶系）とがあり、前者から後者への転移は可逆
的に１０００℃付近で生じる。単斜晶系のＺｒＯ2は多
孔質で脆い性質であり、ジルコニウム基合金の表面に生
じても酸化剤の侵入に対する障壁、すなわち、保護皮膜
とはならず、単斜晶系のＺｒＯ2が生じたジルコニウム
基合金は耐食性が非常に悪くなる。
【００１０】これに対してＭｇＯ、ＣａＯ、希土類酸化
物等を数％添加したものは安定化ジルコニアあるいは部
分安定化ジルコニアと呼ばれ、立方晶系または正方晶系
をとり、相転移を起こさなくなる。特に部分安定化ジル
コニアは機械的性質に優れており、ジルコニウム基合金
に安定化ジルコニアの酸化膜を形成すれば、緻密な、耐
食性に優れた保護被膜となる。
物等を数％添加したものは安定化ジルコニアあるいは部
分安定化ジルコニアと呼ばれ、立方晶系または正方晶系
をとり、相転移を起こさなくなる。特に部分安定化ジル
コニアは機械的性質に優れており、ジルコニウム基合金
に安定化ジルコニアの酸化膜を形成すれば、緻密な、耐
食性に優れた保護被膜となる。
【００１１】原子炉内におけるジルコニウム基合金の使
用温度は２００〜４００℃であり、生成する酸化膜は単
斜晶系のＺｒＯ2である。しかし、現在利用されている
ジルカロイでは、単斜晶系のＺｒＯ2が生じているにも
かかわらず比較的よい耐食性を示している。
用温度は２００〜４００℃であり、生成する酸化膜は単
斜晶系のＺｒＯ2である。しかし、現在利用されている
ジルカロイでは、単斜晶系のＺｒＯ2が生じているにも
かかわらず比較的よい耐食性を示している。
【００１２】この原因は、酸化膜／金属界面において生
成する酸化物が正方晶系のジルコニアであり、これが保
護被膜の役割を果たしているためである。ただし、この
正方晶系のジルコニアは酸化膜が厚くなると単斜晶系の
ジルコニアに相転移し、保護被膜はあまり厚くならず、
外側は耐食性に効かない厚い単斜晶系のジルコニアが生
じることになる。
成する酸化物が正方晶系のジルコニアであり、これが保
護被膜の役割を果たしているためである。ただし、この
正方晶系のジルコニアは酸化膜が厚くなると単斜晶系の
ジルコニアに相転移し、保護被膜はあまり厚くならず、
外側は耐食性に効かない厚い単斜晶系のジルコニアが生
じることになる。
【００１３】このようにジルカロイの表面に正方晶系の
酸化膜が生じる原因は、Ｆｅ、ＣｒＮｉが酸化膜の中に
取り込まれたときに、ＭｇＯやＣａＯ、Ｙ2Ｏ3などのよ
うに正方晶系のジルコニアを安定化させる性質を有する
と考えられる。したがって、正方晶系のジルコニアの安
定化は、原子価が２価または３価とＺｒよりも原子価の
小さい元素がジルコニア中に取り込まれることにより達
成される。すなわち、ジルコニア中に酸素空孔を導入す
ることにより正方晶が安定化されると考えられる。
酸化膜が生じる原因は、Ｆｅ、ＣｒＮｉが酸化膜の中に
取り込まれたときに、ＭｇＯやＣａＯ、Ｙ2Ｏ3などのよ
うに正方晶系のジルコニアを安定化させる性質を有する
と考えられる。したがって、正方晶系のジルコニアの安
定化は、原子価が２価または３価とＺｒよりも原子価の
小さい元素がジルコニア中に取り込まれることにより達
成される。すなわち、ジルコニア中に酸素空孔を導入す
ることにより正方晶が安定化されると考えられる。
【００１４】ただし、ジルカロイの場合には、これらの
合金元素濃度が低いこと、さらには非常に厳しい酸化雰
囲気下で使用されることなどが原因で、十分な厚さまで
正方晶を安定化することができず、相転移が生じると考
えられる。この相転移が生じる臨界厚さと、ジルコニア
中の合金元素濃度あるいは酸素空孔濃度との間には相関
があり、酸素空孔濃度が高いほど相転移が生じる臨界厚
さが厚くなると予想される。
合金元素濃度が低いこと、さらには非常に厳しい酸化雰
囲気下で使用されることなどが原因で、十分な厚さまで
正方晶を安定化することができず、相転移が生じると考
えられる。この相転移が生じる臨界厚さと、ジルコニア
中の合金元素濃度あるいは酸素空孔濃度との間には相関
があり、酸素空孔濃度が高いほど相転移が生じる臨界厚
さが厚くなると予想される。
【００１５】ジルカロイ中ではほとんどのＦｅ、Ｃｒ、
ＮｉがＺｒと金属間化合物を形成して析出していること
が知られているが、このジルカロイを酸化させた時、こ
の析出物中から合金元素が多少は酸化物のマトリックス
中へ固溶する。しかし、もともとジルコニウム基合金の
マトリックス中にこれらの合金元素が固溶していた方
が、ジルコニアのマトリックス中における合金元素濃度
が高くなり、酸素空孔濃度を高めることができるので、
正方晶系のジルコニアをより厚い酸化膜まで安定化する
ことができ、ジルコニウム基合金の耐食性を向上させる
ことができる。したがって、耐食性ジルコニウム基合金
の条件としては、原子価が４未満の元素を添加し、これ
らをマトリックス中にできるだけ高濃度で固溶させる必
要がある。
ＮｉがＺｒと金属間化合物を形成して析出していること
が知られているが、このジルカロイを酸化させた時、こ
の析出物中から合金元素が多少は酸化物のマトリックス
中へ固溶する。しかし、もともとジルコニウム基合金の
マトリックス中にこれらの合金元素が固溶していた方
が、ジルコニアのマトリックス中における合金元素濃度
が高くなり、酸素空孔濃度を高めることができるので、
正方晶系のジルコニアをより厚い酸化膜まで安定化する
ことができ、ジルコニウム基合金の耐食性を向上させる
ことができる。したがって、耐食性ジルコニウム基合金
の条件としては、原子価が４未満の元素を添加し、これ
らをマトリックス中にできるだけ高濃度で固溶させる必
要がある。
【００１６】Ｃｒの拡散係数はＺｒの自己拡散係数の約
１万倍であるから、Ｚｒの自己拡散係数を基準にして、
これの１万倍以下の拡散係数を持つ元素が有効となる。
このような元素としては、ＣｒのほかＭｎ、Ｚｎ、Ａｌ
などがあげられる。
１万倍であるから、Ｚｒの自己拡散係数を基準にして、
これの１万倍以下の拡散係数を持つ元素が有効となる。
このような元素としては、ＣｒのほかＭｎ、Ｚｎ、Ａｌ
などがあげられる。
【００１７】照射誘起固溶には高速中性子による合金元
素の析出物からマトリックスへの弾き出し、析出物内部
での合金元素の拡散による弾き出しで生じた濃度勾配の
回復マトリックス中の合金元素の拡散の３つの過程があ
ると考えられる。照射誘起固溶の速度を速くするために
は、析出物内およびマトリックス内の合金元素の拡散速
度が速くなければならない。
素の析出物からマトリックスへの弾き出し、析出物内部
での合金元素の拡散による弾き出しで生じた濃度勾配の
回復マトリックス中の合金元素の拡散の３つの過程があ
ると考えられる。照射誘起固溶の速度を速くするために
は、析出物内およびマトリックス内の合金元素の拡散速
度が速くなければならない。
【００１８】ジルカロイ−２の場合、合金元素の照射誘
起固溶の速度を比較するとＦｅ＞Ｎｉ＞Ｃｒの順になっ
ており、マトリックス中の拡散速度の大小で説明でき
る。したがって、照射誘起固溶を促進するためには、α
−Ｚｒ中の拡散速度が大きな元素を添加する必要があ
る。このような元素としてはＦｅ、ＮｉのほかＣｕ、Ｃ
ｏがあり、その拡散係数はＺｒの自己拡散係数に対して
１０万倍以上である。またこれらの元素はＺｒよりも小
さい原子価を持っている。
起固溶の速度を比較するとＦｅ＞Ｎｉ＞Ｃｒの順になっ
ており、マトリックス中の拡散速度の大小で説明でき
る。したがって、照射誘起固溶を促進するためには、α
−Ｚｒ中の拡散速度が大きな元素を添加する必要があ
る。このような元素としてはＦｅ、ＮｉのほかＣｕ、Ｃ
ｏがあり、その拡散係数はＺｒの自己拡散係数に対して
１０万倍以上である。またこれらの元素はＺｒよりも小
さい原子価を持っている。
【００１９】
【実施例】以下本発明によるジルコニウム基合金製燃料
被覆管の製造工程を図１に示す。図１は現行の燃料被覆
管の製造工程のうち素管以降の工程を示したものである
図１において、１は外面焼入れ工程、２は焼鈍工程、３
は冷間圧延工程、４は中間焼鈍工程、５は最終焼鈍工程
である。
被覆管の製造工程を図１に示す。図１は現行の燃料被覆
管の製造工程のうち素管以降の工程を示したものである
図１において、１は外面焼入れ工程、２は焼鈍工程、３
は冷間圧延工程、４は中間焼鈍工程、５は最終焼鈍工程
である。
【００２０】まず素管の外面焼入れ１により外表面近傍
における合金元素の分布を均一化し焼入れによる歪み除
去のために６２０℃で１．２５時間焼鈍２する。冷間圧
延３により外径を絞り肉厚を薄くする。所定寸法に調製
するため６２０℃で１．２５時間の中間焼鈍４をはさん
で２回の冷間圧延３を繰り返す。最後に１０~4〜１０~6
Ｔｏｒｒの高真空下で５７７℃、２．５時間の再結晶化
焼鈍５を行なう。
における合金元素の分布を均一化し焼入れによる歪み除
去のために６２０℃で１．２５時間焼鈍２する。冷間圧
延３により外径を絞り肉厚を薄くする。所定寸法に調製
するため６２０℃で１．２５時間の中間焼鈍４をはさん
で２回の冷間圧延３を繰り返す。最後に１０~4〜１０~6
Ｔｏｒｒの高真空下で５７７℃、２．５時間の再結晶化
焼鈍５を行なう。
【００２１】外面焼入れ１後の焼鈍２、４により過飽和
に固溶していた合金元素が析出し、合金元素の固溶濃度
が低下する。この合金元素の析出過程は、合金元素のα
−Ｚｒ内における拡散が律速段階となっている。したが
って、拡散速度の遅い合金元素を添加すれば、焼鈍２、
４により固溶濃度が大きく低下することを制御できる
に固溶していた合金元素が析出し、合金元素の固溶濃度
が低下する。この合金元素の析出過程は、合金元素のα
−Ｚｒ内における拡散が律速段階となっている。したが
って、拡散速度の遅い合金元素を添加すれば、焼鈍２、
４により固溶濃度が大きく低下することを制御できる
【００２２】ジルカロイ−２被覆管の微細組織の観察、
分析結果から、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＺｒ、Ｆｅ、
Ｃｒからなる２種類の金属間化合物が観察され、Ｚｒ、
ＦｅＮｉ系の金属間化合物の方が先に析出し、成長する
ことが判った。さらに、ＺｒＦｅ、Ｃｒ系の析出物内の
組成を調べた結果、焼鈍が進行するにつれてＣｒの割合
が高くなってくることが判った。
分析結果から、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＺｒ、Ｆｅ、
Ｃｒからなる２種類の金属間化合物が観察され、Ｚｒ、
ＦｅＮｉ系の金属間化合物の方が先に析出し、成長する
ことが判った。さらに、ＺｒＦｅ、Ｃｒ系の析出物内の
組成を調べた結果、焼鈍が進行するにつれてＣｒの割合
が高くなってくることが判った。
【００２３】このことは、Ｆｅが先に析出し、Ｃｒが後
からＦｅに比して、ゆっくりと析出したことが原因であ
る。この析出速度の差は各元素のα−Ｚｒ中における拡
散係数の差にある。すなわち、Ｆｅ、Ｎｉの拡散係数は
Ｃｒの拡散係数の１０倍〜１００倍であり、このために
析出速度が速かったと考えられる。
からＦｅに比して、ゆっくりと析出したことが原因であ
る。この析出速度の差は各元素のα−Ｚｒ中における拡
散係数の差にある。すなわち、Ｆｅ、Ｎｉの拡散係数は
Ｃｒの拡散係数の１０倍〜１００倍であり、このために
析出速度が速かったと考えられる。
【００２４】現行の被覆管製造工程でみると、焼入れ後
の焼鈍温度および時間では、Ｆｅ、Ｎｉは十分に析出す
るが、Ｃｒは多少過飽和に固溶している可能性がある。
したがって、Ｃｒよりも拡散係数が小さく、かつ原子価
が４未満の元素を合金元素として添加すれば、現行の製
造工程でも、外表面においては合金元素が現行よりもさ
らに過飽和に固溶した状態にすることができ、耐食性を
さらに改善することができる筈である。
の焼鈍温度および時間では、Ｆｅ、Ｎｉは十分に析出す
るが、Ｃｒは多少過飽和に固溶している可能性がある。
したがって、Ｃｒよりも拡散係数が小さく、かつ原子価
が４未満の元素を合金元素として添加すれば、現行の製
造工程でも、外表面においては合金元素が現行よりもさ
らに過飽和に固溶した状態にすることができ、耐食性を
さらに改善することができる筈である。
【００２５】また、照射後のジルカロイの微細組織の観
察から、高速中性子の照射により析出していた金属間化
合物が固溶することが判った。すなわち、原子炉内で使
用中にジルコニウム基合金の耐食性が向上することが判
った。この照射誘起固溶の速度は析出物の種類によって
異なっており、さらに同一析出物内の元素の種類によっ
てもことなっていることがわかった。
察から、高速中性子の照射により析出していた金属間化
合物が固溶することが判った。すなわち、原子炉内で使
用中にジルコニウム基合金の耐食性が向上することが判
った。この照射誘起固溶の速度は析出物の種類によって
異なっており、さらに同一析出物内の元素の種類によっ
てもことなっていることがわかった。
【００２６】例えば、ジルカロイ−２にはＺｒ、Ｆｅ、
ＮｉおよびＺｒ、Ｆｅ、Ｃｒからなる２種類の金属間化
合物が観察されているが、照射後のジルカロイ−２の観
察から、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ系析出物の方がＺｒ、Ｆｅ、
Ｃｒ系析出物よりも速く固溶すること、また両系の析出
物でもＦｅの方が速く固溶することなどがわかった。
ＮｉおよびＺｒ、Ｆｅ、Ｃｒからなる２種類の金属間化
合物が観察されているが、照射後のジルカロイ−２の観
察から、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ系析出物の方がＺｒ、Ｆｅ、
Ｃｒ系析出物よりも速く固溶すること、また両系の析出
物でもＦｅの方が速く固溶することなどがわかった。
【００２７】金属間化合物の種類の違いによる照射誘起
固溶の起こり易さは、その融点で大まかに判断できる。
同じ温度では融点の低い方が点欠陥の移動度が大きく、
そのため化合物内における元素の拡散係数も大きくな
る。ジルカロイ−２の照射材の場合、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ
系析出物がＺｒ、Ｆｅ、Ｃｒ系析出物よりも照射誘起固
溶が速かった。これらの金属間化合物と同じ結晶構造を
有するＺｒ2ＮｉおよびＺｒＣｒ2の融点はそれぞれ１２
００℃および１６７５℃であり、照射誘起固溶を速くす
るためにはＺｒと融点が１２００℃以下の金属間化合物
を形成する合金元素が望ましい。
固溶の起こり易さは、その融点で大まかに判断できる。
同じ温度では融点の低い方が点欠陥の移動度が大きく、
そのため化合物内における元素の拡散係数も大きくな
る。ジルカロイ−２の照射材の場合、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉ
系析出物がＺｒ、Ｆｅ、Ｃｒ系析出物よりも照射誘起固
溶が速かった。これらの金属間化合物と同じ結晶構造を
有するＺｒ2ＮｉおよびＺｒＣｒ2の融点はそれぞれ１２
００℃および１６７５℃であり、照射誘起固溶を速くす
るためにはＺｒと融点が１２００℃以下の金属間化合物
を形成する合金元素が望ましい。
【００２８】α−Ｚｒ中における拡散速度の速い合金元
素のうち、Ｎｉ、Ｃｕ（Ｚｒ2ＣｕＺｒＣｕ）、Ｃｏ
（Ｚｒ2Ｃｏ）はこの条件を満足する。Ｆｅ（ＺｒＦ
ｅ2）はこの条件を満足しないが、ジルカロイ中のＦｅ
はＺｒと直接金属間化合物を形成せず、Ｚｒ2ＮｉやＺ
ｒＣｒ2と置換してこれらの金属間化合物中に入ってお
り、融点の低い析出物中に存在し得るので、照射誘起固
溶は起こり易いといえる。
素のうち、Ｎｉ、Ｃｕ（Ｚｒ2ＣｕＺｒＣｕ）、Ｃｏ
（Ｚｒ2Ｃｏ）はこの条件を満足する。Ｆｅ（ＺｒＦ
ｅ2）はこの条件を満足しないが、ジルカロイ中のＦｅ
はＺｒと直接金属間化合物を形成せず、Ｚｒ2ＮｉやＺ
ｒＣｒ2と置換してこれらの金属間化合物中に入ってお
り、融点の低い析出物中に存在し得るので、照射誘起固
溶は起こり易いといえる。
【００２９】実際の合金では強度を高くするためにＳｎ
を１〜２ｗｔ％添加する必要があるまた、拡散速度の小
さい合金元素および大きい合金元素の添加量はそれぞれ
の種類の合金元素濃度の合計は０．１〜０．５ｗｔ％の
範囲が最適であることが、これまでの研究結果から確認
されている。合金元素濃度が少な過ぎると耐食性の効果
が小さく、大き過ぎると中性子経済上不利になる。
を１〜２ｗｔ％添加する必要があるまた、拡散速度の小
さい合金元素および大きい合金元素の添加量はそれぞれ
の種類の合金元素濃度の合計は０．１〜０．５ｗｔ％の
範囲が最適であることが、これまでの研究結果から確認
されている。合金元素濃度が少な過ぎると耐食性の効果
が小さく、大き過ぎると中性子経済上不利になる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、焼鈍し工程で析出する
合金元素の量を低減することにより、照射前における固
溶合金元素濃度を高くでき、さらに照射中に固溶合金元
素濃度を高くすることができ、耐食性に優れた正方晶系
の酸化膜を長期間安定化させ、ジルコニウム基合金の酸
化速度を低減し、安全性および信頼性に優れた耐食性ジ
ルコニウム基合金を提供することができる。燃料被覆管
等の炉心材料の長期間使用が可能となり、経済上の効果
が大きい。
合金元素の量を低減することにより、照射前における固
溶合金元素濃度を高くでき、さらに照射中に固溶合金元
素濃度を高くすることができ、耐食性に優れた正方晶系
の酸化膜を長期間安定化させ、ジルコニウム基合金の酸
化速度を低減し、安全性および信頼性に優れた耐食性ジ
ルコニウム基合金を提供することができる。燃料被覆管
等の炉心材料の長期間使用が可能となり、経済上の効果
が大きい。
【図１】ジルコニウム基合金製被覆管の素管の製造工程
図である。
図である。
１ 外面焼入れ工程 ２ 焼鈍し工程 ３ 冷間圧延工程 ４ 中間焼鈍工程 ５ 最終焼鈍工程
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｚｒ中に、耐食性に有効な複数種の合金
元素を添加してなる耐食性ジルコニウム基合金におい
て、合金元素として原子価が４価未満であり、かつα−
Ｚｒ中における拡散係数がＺｒの自己拡散係数の１万倍
以下の元素と、α−Ｚｒ中における拡散係数がＺｒの自
己拡散係数の１０万倍以上の元素とを添加したことを特
徴とする耐食性ジルコニウム基合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の耐食性ジルコニウム基合
金において、上記の拡散係数の小さい元素としてＣｒ、
Ｚｎ、Ｍｎ、Ａｌを、また拡散係数の大きい元素として
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏを添加したことを特徴とする耐
食性ジルコニウム基合金。 - 【請求項３】 請求項２記載の耐食性ジルコニウム基合
金において、Ｓｎを１〜２ｗｔ％、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、
Ａｌ中の１種類以上を、合計で０．１〜０．５ｗｔ％お
よびＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ中の１種類以上を、合計で
０．１〜０．５ｗｔ％添加したことを特徴とする耐食性
ジルコニウム基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308955A JPH0693359A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 耐食性ジルコニウム基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308955A JPH0693359A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 耐食性ジルコニウム基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693359A true JPH0693359A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=17987261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3308955A Pending JPH0693359A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 耐食性ジルコニウム基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693359A (ja) |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP3308955A patent/JPH0693359A/ja active Pending
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