JPH07228963A - 原子燃料用折出硬化型ニッケル基合金材 - Google Patents

原子燃料用折出硬化型ニッケル基合金材

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JPH07228963A
JPH07228963A JP6044870A JP4487094A JPH07228963A JP H07228963 A JPH07228963 A JP H07228963A JP 6044870 A JP6044870 A JP 6044870A JP 4487094 A JP4487094 A JP 4487094A JP H07228963 A JPH07228963 A JP H07228963A
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JP
Japan
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oxide film
base alloy
inconel
atomic
precipitation
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Withdrawn
Application number
JP6044870A
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English (en)
Inventor
Kazutoshi Okubo
和俊 大久保
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料集合体のスペーサスプリング等を形成す
る折出硬化型ニッケル基合金材において、中性子照射に
よってこの合金材から生じる放射性 58 Co, 60 Co
の一次冷却水中への溶出を抑制する。 【構成】 上記ニッケル基合金材の表面側に全酸化膜原
子に対し10原子%以上のTiO2 の酸化膜を形成する
と共に、このTiO2 酸化膜の内側に全酸化膜原子に対
し10原子%以上のCr2 3 の酸化膜を形成せしめた
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原子燃料集合体のスペー
サスプリングやリーク制御板等を構成する折出硬化型ニ
ッケル基合金材に係り、詳しくはこの合金材の表面に特
定の酸化膜を形成することにより、中性子照射によって
上記合金材から生じる放射性 58 Co, 60 Coの一次
冷却水への溶出抑制を目的とした原子燃料用折出硬化型
ニッケル基合金材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】原子力発電プラントにおける作業従業者
の被曝量を低減するためには、放射性の腐食生成物を抑
制し、作業環境における放射線量を低減する必要があ
る。この放射線量に寄与する放射性腐食生成物として
は、 59 Co(n,r)反応により生ずる 60 Coおよ
58 Ni(n,p)反応により生ずる 58 Coが支配
的であり、原子力プラントでは、燃料集合体のスペーサ
スプリング、リーク制御板および膨張スプリング等の材
料として使用されるインコネルX−750合金やインコ
ネル718合金などの折出硬化型ニッケル基合金が重要
な発生源であるとみなされている。
【0003】従って、上記被曝量の低減のためには、こ
れらのニッケル基合金から炉水中に溶けだす放射性腐食
生成物を抑制する必要があり、抑制策の一つとして、合
金材の表面に溶出の防護壁となる被膜をあらかじめ形成
する表面処理が下記に記すようないくつかの文献で報告
されている。
【0004】参考文献1 “折出硬化型Ni基合金の金属溶出挙動に及ぼす酸化処
理の影響”、多田薫他、原子力学会誌VoL35、N
o.4(1993)
【0005】参考文献2 “BWR炉水環境下におけるインコネルX−750表面
酸化膜の溶出抑制機構”( Passivation mechanism of
oxide films formed or Inconel X 750 in simulated B
WR core enviroment)Y.Hemmi at all , water chemi
stry of nuclear reactor systems 5 .BNES .London ,
1989
【0006】参考文献3 “BWR条件下におけるインコネルX−750合金の腐
食”( General Corrosion of Alloy X - 750 under BW
R Conditions), Elisabet Ahlberg at all
【0007】上記文献1および2では、インコネルX−
750合金を1atm の大気中で酸化処理することによ
り、表面側にNiFe2 4 およびNiOを主体とする
酸化膜、そしてその内側にCr2 3 を主体とする酸化
膜の2層構造が形成されると報告されている。このよう
な酸化被膜においては、表面側に形成されたNiFe2
4 被膜が高温高圧水への溶解度を小さくすると共に、
内側に形成されたCr23 被膜が金属の拡散を抑制す
ることによって、基材から高温高圧水への金属溶出の抑
制、即ち、 58 Co, 60 Coの溶出を抑制することが
できると述べられている。
【0008】また、文献3においても、インコネルX−
750合金製スペーサを大気中で酸化処理することによ
り、炉内で許容できる程度の低い腐食率を示したと報告
されている。この酸化処理で形成される酸化膜は上記の
文献と同じく表面側にNiの酸化膜、その内側にCrの
酸化膜の2層構造を持つことが報告されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術は、折出硬化型ニッケル基合金の表面に
単に高温高圧水への溶解度が小さいNiの酸化膜をつけ
ただけのものであり、溶解度が小さいとはいえ、いくら
かの 58 Co, 60 Coは冷却水中に溶出してしまうと
いう問題があった。
【0010】また、被膜の耐食性を支配する因子として
は、上述したような酸化膜の他に、緻密度、厚さ、結晶
構造などがある。NiFe2 4 は結晶構造がスピネル
構造をした酸化膜であるが、緻密度の観点からはこのス
ピネル型結晶は結晶格子の中に多くの空隙が存在してお
り、下地からの金属イオンの溶出を抑制するために最適
な酸化膜だとは言えない。
【0011】本発明は叙上の如き実状に対処し、上記折
出硬化型ニッケル基合金の被膜に新規な構成を見出すこ
とにより、この合金材からの放射性 58 Co, 60 Co
の一次冷却水への溶出をさらに抑制することを目的とす
るものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の原子燃料用折出硬化型ニッケル基合金材の特
徴は、前記原子燃料集合体のスペーサスプリング等を構
成するインコネルX−750や718等の折出硬化型ニ
ッケル基合金材において、この合金材の表面側に全酸化
膜原子に対し10原子%以上の、TiO2 の酸化膜を形
成すると共に、このTiO2 酸化膜の内側に全酸化膜原
子に対し10原子%以上のCr2 3 の酸化膜を形成せ
しめたところにある。
【0013】
【作用】上記本発明金属材の表面側に形成されるTiO
2 酸化膜は、BWR実機環境下(腐食電位:−400〜
+100mV、PH:約5.6 )で安定であり、高温高圧
水への溶解度は小さく、一方、内側に形成されるCr2
3 酸化膜は、前述のように金属の拡散を抑制し、基材
から高温高圧水への金属溶出を抑制することによって、
基材中に含まれる 58 Co, 60 Coの拡散や冷却材中
への溶出を抑制する効果がある。
【0014】また、表面側に形成される酸化膜はTiを
主成分とするものであるため、たとえ微量が冷却水中に
溶出したとしても放射性腐食生成物でないことからこの
冷却水の放射線量が上昇することはない。
【0015】さらに、表面側に形成される上記TiO2
酸化膜は緻密性に優れるため、高温高圧水への溶解度の
高いCrが冷却材中へ溶出するのを防ぐ効果が大きい。
即ち、Crが溶出するとその部分で合金組成がミクロ的
に変わりCoなどの他の合金成分も溶出し易くなるが、
本発明ではかかる他の合金成分の溶出も抑制する効果が
ある。
【0016】
【実施例】以下、さらに添付図面を参照して、本発明の
実施例を説明する。
【0017】図1はBWR燃料集合体の断面図、図2は
同集合体のスペーサを示す断面図、図3は同集合体のリ
ーク制御板を示す一部切欠斜視図であり、図において、
1は上部タイプレート、2は下部タイプレート、3は燃
料棒、Sはスペーサ、4はスペーサスプリング、5はリ
ーク制御板、6はチャンネルボックスを夫々示してい
る。
【0018】しかして、BWR燃料集合体のスペーサス
プリング4やリーク制御板5に使用されるスプリング
を、折出硬化型ニッケル基合金である、通称インコネル
X−750を用いて製造すると共に、このスプリングを
大気中で酸化処理を行った。酸化処理は、704℃で2
0時間行った。なお、供試材の化学組成は、クロム15.4
%、鉄 2.5%、アルミニウム 0.6% 、チタン2.6 %、
ニオブ+タンタル1.0 %、炭素0.04%、シリコン0.14
%、マンガン0.07%、硫黄0.003 %、銅0.01%で残部ニ
ッケルであった。これにより、上記スプリングの表面
に、全酸化膜原子に対し10原子%のTiO2 の酸化膜
が表面側に形成されると共に、このTiO2 酸化膜の内
側に、全酸化膜原子に対し10原子%のCr2 3 の酸
化膜が夫々、表面全体に均一に形成された。
【0019】上記本発明実施例のスプリングの他に2種
類の供試材を用意し、BWR炉水環境を模擬した高温高
圧水中で410時間の浸漬試験を実施した。なお、試験
温度は288℃、試験圧力81kg/cm2 、また試験
水は溶存酸素濃度400ppb、溶存水素濃度60pp
mであり、さらに実機より腐食加速環境とするために過
酸化水素水を800ppb添加した。
【0020】供試材としては、 A.TiO2 とCr2 3 の2層構造の酸化膜を形成さ
せた上記スプリング(本発明実施例) B.NiとCrの2層構造の酸化膜を形成させた上記ス
プリング(文献による従来例) C.真空中で704℃、20時間の時効処理を実施した
スプリング(酸化処理なし) の3種類である。
【0021】試験の結果、スプリングの腐食による減量
はCを1とした場合、Aは0.19、Bは0.22と、どちらも
酸化処理を施さないスプリングよりは腐食減量は大幅に
少なく、特に本発明の構成を有するAは従来品であるB
より更に腐食減量が少なかった。これは、TiO2 酸化
膜のBWR炉水環境下での溶解度の小ささを示すもので
ある。
【0022】即ち、上記本発明の、表面側にTiO2
酸化膜、そしてその内側にCr2 3 の酸化膜の2層の
膜を形成するとの構成により、 基材中の 58 Coや 60 Coが拡散して表面側に行
くのをCr2 3 の酸化膜が防ぐ。 高温高圧水への溶解度の大きいCrが冷却材中へ溶
出するのをTiO2 の酸化膜が保護被膜となって防ぐ。
【0023】という作用がなされ、これらによって、前
記折出硬化型ニッケル基合金材中の 58 Coや 60 Co
の冷却水中への溶出を大きく抑制することに成功した。
【0024】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の構成はBWR,PWR各燃料集合体に有効であり、
また折出硬化型ニッケル基合金としては前記インコネル
X−750以外にインコネル718やその他のものも採
用しうる。そして、この折出硬化型ニッケル基合金を使
用する燃料集合体の部品としては、前記スペーサスプリ
ングやリーク制御板の他にもスペーサ格子板、膨張スプ
リングやその他部材が挙げられる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料集
合体を構成する折出硬化型ニッケル基合金材の表面側に
TiO2 の酸化膜を形成すると共に、このTiO2 酸化
膜の内側にCr2 3 の酸化膜を形成せしめたものであ
り、上記Cr2 3 酸化膜が上記合金材中の 58 Co,
60 Coの拡散・表面移行を防止する一方、上記TiO
2 酸化膜が、高温高圧水への溶解度の高いCrの冷却材
中への溶出を保護被膜として防止し、これにより上記合
金材中の 58 Co, 60 Coの冷却材中への溶出を大き
く抑制するとの顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】BWR燃料集合体の断面図である。
【図2】同集合体のスペーサを示す断面図である。
【図3】同集合体のリーク制御板を示す一部切欠斜視図
である。
【符号の説明】 1 上部タイプレート 2 下部タイプレート 3 燃料棒 4 スペーサスプリング 5 リーク制御板 6 チャンネルボックス S スペーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子燃料集合体のスペーサスプリング等
    を構成する折出硬化型ニッケル基合金材において、この
    合金材の表面側に全酸化膜原子に対し10原子%以上の
    TiO2 の酸化膜を形成すると共に、このTiO2 酸化
    膜の内側に全酸化膜原子に対し10原子%以上のCr2
    3 の酸化膜を形成せしめたことを特徴とする原子燃料
    用折出硬化型ニッケル基合金材。
  2. 【請求項2】 上記折出硬化型ニッケル基合金材がイン
    コネルX−750またはインコネル718からなる請求
    項1記載の原子燃料用折出硬化型ニッケル基合金材。
JP6044870A 1994-02-17 1994-02-17 原子燃料用折出硬化型ニッケル基合金材 Withdrawn JPH07228963A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001033574A1 (fr) * 1999-11-02 2001-05-10 Tomoji Takamasa Methode pour ameliorer la mouillabilite, et element expose a un milieu de rayonnement
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