JPH0794703B2 - ジルコニウム合金製原子燃料被覆管の製造方法 - Google Patents
ジルコニウム合金製原子燃料被覆管の製造方法Info
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- JPH0794703B2 JPH0794703B2 JP62194170A JP19417087A JPH0794703B2 JP H0794703 B2 JPH0794703 B2 JP H0794703B2 JP 62194170 A JP62194170 A JP 62194170A JP 19417087 A JP19417087 A JP 19417087A JP H0794703 B2 JPH0794703 B2 JP H0794703B2
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐食性が良好で且つ冷間加工性の優れたジル
コニウム合金製原子燃料被覆管を製造する方法の改良に
関するものである。
コニウム合金製原子燃料被覆管を製造する方法の改良に
関するものである。
［従来の技術］ ジルコニウム合金は耐食性が良好で且つ中性子吸収断面
積が小さいといった特有の性質を有しているところか
ら、原子プラントにおける燃料被覆管として汎用されて
おり、代表的にものにジルカロイ−２（ジルコニウムに
Sn:約1.5％,Cr:約0.1％,Fe:約0.1％,Ni:約0.05％を添加
したもの）及びジルカロイ−４（ジルコニウムSn:約1.5
％,Fe:約0.1％,Cr:約0.1％を添加したもの）が挙げられ
る。ところがジルコニウム合金製原子燃料被覆管といえ
ども、原子炉内で長期間中性子の照射を受け、且つ高温
高圧の水や水蒸気にさらされているうちにかなりの速度
で腐食されることは避けられない。特に沸騰軽水型原子
炉用のジルコニウム合金製原子燃料被覆管においては、
ノジュラー腐食と呼ばれる局部腐食が進行し、プラント
運転に重大な影響を及ぼすことがある。
積が小さいといった特有の性質を有しているところか
ら、原子プラントにおける燃料被覆管として汎用されて
おり、代表的にものにジルカロイ−２（ジルコニウムに
Sn:約1.5％,Cr:約0.1％,Fe:約0.1％,Ni:約0.05％を添加
したもの）及びジルカロイ−４（ジルコニウムSn:約1.5
％,Fe:約0.1％,Cr:約0.1％を添加したもの）が挙げられ
る。ところがジルコニウム合金製原子燃料被覆管といえ
ども、原子炉内で長期間中性子の照射を受け、且つ高温
高圧の水や水蒸気にさらされているうちにかなりの速度
で腐食されることは避けられない。特に沸騰軽水型原子
炉用のジルコニウム合金製原子燃料被覆管においては、
ノジュラー腐食と呼ばれる局部腐食が進行し、プラント
運転に重大な影響を及ぼすことがある。
この様なノジュラー腐食を抑制する方法として、ジルコ
ニウム合金製原子燃料被覆管素管の製造工程で表面に高
温の熱処理（焼入れ）を施す方法が提案されている（特
開昭55-50453号、特公昭56-12310号、特開昭58-207349
号等）。ところがこの熱処理法はジルコニウム合金組織
変化、析出物の再分布をもたらして材料素管の硬化及び
脆化をきたし冷間加工性を著しく劣化させる。熱処理に
よる上記の如き冷間加工性の低下は、熱処理後焼鈍し処
理を施すことによってある程度緩和し得るものの充分と
は言えず、そのため１回当たりの冷間加工率を高めるこ
とができなくなり、冷延工程数の増大により大きな経済
的不利益をこうむる。
ニウム合金製原子燃料被覆管素管の製造工程で表面に高
温の熱処理（焼入れ）を施す方法が提案されている（特
開昭55-50453号、特公昭56-12310号、特開昭58-207349
号等）。ところがこの熱処理法はジルコニウム合金組織
変化、析出物の再分布をもたらして材料素管の硬化及び
脆化をきたし冷間加工性を著しく劣化させる。熱処理に
よる上記の如き冷間加工性の低下は、熱処理後焼鈍し処
理を施すことによってある程度緩和し得るものの充分と
は言えず、そのため１回当たりの冷間加工率を高めるこ
とができなくなり、冷延工程数の増大により大きな経済
的不利益をこうむる。
この他特開昭59-93861号公報に記載されている様に、焼
入れ後の表面硬化層を研削除去することによって冷間加
工性を高めようとする方法も知られている。しかしなが
らこの方法では、折角焼入れによって耐食性を高めた領
域を除去してしまうので、最終製品の耐食性が不十分と
ならざるを得ず、しかも材料ロスの増大による経済的不
利益はまぬがれない。
入れ後の表面硬化層を研削除去することによって冷間加
工性を高めようとする方法も知られている。しかしなが
らこの方法では、折角焼入れによって耐食性を高めた領
域を除去してしまうので、最終製品の耐食性が不十分と
ならざるを得ず、しかも材料ロスの増大による経済的不
利益はまぬがれない。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の様な従来技術の難点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、耐食性が良好で且つ冷間加工
性の優れたジルコニウム合金製原子燃料被覆管を、材料
ロス等を生じることなく生産性良く製造することのでき
る方法を提供しようとするものである。
のであって、その目的は、耐食性が良好で且つ冷間加工
性の優れたジルコニウム合金製原子燃料被覆管を、材料
ロス等を生じることなく生産性良く製造することのでき
る方法を提供しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る方法の構成は、ジルコニウム合金製原子燃
料被覆管製造用の素管を表面焼入れすることにより表面
の耐食性を改善し、次いで中間焼鈍、冷間圧延及び仕上
げ焼鈍を経て原子燃料被覆管を製造する方法において、
前記中間焼鈍に先立って、該素管の外面側から少なくと
も0.3mm以上の深さまでの領域に冷間加工歪を付与し、
次いで450〜700℃で前記中間焼鈍を行なうところに要旨
を有するものである。
料被覆管製造用の素管を表面焼入れすることにより表面
の耐食性を改善し、次いで中間焼鈍、冷間圧延及び仕上
げ焼鈍を経て原子燃料被覆管を製造する方法において、
前記中間焼鈍に先立って、該素管の外面側から少なくと
も0.3mm以上の深さまでの領域に冷間加工歪を付与し、
次いで450〜700℃で前記中間焼鈍を行なうところに要旨
を有するものである。
［作用及び実施例］ まず本発明者らは、耐食性改善のために行なわれる焼入
れによって表層部が脆化する原因を明確にすべく研究を
行なった結果、 等軸α組織からマルテンサイト的針状α組織への変
化、 合金成分（Fe,Cr,Ni）による固溶硬化、及び Zrと合金成分との微細な金属間化合物の粒界、亜粒
界への選択的析出 が表層部の硬化・脆化に大きな影響を及ぼしていること
を知った。そして焼入れ後の冷間圧延工程で、これら
〜に起因する硬化・脆化が原因となって、素管外表面
に割れが発生するものと考えられた。
れによって表層部が脆化する原因を明確にすべく研究を
行なった結果、 等軸α組織からマルテンサイト的針状α組織への変
化、 合金成分（Fe,Cr,Ni）による固溶硬化、及び Zrと合金成分との微細な金属間化合物の粒界、亜粒
界への選択的析出 が表層部の硬化・脆化に大きな影響を及ぼしていること
を知った。そして焼入れ後の冷間圧延工程で、これら
〜に起因する硬化・脆化が原因となって、素管外表面
に割れが発生するものと考えられた。
そこで硬化・脆化の要因となっている前記〜の現象
を冷間圧延前に除去し、 マルテンサイト的針状α組織を破壊すると共に、 過飽和に固溶した合金成分を微細析出物に変換し、
更に 再結晶により、粒界あるいは亜粒界の析出物を粒内
析出物とする ことができれば、硬化・脆化が緩和されて良好な冷間加
工性が保障されるであろうと考え、その線に沿って具体
的手段を明確にすべく更に研究を進めた。
を冷間圧延前に除去し、 マルテンサイト的針状α組織を破壊すると共に、 過飽和に固溶した合金成分を微細析出物に変換し、
更に 再結晶により、粒界あるいは亜粒界の析出物を粒内
析出物とする ことができれば、硬化・脆化が緩和されて良好な冷間加
工性が保障されるであろうと考え、その線に沿って具体
的手段を明確にすべく更に研究を進めた。
その結果、焼入れにより耐食性の改善された素管表層部
に、たとえばショットピーニング等によって冷間加工歪
を与えた後所定温度で焼鈍処理を行なえば、上記〜
に示した改質が可能となり、優れた耐食性を維持しつつ
冷間加工性の良好なジルコニウム合金製原子燃料被覆管
素管が得られることを知った。
に、たとえばショットピーニング等によって冷間加工歪
を与えた後所定温度で焼鈍処理を行なえば、上記〜
に示した改質が可能となり、優れた耐食性を維持しつつ
冷間加工性の良好なジルコニウム合金製原子燃料被覆管
素管が得られることを知った。
第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明方法と従来法を対比して
示す概略フロー図であり、従来法［第１図（Ｂ）］で
は、素管を熱処理することによって表面の耐食性を改善
した後、割れ抑制のための焼鈍に付し、次いで冷間圧延
と焼鈍を数回繰り返して所定の断面寸法にまで減面加工
することにより製品とされる。
示す概略フロー図であり、従来法［第１図（Ｂ）］で
は、素管を熱処理することによって表面の耐食性を改善
した後、割れ抑制のための焼鈍に付し、次いで冷間圧延
と焼鈍を数回繰り返して所定の断面寸法にまで減面加工
することにより製品とされる。
これに対し本発明で特徴付けられる方法［第１図
（Ａ）］が従来法と異なっているのは、熱処理を終えた
素管を、冷間圧延に先立ってまず外表面側からショット
ピーニング処理等を施して表層部に冷間加工歪を与えた
後所定温度で焼鈍を行ない、これによって素管表層部の
脆化を緩和して高レベルの冷間加工性を確保し、それに
より冷間加工と焼鈍の繰り返しを省略可能とし、或は減
面率を相当高める場合でもその繰り返し回数を大幅に減
少できる様にしたところにあり、この点に本発明最大の
特徴が存在する。ここで特に注意しなければならないの
は、冷間加工歪の与えられる表層部（以下加工歪付与層
ということがある）の深さと、その後の焼鈍温度であ
る。
（Ａ）］が従来法と異なっているのは、熱処理を終えた
素管を、冷間圧延に先立ってまず外表面側からショット
ピーニング処理等を施して表層部に冷間加工歪を与えた
後所定温度で焼鈍を行ない、これによって素管表層部の
脆化を緩和して高レベルの冷間加工性を確保し、それに
より冷間加工と焼鈍の繰り返しを省略可能とし、或は減
面率を相当高める場合でもその繰り返し回数を大幅に減
少できる様にしたところにあり、この点に本発明最大の
特徴が存在する。ここで特に注意しなければならないの
は、冷間加工歪の与えられる表層部（以下加工歪付与層
ということがある）の深さと、その後の焼鈍温度であ
る。
即ち加工歪付与層が薄すぎる場合は、その後の冷間加工
時における表面割れを有効に防止することができず、目
的達成のためには表面から少なくとも0.3mm以上、好ま
しくは0.5mm以上の深さまでの領域を加工歪付与層とす
る必要がある。加工歪付与層の厚さの上限は特に存在し
ないが、該加工歪付与層を厚くしようとするとその分シ
ョットピーニング等の処理に長時間を要し、あるいは歪
付与エネルギーを高めなければならなくなって作業性、
生産性及び経済性が低下し、また歪付与による冷間加工
性改善効果は約0.5mm程度を超えてもそれ以上は殆ど向
上しないので、実用性を考慮して最も好ましい加工歪付
与層の厚さは0.3〜0.5mm程度である。
時における表面割れを有効に防止することができず、目
的達成のためには表面から少なくとも0.3mm以上、好ま
しくは0.5mm以上の深さまでの領域を加工歪付与層とす
る必要がある。加工歪付与層の厚さの上限は特に存在し
ないが、該加工歪付与層を厚くしようとするとその分シ
ョットピーニング等の処理に長時間を要し、あるいは歪
付与エネルギーを高めなければならなくなって作業性、
生産性及び経済性が低下し、また歪付与による冷間加工
性改善効果は約0.5mm程度を超えてもそれ以上は殆ど向
上しないので、実用性を考慮して最も好ましい加工歪付
与層の厚さは0.3〜0.5mm程度である。
ちなみに第２図は、ジルカロイ−２からなる素管を使用
した場合における加工歪付与層と冷間圧延時における表
面割れ発生頻度の関係を示したグラフである。但し加工
歪（ショットピーニング）付与後の焼鈍条件は500℃×
１時間、その後の冷間圧延は60〜70％とした。
した場合における加工歪付与層と冷間圧延時における表
面割れ発生頻度の関係を示したグラフである。但し加工
歪（ショットピーニング）付与後の焼鈍条件は500℃×
１時間、その後の冷間圧延は60〜70％とした。
第２図からも明らかな様に、加工歪付与層の厚さが0.3m
m未満である場合表面割れ防止効果は不十分であるが、
歪付与層の厚さを0.3mm以上に設定することによって表
面割れを実質的に零とすることができる。
m未満である場合表面割れ防止効果は不十分であるが、
歪付与層の厚さを0.3mm以上に設定することによって表
面割れを実質的に零とすることができる。
尚表面に加工歪を付与するための最も一般的な方法はシ
ョットピーニング法であるが、勿論これに限定される訳
ではなく他の方法を採用することも可能である。次に上
記加工歪付与後に行なわれる焼鈍は、450〜700℃の温度
で行なうことを必須とする。しかしてこのときの焼鈍温
度が450℃未満であるときは、たとえ上記加工歪付与工
程で適正な厚さの加工歪付与層を与えた場合でも表面割
れを有意に低減させることができず、一方焼鈍温度が70
0℃を超える場合は、先の熱処理（焼入れ）工程で表層
部に与えられた耐食性が焼鈍時の組織変化によって喪失
され、製品の耐食性が低下傾向を示す様になる。ところ
で焼鈍温度を450〜700℃の範囲に設定すると、素管表面
の耐食性を高レベルに維持しつつ、前記加工歪付与効果
とも相まって冷間圧延時の表面割れを実質的に零とする
ことができる。
ョットピーニング法であるが、勿論これに限定される訳
ではなく他の方法を採用することも可能である。次に上
記加工歪付与後に行なわれる焼鈍は、450〜700℃の温度
で行なうことを必須とする。しかしてこのときの焼鈍温
度が450℃未満であるときは、たとえ上記加工歪付与工
程で適正な厚さの加工歪付与層を与えた場合でも表面割
れを有意に低減させることができず、一方焼鈍温度が70
0℃を超える場合は、先の熱処理（焼入れ）工程で表層
部に与えられた耐食性が焼鈍時の組織変化によって喪失
され、製品の耐食性が低下傾向を示す様になる。ところ
で焼鈍温度を450〜700℃の範囲に設定すると、素管表面
の耐食性を高レベルに維持しつつ、前記加工歪付与効果
とも相まって冷間圧延時の表面割れを実質的に零とする
ことができる。
ちなみに第３図は、焼入れ後加工歪（表面から0.39mm）
の与えられたジルカロイ−２素管を使用した場合におけ
る、焼鈍温度と表面割れ発生頻度の関係を示した実験グ
ラフである。尚第３図には参考のため加工歪付与を行な
わなかった場合のデータも併記した。
の与えられたジルカロイ−２素管を使用した場合におけ
る、焼鈍温度と表面割れ発生頻度の関係を示した実験グ
ラフである。尚第３図には参考のため加工歪付与を行な
わなかった場合のデータも併記した。
第３図からも明らかな様に、表面割れを生じることなく
効率の良い冷間圧延を可能とするためには、加工歪付与
の後450℃以上の温度で焼鈍を行なうことが必須であ
る。尚第３図で破線で示した如く、加工歪を付与しなか
った場合でも焼鈍温度を500℃以上に設定することによ
って表面割れをかなり抑制することができるが、表面割
れを零とすることはできず、確実性及び信頼性に欠ける
ことがわかる。
効率の良い冷間圧延を可能とするためには、加工歪付与
の後450℃以上の温度で焼鈍を行なうことが必須であ
る。尚第３図で破線で示した如く、加工歪を付与しなか
った場合でも焼鈍温度を500℃以上に設定することによ
って表面割れをかなり抑制することができるが、表面割
れを零とすることはできず、確実性及び信頼性に欠ける
ことがわかる。
また第４図は、加工歪（0.39mm）の付与された素管を対
象として焼鈍温度と耐食性の関係を調べた結果を示した
ものである。
象として焼鈍温度と耐食性の関係を調べた結果を示した
ものである。
第４図からも明らかな様に焼鈍温度が700℃を超える
と、先の熱処理（焼入れ）工程で折角付与した耐食性が
当該焼鈍工程で失なわれ、本発明本来の目的が達成し得
なくなる。
と、先の熱処理（焼入れ）工程で折角付与した耐食性が
当該焼鈍工程で失なわれ、本発明本来の目的が達成し得
なくなる。
この様なところから本発明では加工歪付与後の焼鈍を45
0〜700℃の範囲で行なうことを必須の要件として定めて
いる。尚焼鈍時間は特に限定されないが、一般的なのは
0.5〜３時間程度であり、焼鈍はジルコニウム合金の酸
化を防止するうえで真空もしくは不活性ガス雰囲気中で
行なうのがよい。
0〜700℃の範囲で行なうことを必須の要件として定めて
いる。尚焼鈍時間は特に限定されないが、一般的なのは
0.5〜３時間程度であり、焼鈍はジルコニウム合金の酸
化を防止するうえで真空もしくは不活性ガス雰囲気中で
行なうのがよい。
［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると次の通りである。
ると次の通りである。
耐割れ性及び耐食性の共に優れたジルコニウム合金
製原子燃料被覆管を得ることができ、原子炉操業の安全
性を一段と高めることができる。
製原子燃料被覆管を得ることができ、原子炉操業の安全
性を一段と高めることができる。
耐食性改善処理に伴って劣化する加工性を適正な表
面加工歪付与及び焼鈍によって改善することができ、そ
の後の冷間圧延を円滑に行なうことができる。特に一回
当たりの冷間加工率を高めることができるので冷延工数
を少なくすることができ、作業性及び生産性の向上に資
することができる。
面加工歪付与及び焼鈍によって改善することができ、そ
の後の冷間圧延を円滑に行なうことができる。特に一回
当たりの冷間加工率を高めることができるので冷延工数
を少なくすることができ、作業性及び生産性の向上に資
することができる。
第１図（Ａ），（Ｂ）は従来法と本発明法を対比して示
すフロー図、第２図は加工歪付与層の厚さと表面割れ発
生頻度の関係を示すグラフ、第３図は焼鈍温度と表面割
れ発生頻度の関係を示すグラフ、第４図は焼鈍温度と耐
食性の関係を示すグラフである。
すフロー図、第２図は加工歪付与層の厚さと表面割れ発
生頻度の関係を示すグラフ、第３図は焼鈍温度と表面割
れ発生頻度の関係を示すグラフ、第４図は焼鈍温度と耐
食性の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】ジルコニウム合金製原子燃料被覆管製造用
の素管を表面焼入することにより表面の耐食性を改善
し、次いで中間焼鈍、冷間圧延及び仕上げ焼鈍を経て原
子燃料被覆管を製造する方法において、前記中間焼鈍に
先立って、該素管の外面側から少なくとも0.3mm以上の
深さまでの領域に冷間加工歪を付与し、次いで450〜700
℃で前記中間焼鈍を行なうことを特徴とするジルコニウ
ム合金製原子燃料被覆管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62194170A JPH0794703B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ジルコニウム合金製原子燃料被覆管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62194170A JPH0794703B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ジルコニウム合金製原子燃料被覆管の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6439358A JPS6439358A (en) | 1989-02-09 |
| JPH0794703B2 true JPH0794703B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=16320092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62194170A Expired - Fee Related JPH0794703B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ジルコニウム合金製原子燃料被覆管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794703B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194101A (en) * | 1990-03-16 | 1993-03-16 | Westinghouse Electric Corp. | Zircaloy-4 processing for uniform and nodular corrosion resistance |
| JP5916286B2 (ja) * | 2010-11-08 | 2016-05-11 | 株式会社日立製作所 | 高耐食ジルコニウム合金材料の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082636A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-10 | Hitachi Ltd | 高耐食性ジルコニウム基合金とその製造法 |
| JPS60221560A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-06 | Hitachi Ltd | ジルコニウム基合金の製造方法 |
| JPS60224768A (ja) * | 1984-04-19 | 1985-11-09 | Hitachi Ltd | 原子炉用高耐食ジルコニウム基合金の製造方法 |
| JPS61143571A (ja) * | 1985-11-22 | 1986-07-01 | Hitachi Ltd | ジルコニウム基合金の製造法 |
-
1987
- 1987-08-03 JP JP62194170A patent/JPH0794703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6439358A (en) | 1989-02-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |