JPH08239740A - 核燃料集合体用の管の製造方法及びこれによって得られる管 - Google Patents

核燃料集合体用の管の製造方法及びこれによって得られる管

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JPH08239740A
JPH08239740A JP7343784A JP34378495A JPH08239740A JP H08239740 A JPH08239740 A JP H08239740A JP 7343784 A JP7343784 A JP 7343784A JP 34378495 A JP34378495 A JP 34378495A JP H08239740 A JPH08239740 A JP H08239740A
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Zircotube SNC
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温の水性媒体中においても優れた耐食性を
示し、充分な熱ひずみ作用とを同時に有し、製造時の不
良率の低下を実現することのできる管の製造方法を提供
する。 【解決手段】 鉄５０〜２５０ppm、ニオブ０．８〜
１．３重量％、酸素１６００ppm未満、炭素２００ppm未
満、ケイ素１２０ppm未満を含むジルコニウムの合金の
棒材を形成し、この棒材を電気炉もしくは誘導炉中で１
０００〜１２００度にて加熱した後に水中で焼入れを行
い、６００〜８００℃の範囲の温度に加熱した後、中空
のビレットブランクを押し出し成形し、熱処理ととも
に、厚さの減少した管の形態に少なくとも４回冷間圧延
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は核燃料棒のためのシ
ースもしくは燃料集合体中で制御棒を収容するための案
内管の全部もしくは外部を構成するためのジルコニウム
基合金製の管に関する。主要ではあるが、排他的ではな
い本発明の利用は、加圧水型原子炉つまりＰＷＲに用い
る燃料棒のためのシース管の製造の分野にある。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】今日
まで、“ジルカロイ４”として知られるジルコニウム基
の合金製のシースが特に使用され、これは下記のものを
重量％で含有する スズ １．２０〜１．７０％ 鉄 ０．１８〜０．２４％ クロム ０．０７〜０．１３％ ここで、鉄とクロムを総計した含有量は０．２８〜０．
３７％の範囲にある。従来、クロム含有量に対する鉄含
有量の比は、約１．３８〜３．４２の範囲にある。
【０００３】通常、“ジルカロイ４”の酸素含有量は
０．１６％を超えず、一般にはずっと少量である。
【０００４】“ジルカロイ４”シースの機械的強度は十
分であることが判っているが、しかし、高温度の加圧水
による腐食のために、これらが原子炉の中で保たれる時
間の長さを制限している。
【０００５】高温の水性媒体中で優れた耐食性を有する
ことが判っている、約２．５％のニオブを有するＺｒ−
Ｎｂ合金製のシース（ＵＳ−Ａ−４ ７１７ ５３４）
が既に提案されている。不幸にも、この合金は、熱ひず
み作用に乏しい。０．１０〜０．１６重量％の範囲の酸
素含有量をもつ合金をドーピングし、シースを再結晶化
のために最終熱処理にかけることによって改善されてい
る。それにも関わらず、このような合金の熱ひずみ作用
は、依然として他のシース材料よりも劣るものである。
【０００６】本発明の目的は、高温の水性媒体中での優
れた耐食性と充分な熱ひずみ作用とを同時に有し、高い
不良率につながる製造時の問題を引き起こすことのない
管を得ることを可能にするシース管を製造する方法を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
このために、本発明は特に、鉄５０〜２５０ppm、ニオ
ブ０．８〜１．３重量％、酸素１６００ppm未満、炭素
２００ppm未満、及びケイ素１２０ppm未満をさらに含む
ジルコニウム基合金の製造方法を提供し、上記の方法
は、：高温のインゴットを変形させて（例えば、鍛造も
しくは圧延によって）、棒材を得る；上記棒材を電気炉
もしくは誘導炉中で１０００〜１２００℃にて加熱した
後、水中で焼入れ（急冷）を行い；６００〜８００℃の
範囲の温度に加熱した後、中空のビレットブランク（中
間加工物）を押し出し成形し；必要に応じて上記ブラン
クに５６０〜６２０℃の範囲の熱処理を施し；中間熱処
理及び５６０〜６２０℃の範囲の温度での最終熱処理と
ともに、厚さの減少した管の形態に少なくとも４回冷間
圧延する。ここで、全ての熱処理は不活性雰囲気もしく
は真空中で行なわれる。
【０００８】このようにして造られた管は、シース管も
しくは案内管として使用される時まで、その金属構造を
変化させるおそれのある熱処理にさらにさらされること
はない。しかし、表面処理をさらに受け、検査に臨んで
もよい。表面処理は、特に、サンダー仕上げ及び化学酸
洗い、引き続く洗浄を含むものである。表面処理は、回
転バンドもしくはホイールを用いる研磨（ポリッシン
グ）で終了するとよい。検査は、従来の方法で行う。
【０００９】鉄含有量が、２５０ppmを超えないことは
重要である。予期せぬことに、鉄含有量が２５０ppmを
超える場合に高温ひずみ性能が著しく低下することがわ
かっている。実用的には、１００〜２００ppmの範囲の
鉄含有量では、よい結果が得られる。
【００１０】押し出し成形の後、合金を、６２０℃を超
える温度でのいかなる熱処理にさらすのも避けることも
また必須である。この温度を超える熱処理は、１％のニ
オブを含むジルコニウム合金のための一定の腐食性試験
を構成する、５００℃の蒸気中でのオートクレーブ中の
腐食性試験によって得られた以下の結果に示されるよう
に、大幅に高温耐食性を減少させる。
【００１１】図１は、シースがさらされる典型的な条件
の下での、ニオブ１％を含有する合金で、異なる鉄含有
量について得られる直径変形を示す試験結果を示すもの
である。
【００１２】
【実施例】
（実施例１） * 中間処理：５８０℃にて２時間 * 最終処理：５８０℃にて２時間
【００１３】（実施例２） * 中間処理：７００℃にて２時間 * 最終処理：５８０℃にて２時間
【００１４】（実施例３） * 中間処理：７００℃にて２時間 * 最終処理：７８０℃にて２時間
【００１５】オートクレーブ試験中の質量増加は下記の
通りであった： * 実施例１：４８mg/dm2 * 実施例２：５７mg/dm2 * 実施例３：６３mg/dm2
【００１６】３つの実施例全てのサンプルは、鉄含有量
１５０ppmを有する。
【００１７】合金が、初回以降に６２０℃以上で合金に
適用された一度の処理の効果が、完全に“忘れられ”は
しないという“記憶”現象を示すことが判った。
【００１８】一般に、中間熱処理は５６５〜６０５℃の
範囲の一定温度にて行うべきである；中間処理のために
５８０℃以上の温度及び最終処理のために約５８０℃の
温度は、ほとんどの組成物に対して特に適切であること
がわかった。
【００１９】押し出し成形したブランクから、特に、５
６０〜６２０℃の範囲、好ましくは６２０℃に近い温度
での熱処理に隔てられた、４もしくは５工程を行うこと
によって管を製造することが可能である。
【００２０】約１２００ppmの酸素含有量で、再結晶化
した合金中でひずみに対する耐性に好ましい効果が得ら
れることがわかった。
【００２１】本発明はまた、加圧水によって冷却され、
減速される原子炉のための燃料集合体用のシース管もし
くは案内管を提案するものであり、管は完全に再結晶化
した状態でのジルコニウム基の合金製であり、鉄５０〜
２５０ppm、ニオブ０．８〜１．３重量％、酸素１００
０〜１６００ppm、炭素２００ppm未満、ケイ素１２０pp
m以下を有し、不可避不純物以外の残りはジルコニウム
である。
【００２２】このように造られた合金を検査すると、腐
食の見地からすれば有害であるβＺｒ沈殿物の共線は見
られない。
【００２３】ニオブ含有量が０．８６〜１．３％の範囲
であり、鉄含有量が１００〜１５０ppmの範囲である合
金で、比較実験を行った。
【００２４】代表的な製造範囲は、直径１７７mmの鍛造
した棒材を出発し、以下の通りである： * １０５０℃にて１時間加熱した後、水中で焼入れ
し； * 外径１６８mm、内径４８mmのビレットを機械加工
し； * ６５０℃まで誘導加熱した後押し出し加工し、外径
８０mmで内径４８mmを得； * ５８０℃、２時間の中間熱処理を含む５サイクル
で、管を圧延し； * ５８０℃、２時間の最終熱処理を行った。
【００２５】試験から、高圧水原子炉における典型的な
条件である高温水性媒体中での一般的な耐食性が、高い
ニオブ含有量を有する既知のＺｒ−Ｎｂ合金に匹敵する
ことが示され；また、既知の合金よりも熱ひずみ強度に
ずっと優れ、最良のジルカロイ４合金のものに匹敵する
ことが示され：このように、１３０MPaの下４００℃に
て２４０時間の後、下記のひずみ直径変形を測定した： * Ｚｒ：１％ Ｎｂ、１５０ppm Ｆｅ、再結晶化したも
の：０．５； * ひずみの観点から最適な組成物より再結晶化した “ジルカロイ４”：≦１．０％。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 シースがさらされる典型的な条件の下で、ニ
オブ１％を含有する合金の異なる鉄含有量について得ら
れる直径変形を示す試験結果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594193128 ジールクチューブ フランス・92400・クールブヴォア・プラ ス・ドゥ・ラ・クポール・トゥール・フィ ア・１ (72)発明者 ジャン−ポール・マルドン フランス・69300・カリュイル・リュ・ア ンドレ・ラサニェ・27アー (72)発明者 ジャン・セヴェナ フランス・44250・サン−ブルヴィン−レ −ピン・アヴェニュ・ベルティ・11 (72)発明者 ダニエル・シャクエ フランス・73400・ユジャン・セデック ス・サントル・ドゥ・リシェルシェ・デュ ジャン（番地なし）・シー／オー・セズ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 核燃料集合体の核燃料棒のシースもしく
    は案内管の少なくとも外側部分を構成する管を製造する
    ための方法であって、 （ａ） 鉄５０〜２５０ppm、ニオブ０．８〜１．３重
    量％、酸素１６００ppm未満、炭素２００ppm未満、ケイ
    素１２０ppm未満を含むジルコニウム合金の棒材を形成
    し； （ｂ） 棒材を１０００〜１２００℃に加熱し、この棒
    材を水中で焼入れし； （ｃ） 上記棒材を６００〜８００℃の範囲に加熱した
    後、上記棒材からブランクを押し出し成形し； （ｄ） ５６０〜６２０℃の範囲での中間熱処理ととも
    に、上記ブランクに少なくとも４回の冷間圧延を行って
    管を得； （ｅ）５６０〜６２０℃の範囲にて最終熱処理を行う、
    工程を具備してなる方法。
  2. 【請求項２】 （ｄ）工程が押し出し成形したブランク
    から始まる冷間圧延工程を４もしくは５回含む請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 （ｃ）工程の後に５６０〜６２０℃の範
    囲の温度にて熱処理を行う工程をさらに含む請求項１に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 中間熱処理が、２〜４時間の期間に渡り
    ５６５〜６０５℃の範囲に固定された温度にて行われる
    請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 完全に再結晶化した状態のジルコニウム
    基合金製であるＰＷＲ燃料集合体用のシース管等の管で
    あって、鉄５０〜２５０ppm、ニオブ０．８〜１．３重
    量％、酸素１０００〜１６００ppm、炭素２００ppm未
    満、ケイ素１２０ppm未満を含有し、残りはジルコニウ
    ム及び不可避不純物である管。
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