JPH0978166A - 耐食性ジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材 - Google Patents
耐食性ジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材Info
- Publication number
- JPH0978166A JPH0978166A JP7232210A JP23221095A JPH0978166A JP H0978166 A JPH0978166 A JP H0978166A JP 7232210 A JP7232210 A JP 7232210A JP 23221095 A JP23221095 A JP 23221095A JP H0978166 A JPH0978166 A JP H0978166A
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- Japan
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- weight
- zirconium alloy
- structural member
- core structural
- nuclear reactor
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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
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高い中性子照射条件下にあっても優れた耐食性
を示すジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材を提
供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、Ｓｎ ０．３重量％以上 １．
５重量％以下、Ｆｅ ０．２重量％以上 ０．５重量％
以下、Ｃｒ ０．１５重量％以上０．９重量％以下、残
部実質的にＺｒよりなることを特徴とする耐食性ジルコ
ニウム合金及びそれを用いた原子炉用炉心構造部材であ
る。
を示すジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材を提
供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、Ｓｎ ０．３重量％以上 １．
５重量％以下、Ｆｅ ０．２重量％以上 ０．５重量％
以下、Ｃｒ ０．１５重量％以上０．９重量％以下、残
部実質的にＺｒよりなることを特徴とする耐食性ジルコ
ニウム合金及びそれを用いた原子炉用炉心構造部材であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性に優れたジ
ルコニウム合金及びそれを用いた原子力炉用炉心構造部
材に関するものである。
ルコニウム合金及びそれを用いた原子力炉用炉心構造部
材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ジルコニウム合金は中性子吸収断面積が
小さく、機械的特性、耐食性が良いために、原子炉用の
炉心構造部材用材料として使用されている。代表的なジ
ルコニウム合金としては、ジルカロイ−２やジルカロイ
−４などが挙げられる。これらの合金は、ほぼ、Ｓｎ
０．４重量％以上 ３．０重量％以下、Ｎｉ ０．０５
重量％以上 ０．２重量％以下、Ｆｅ ０．１重量％以
上 ０．３重量％以下、クロム０．０９重量％以上
０．１２重量％、残部実質的にＺｒという組成を有する
ものである。またこのような合金にさらにＮｂ，Ｍｏを
添加した組成の合金や、Ｓｎ、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒのう
ち、いずれかを含まない組成の合金も提案されている。
小さく、機械的特性、耐食性が良いために、原子炉用の
炉心構造部材用材料として使用されている。代表的なジ
ルコニウム合金としては、ジルカロイ−２やジルカロイ
−４などが挙げられる。これらの合金は、ほぼ、Ｓｎ
０．４重量％以上 ３．０重量％以下、Ｎｉ ０．０５
重量％以上 ０．２重量％以下、Ｆｅ ０．１重量％以
上 ０．３重量％以下、クロム０．０９重量％以上
０．１２重量％、残部実質的にＺｒという組成を有する
ものである。またこのような合金にさらにＮｂ，Ｍｏを
添加した組成の合金や、Ｓｎ、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒのう
ち、いずれかを含まない組成の合金も提案されている。
【０００３】これらのジルコニウム合金からなる原子炉
用炉心構造部材は、現在の原子炉燃料の燃焼度である３
８Ｇｗ・ｄ／ｔ程度の燃焼度において使用される場合は
優れた耐食性を示すことが知られている。
用炉心構造部材は、現在の原子炉燃料の燃焼度である３
８Ｇｗ・ｄ／ｔ程度の燃焼度において使用される場合は
優れた耐食性を示すことが知られている。
【０００４】しかしながら、今後原子炉燃料の燃焼度の
向上が望まれており、その場合に、従来のジルコニウム
合金を原子炉用炉心構造部材用材料として適用すると、
以下に示す問題点が生じる。すなわち、原子炉燃料の燃
焼度の向上により部材に照射される中性子量が増加す
る。その場合、ある中性子照射量を越えると合金成分か
らＦｅ，Ｎｉなどの合金成分が一部溶出し、それと共に
合金表面に一様腐食が急激に増加する。したがって、中
性子照射量が高い条件下にあっても優れた耐食性を示す
ジルコニウム合金が求められていた。
向上が望まれており、その場合に、従来のジルコニウム
合金を原子炉用炉心構造部材用材料として適用すると、
以下に示す問題点が生じる。すなわち、原子炉燃料の燃
焼度の向上により部材に照射される中性子量が増加す
る。その場合、ある中性子照射量を越えると合金成分か
らＦｅ，Ｎｉなどの合金成分が一部溶出し、それと共に
合金表面に一様腐食が急激に増加する。したがって、中
性子照射量が高い条件下にあっても優れた耐食性を示す
ジルコニウム合金が求められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上の問題点に鑑み、
本発明の目的は、高い中性子照射条件下にあっても優れ
た耐食性を示すジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造
部材を提供することにある。
本発明の目的は、高い中性子照射条件下にあっても優れ
た耐食性を示すジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造
部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｓｎ ０．３
重量％以上 １．５重量％以下 、Ｆｅ ０．２重量％
以上 ０．５重量％以下、Ｃｒ ０．１７重量％以上
０．９重量％以下、残部実質的にＺｒよりなることを特
徴とする耐食性ジルコニウム合金である。
重量％以上 １．５重量％以下 、Ｆｅ ０．２重量％
以上 ０．５重量％以下、Ｃｒ ０．１７重量％以上
０．９重量％以下、残部実質的にＺｒよりなることを特
徴とする耐食性ジルコニウム合金である。
【０００７】また本発明は上記ジルコニウム合金よりな
る原子炉用炉心構造部材である。本発明のジルコニウム
合金において組成が決定されたのは以下の理由によるも
のである。
る原子炉用炉心構造部材である。本発明のジルコニウム
合金において組成が決定されたのは以下の理由によるも
のである。
【０００８】Ｓｎ：Ｓｎはジルコニウム合金に強度を向
上させるために０．３重量％以上１．５重量％以下添加
するが、０．３重量％未満では強度の向上が十分ではな
い。また１．５重量％より多いと耐食性が劣化する。Ｓ
ｎ量は０．８重量％以上１．４重量％以下であるとより
好ましい。
上させるために０．３重量％以上１．５重量％以下添加
するが、０．３重量％未満では強度の向上が十分ではな
い。また１．５重量％より多いと耐食性が劣化する。Ｓ
ｎ量は０．８重量％以上１．４重量％以下であるとより
好ましい。
【０００９】Ｆｅ：ＦｅはＣｒ成分と共にジルコニウム
合金基材中にＺｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2で示される組成の析
出粒子を形成し耐食性、特に初期の耐食性を向上させる
ため０．２重量％以上 ０．５重量％以下添加する。Ｆ
ｅが０．２重量％未満であると前記析出粒子の量が少な
いため、初期の耐食性が劣化する。また、０．５重量％
を越えても耐食性を劣化させる。これはＦｅが多すぎる
と中性子照射によって前記析出粒子等からのＦｅ溶出量
が増加し、ジルコニウム表面に形成されるジルコニウム
酸化被膜の半導体的特性が変化する。それにより腐食を
生じやすくなるためと考えられる。Ｆｅ量は０．２重量
％〜０．３５重量％以下であることがより好ましい。
合金基材中にＺｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2で示される組成の析
出粒子を形成し耐食性、特に初期の耐食性を向上させる
ため０．２重量％以上 ０．５重量％以下添加する。Ｆ
ｅが０．２重量％未満であると前記析出粒子の量が少な
いため、初期の耐食性が劣化する。また、０．５重量％
を越えても耐食性を劣化させる。これはＦｅが多すぎる
と中性子照射によって前記析出粒子等からのＦｅ溶出量
が増加し、ジルコニウム表面に形成されるジルコニウム
酸化被膜の半導体的特性が変化する。それにより腐食を
生じやすくなるためと考えられる。Ｆｅ量は０．２重量
％〜０．３５重量％以下であることがより好ましい。
【００１０】Ｃｒ：ＣｒはＦｅと共にジルコニウム合金
基材中にＺｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2 で示される組成の析出粒
子を形成し耐食性、特に初期の耐食性を向上させる．Ｃ
ｒ量が０．１７重量％未満であると、前記析出粒子の析
出量が少ないため、初期の耐食性が劣化する。またＣｒ
量が０．９重量％を越えてもかえって耐食性を劣化させ
る。Ｃｒ量が多すぎると前記析出粒子の平均径が小さく
なり、また析出粒子の表面積が増加する。それによりＦ
ｅの溶出量が多くなり、ジルコニウム表面に形成される
ジルコニウム酸化被膜の半導体的特性が変化する。それ
により腐食を生じやすくなるためと考えられる。より好
ましいＣｒ量は０．２重量％〜０．７重量％である。
基材中にＺｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2 で示される組成の析出粒
子を形成し耐食性、特に初期の耐食性を向上させる．Ｃ
ｒ量が０．１７重量％未満であると、前記析出粒子の析
出量が少ないため、初期の耐食性が劣化する。またＣｒ
量が０．９重量％を越えてもかえって耐食性を劣化させ
る。Ｃｒ量が多すぎると前記析出粒子の平均径が小さく
なり、また析出粒子の表面積が増加する。それによりＦ
ｅの溶出量が多くなり、ジルコニウム表面に形成される
ジルコニウム酸化被膜の半導体的特性が変化する。それ
により腐食を生じやすくなるためと考えられる。より好
ましいＣｒ量は０．２重量％〜０．７重量％である。
【００１１】本発明のジルコニウム合金は、前述の如く
特定組成範囲にすることにより、Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2
で示される析出粒子を適度な密度で形成し、高中性子照
射条件下にあっても優れた耐食性を有するものである。
析出粒子の径は20〜200 nmであることが望ましい。
特定組成範囲にすることにより、Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）2
で示される析出粒子を適度な密度で形成し、高中性子照
射条件下にあっても優れた耐食性を有するものである。
析出粒子の径は20〜200 nmであることが望ましい。
【００１２】次に本発明のジルコニウム合金の望ましい
製造方法を説明する。ジルコニウム合金を溶解、熱間鍛
造、β焼き入れ、熱間押出しを行った後、冷間加工と焼
鈍とを繰り返して行う。最終焼鈍の温度は通常５８０℃
近傍で約１．５時間〜４時間行う。
製造方法を説明する。ジルコニウム合金を溶解、熱間鍛
造、β焼き入れ、熱間押出しを行った後、冷間加工と焼
鈍とを繰り返して行う。最終焼鈍の温度は通常５８０℃
近傍で約１．５時間〜４時間行う。
【００１３】本発明のジルコニウム合金は原子炉用炉心
構造部材として用いることにより、耐食性に優れた原子
炉用炉心構造部材が得られる。例えば、軽水炉の燃料集
合体の場合、図１に示すような構造となっている。この
燃料集合体は上部タイプレート１と、下部タイプレート
２との間に核燃料ペレットを被覆管３内に装填した複数
本の核燃料棒４が取り付けられている。これら核燃料棒
４は適宜の間隔で水平に配置されたスペーサ５に装着支
持されて整列し、横方向への移動が抑制されていると共
に、核燃料棒４間に冷却材の流路を形成するようになっ
ている。これら全体はチャンネルボックス６内に収納さ
れて一体になっている。この燃料集合体は、一基の原子
炉に数百本装荷されている。前記スペーサ５は図２に示
すように外枠７で囲まれた四角平面の中に、縦横に配置
した複数本のバー８と、複数本のデイバイダー９が、水
平面で交差して格子状に形成されている。また、バー８
とデイバイダー９の端部は外枠７に溶接され、さらにバ
ー８とバー８及びデイバイダー９とデイバイダー９の交
差点も溶接により固定されている。バー８とバー８の交
差点には、各々四角枠上にランタンスプリング１０が支
持されている。この様にして、複数この小仕切りが形成
されこの小仕切りの中に図１に示す燃料棒４が装着され
るようになっている。これら燃料集合体を形成する炉心
部材のうち、例えばチャンネルボックス６や燃料被覆管
３あるいはランタンスプリング１０を除くスペーサ５の
構成部材など炉心部材として本発明のジルコニウム合金
を適用することができるが、原子炉の構造やジルコニウ
ム合金の適用部材はこれらに限られるものではない。
構造部材として用いることにより、耐食性に優れた原子
炉用炉心構造部材が得られる。例えば、軽水炉の燃料集
合体の場合、図１に示すような構造となっている。この
燃料集合体は上部タイプレート１と、下部タイプレート
２との間に核燃料ペレットを被覆管３内に装填した複数
本の核燃料棒４が取り付けられている。これら核燃料棒
４は適宜の間隔で水平に配置されたスペーサ５に装着支
持されて整列し、横方向への移動が抑制されていると共
に、核燃料棒４間に冷却材の流路を形成するようになっ
ている。これら全体はチャンネルボックス６内に収納さ
れて一体になっている。この燃料集合体は、一基の原子
炉に数百本装荷されている。前記スペーサ５は図２に示
すように外枠７で囲まれた四角平面の中に、縦横に配置
した複数本のバー８と、複数本のデイバイダー９が、水
平面で交差して格子状に形成されている。また、バー８
とデイバイダー９の端部は外枠７に溶接され、さらにバ
ー８とバー８及びデイバイダー９とデイバイダー９の交
差点も溶接により固定されている。バー８とバー８の交
差点には、各々四角枠上にランタンスプリング１０が支
持されている。この様にして、複数この小仕切りが形成
されこの小仕切りの中に図１に示す燃料棒４が装着され
るようになっている。これら燃料集合体を形成する炉心
部材のうち、例えばチャンネルボックス６や燃料被覆管
３あるいはランタンスプリング１０を除くスペーサ５の
構成部材など炉心部材として本発明のジルコニウム合金
を適用することができるが、原子炉の構造やジルコニウ
ム合金の適用部材はこれらに限られるものではない。
【００１４】
（実施例１〜５、比較例１〜７）表１に示す組成のジル
コニウム合金を溶解後、インゴットに対して熱間鍛造、
β焼入れ、熱間圧延、焼鈍、さらに冷間圧延と焼鈍を４
回繰り返し板材を得た。最終焼鈍は５７７℃で２時間行
った。板材の表面は１μｍのダイヤモンド研磨で鏡面仕
上げにした後、エッチングを施した。
コニウム合金を溶解後、インゴットに対して熱間鍛造、
β焼入れ、熱間圧延、焼鈍、さらに冷間圧延と焼鈍を４
回繰り返し板材を得た。最終焼鈍は５７７℃で２時間行
った。板材の表面は１μｍのダイヤモンド研磨で鏡面仕
上げにした後、エッチングを施した。
【００１５】各板材を２８０℃、１００気圧のＢＷＲ原
子炉内で中性子照射しながら水／水蒸気雰囲気中で腐食
試験し、腐食増量を測定した。その結果を図２に示す。
なお、炉の運転時間が４００００時間の際に燃焼度が３
８Ｇｗ・ｄ／ｔとなる条件で中性子照射を行なった。す
なわち炉の運転時間が４００００時間以上となると燃焼
度は３８Ｇｗ・ｄ／ｔ以上となる。
子炉内で中性子照射しながら水／水蒸気雰囲気中で腐食
試験し、腐食増量を測定した。その結果を図２に示す。
なお、炉の運転時間が４００００時間の際に燃焼度が３
８Ｇｗ・ｄ／ｔとなる条件で中性子照射を行なった。す
なわち炉の運転時間が４００００時間以上となると燃焼
度は３８Ｇｗ・ｄ／ｔ以上となる。
【００１６】
【表１】
【００１７】図３に示されるように、実施例１〜５のジ
ルコニウム基合金は初期腐食量が抑制され、さらに５０
０００時間を越える、３８Ｇｗ・ｄ／ｔを越える燃焼度
であっても腐食増量は急激な変化を示さず、高燃焼度に
対応した高耐食ジルコニウム合金として優れた耐食性を
示す。
ルコニウム基合金は初期腐食量が抑制され、さらに５０
０００時間を越える、３８Ｇｗ・ｄ／ｔを越える燃焼度
であっても腐食増量は急激な変化を示さず、高燃焼度に
対応した高耐食ジルコニウム合金として優れた耐食性を
示す。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、高
い中性子照射条件下にあっても優れた耐食性を示すジル
コニウム合金及び原子炉用炉心構造部材得ることができ
る。
い中性子照射条件下にあっても優れた耐食性を示すジル
コニウム合金及び原子炉用炉心構造部材得ることができ
る。
【図１】 燃料集合体の一部を切欠して示す縦断面図。
【図２】 スペーサの要部を示す平面図。
【図３】 腐食増量の時間変化を示す特性図。
１…タイプレート ２…下部タイプレート ３…核燃料ペレット ４…核燃料棒４ ５…スペーサ５ ６…チャンネルボックス６ ７…外枠 ８…バー８ ９…デイバイダー １０…ランタンスプリング
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｎ ０．３重量％以上 １．５重量％以
下、Ｆｅ ０．２重量％以上 ０．５重量％以下、Ｃｒ
０．１７重量％以上 ０．９重量％以下、残部 実質
的にＺｒよりなることを特徴とする耐食性ジルコニウム
合金。 - 【請求項２】Ｓｎ ０．３重量％以上 １．５重量％以
下、Ｆｅ ０．２重量％以上 ０．５重量％以下、Ｃｒ
０．１７重量％以上０．９重量％以下、残部実質的に
Ｚｒよりジルコニウム合金よりなることを特徴とする原
子炉用炉心構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7232210A JPH0978166A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 耐食性ジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7232210A JPH0978166A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 耐食性ジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0978166A true JPH0978166A (ja) | 1997-03-25 |
Family
ID=16935719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7232210A Pending JPH0978166A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 耐食性ジルコニウム合金及び原子炉用炉心構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0978166A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009092620A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-04-30 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | ジルコニウム基合金並びにこれを用いた水冷却型原子炉用燃料集合体およびチャンネルボックス |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP7232210A patent/JPH0978166A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009092620A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-04-30 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | ジルコニウム基合金並びにこれを用いた水冷却型原子炉用燃料集合体およびチャンネルボックス |
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