JPH1123758A - 核燃料被覆用管の製造方法 - Google Patents

核燃料被覆用管の製造方法

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JPH1123758A
JPH1123758A JP9182291A JP18229197A JPH1123758A JP H1123758 A JPH1123758 A JP H1123758A JP 9182291 A JP9182291 A JP 9182291A JP 18229197 A JP18229197 A JP 18229197A JP H1123758 A JPH1123758 A JP H1123758A
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JP
Japan
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cold rolling
tube
nuclear fuel
pipe
heat treatment
Prior art date
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Pending
Application number
JP9182291A
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English (en)
Inventor
Hideaki Abe
秀明 阿部
Kiyoko Takeda
貴代子 竹田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1123758A publication Critical patent/JPH1123758A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な耐食性と機械的性質を備えるジルコニウ
ム基合金からなる核燃料被覆用管を低コストで製造する
方法。 【解決手段】再結晶組織とされた素管に、断面減少率9
0%以上の中間冷間圧延加工を1回のみ施した後、54
0〜680℃で軟化熱処理し、次いで断面減少率60〜
85%で最終冷間圧延加工を施して製品寸法に仕上げた
管に、550〜600℃で最終焼鈍を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型の原子炉
(BWR)に用いられるジルコニウム基合金からなる核
燃料被覆用管の製造方法に係わり、良好な耐食性と機械
的性質を備える製品管を低コストで製造することが可能
な製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】沸騰水型の原子炉(BWR)に用いられ
るジルコニウム基合金からなる核燃料被覆用管の一般的
な寸法は、外径が11〜13mm程度、肉厚が0.7〜
0.9mm程度である。
【0003】そして、上記寸法の核燃料被覆用管のほと
んどは、熱間押出製管法で製造された外径63.5m
m、肉厚10.9mmの素管に、コールドピルガーミル
と称される冷間管圧延機を用いて、冷間にて縮径減肉加
工(以下単に冷間圧延加工という)を施して製造され
る。
【0004】ところで、上記のジルコニウム基合金から
なる核燃料被覆用管には、原子炉の経済性を向上させる
観点から、さらなる品質の高性能化、具体的には機械的
性質と耐食性の向上に加え、低価格化が求められてい
る。
【0005】しかし、従来は、例えば特開昭55−16
4396号公報、同58−207349号公報および同
61−44143号公報に示されるように、上記寸法の
素管に2回以上の中間冷間圧延加工を施した後、最終の
冷間圧延加工を施して製品寸法に成形することにしてい
る。
【0006】このため、冷間圧延加工回数が3回以上と
多く、しかも中間の冷間圧延加工間において軟化焼鈍が
必要なことから費用が嵩み、製品管の低価格化が十分に
達成できないという問題があった。
【0007】ここで、従来、3回以上の冷間圧延加工、
具体的には2回以上の中間冷間圧延加工を施すこととし
ているのは、中間冷間圧延加工の回数を1回にした場
合、管に割れ疵が発生するほか、所望の機械的性質と耐
食性が確保できないと考えられていたためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決する目的でなされたもので、その課題は良好な
耐食性と機械的性質を備える製品管を低コストで製造す
ることが可能な、ジルコニウム基合金からなる核燃料被
覆用管の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を達成するためには、費用のかかる冷間圧延加工と軟
化焼鈍の回数を減らす、具体的には冷間圧延加工を1回
の中間冷間圧延加工と1回の最終冷間圧延加工の2回の
みにし、この間で軟化焼鈍を施すのが最も効果的である
ことに注目し、その可否を知るために数多くの製造実験
を行った結果、次のことを知見した。
【0010】第1に、最終の冷間圧延加工における断面
減少率を85%超にすると、核燃料被覆用管に要求され
る寸法精度、具体的には10μm以下の外径真円度が確
保できない。また、最終の冷間圧延加工における断面減
少率を60%未満にすると、生産性が低下して冷間圧延
加工回数を2回のみにする意味がなくなる。
【0011】従って、最終の冷間圧延加工は、断面減少
率60〜85%で行う必要があることがわかった。
【0012】第2に、最終の冷間圧延加工を断面減少率
60〜85%で行うには、中間の冷間圧延加工の断面減
少率を90%以上にする必要があるが、その際、割れ疵
の発生を見ることなく加工するためには素管の組織を再
結晶組織にしておく必要があることがわかった。
【0013】また、中間の冷間圧延加工を断面減少率9
0%以上で行うと、機械的性質のうち、核燃料被覆用管
にとって特に重要な管軸方向の高温伸び特性が向上する
ことがわかった。
【0014】第3に、上記条件の中間冷間圧延加工と最
終冷間圧延加工との間で施す軟化焼鈍を540〜680
℃で行う一方、最終の焼鈍熱処理を550〜600℃で
行うと、従来の製造工程で製造された製品管に比べ、管
軸方向の高温伸び特性と耐食性が向上することがわかっ
た。
【0015】第4に、上記第1から3のことは、素管が
管内面に純ジルコニウムからなるライナ層の形成された
二重管であっても同じであることがわかった。
【0016】上記の知見に基づく本発明の要旨は、次の
核燃料被覆用管の製造方法にある。
【0017】沸騰水型の原子炉に用いられるジルコニウ
ム基合金からなる核燃料被覆用管の製造方法であって、
再結晶組織とされた素管を用いるとともに、この素管に
断面減少率90%以上の中間冷間圧延加工を1回のみ施
して中間寸法に成形し、中間寸法に成形された管に54
0〜680℃で軟化熱処理を施した後、断面減少率60
〜85%で最終の冷間圧延加工を施して製品寸法に仕上
げ、次いで550〜600℃で最終の焼鈍熱処理を施す
ことを特徴とする核燃料被覆用管の製造方法。
【0018】上記の本発明の方法においては、素管が管
内面に純ジルコニウム層をライニングした二重管であっ
てもかまわない。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の方法について、添
付図面を参照して詳細に説明する。
【0020】図1は、ジルコニウム基合金からなる核燃
料被覆用管の製造工程を示す図で、同図(a)は従来の
製造工程、同図(b)は本発明の製造工程を示してあ
る。
【0021】なお、核燃料被覆用管が、その管内面に純
ジルコニウムからなるライナー層の形成された二重管で
ある場合には、図1に示す工程中の「真空溶解→鍛造→
溶体化処理→機械加工(中空ビッレト製作)」までが下
記の内容になる点を除き、図1の(a)に示すのと同じ
工程を経て製造される。
【0022】すなわち、「真空溶解→鍛造→溶体化処理
→機械加工(中空ビッレト製作)」が、純ジルコニウム
とジルコニウム基合金を対象にして別々に行われ、純ジ
ルコニウムからなる中空ビッレトの外面にジルコニウム
基合金からなる中空ビッレトを密接外嵌するなどして組
み立てられた積層中空ビッレトが熱間押出に供される点
である。
【0023】図1から明らかなように、本発明の方法
は、外径63.5mm、肉厚10.9mmの素管に対し
て従来2〜3回繰り返し行われていた費用の嵩む中間冷
間圧延加工と軟化焼鈍とを1回のみにすることで製造コ
ストの低減を図り、これにより製品管の低価格化を達成
する方法である。
【0024】そのためには、熱間押出後の素管に対し
て、従来は必ずしも施されるとは限らなかった再結晶化
焼鈍熱処理を施し、その組織を再結晶組織にする必要が
ある。これは、外径63.5mm、肉厚10.9mmの
素管に対して2回の冷間圧延を施すだけで外径が11〜
13mm程度、肉厚が0.7〜0.9mm程度である製
品管に仕上げるのであるが、そのためには、前述したよ
うに、中間の冷間圧延加工における断面減少率を90%
以上にする必要がある。
【0025】しかし、再結晶組織でない素管に断面減少
率90%以上の冷間圧延加工を施すと、割れ疵が発生す
る。このため、本発明においては、素管として、その組
織を再結晶組織に調整したものを用いる必要があるので
ある。
【0026】ここで、上記の再結晶組織は、熱間押出さ
れた素管を550〜650℃の温度に0.5〜4時間加
熱保持後徐冷することで得ることができる。なお、中間
冷間圧延加工を断面減少率90%で行うと、前述したよ
うに、製品管の機械的性質のうち、核燃料被覆用管にと
って特に重要な管軸方向の高温伸び特性が向上する。
【0027】図2は、中間の冷間圧延加工における断面
減少率が製品管の管軸方向の高温伸び特性に及ぼす影響
を示す図で、この図から明らかなように、中間の冷間圧
延加工における断面減少率を90%以上にすると、高温
伸び特性が向上することがわかる。
【0028】断面減少率90%以上で中間の冷間圧延加
工を施された管は、540〜680℃で軟化焼鈍する必
要がある。その理由は、軟化焼鈍温度が540℃未満で
あると、中間の冷間圧延加工で付与された加工硬化歪み
が完全に除去されず、次の最終冷間圧延加工時に割れ疵
が発生しやすくなる。また、割れ疵は発生しないとして
も、工具と管が焼き付きやすくなって焼き付き疵が多発
するようになる。
【0029】逆に、軟化焼鈍温度を680℃超にする
と、製品管の耐食性が著しく劣化するためである。
【0030】図3は、軟化焼鈍温度が製品管の耐食性に
及ぼす影響を示す図で、この図から明らかなように、軟
化焼鈍温度が680℃を超えると、製品管の耐食性が著
しく劣化することがわかる。
【0031】なお、軟化焼鈍時における上記温度での保
持時間は、特に制限されないが、30分以上保持するの
が好ましい。
【0032】最終の冷間圧延加工は、断面減少率60〜
85%で行う必要がある。これは、前述したように、断
面減少率60%未満の冷間圧延加工では生産性が低く、
冷間加工回数を2回のみにする意味がなくなる。逆に、
断面減少率85%超で冷間圧延加工を行うと、核燃料被
覆用管に要求される10μm以下の外径真円度を確保す
ることができなくなるためである。
【0033】図4は、最終の冷間圧延加工における断面
減少率が製品管の外径真円度に及ぼす影響を示す図で、
この図から明らかなように、最終の冷間圧延加工におけ
る断面減少率を85%超にすると、10μm以下の外径
真円度が確保できないことがわかる。
【0034】最終の冷間圧延加工後の管には、最終の焼
鈍熱処理を施すが、その焼鈍温度は550〜600℃に
する必要がある。これは、550℃未満の温度で焼鈍し
たのでは、その組織が完全な再結晶組織とならず、製品
管に十分な延性を付与することができない。逆に、60
0℃を超える温度で焼鈍したのでは、結晶粒の粗大化を
招き好ましくないためである。
【0035】なお、最終の焼鈍熱処理時における上記温
度での保持時間は、特に制限されないが、30分以上保
持するのが好ましい。
【0036】以上のことは、素管が、その内面に、耐応
力腐食割れ性を向上させる目的で純ジルコニウムからな
るライナー層を有する二重管であっても、同じである。
【0037】
【実施例】ASTM規格のB811に規定されるR60
802(通称名ジルカロイ2)からなる外径63.5m
m、肉厚10.9mmの熱間押出ままのソリッド素管を
準備した。また、外層が上記のR60802、内層が純
ジルコニウムからなり、内層厚さが1.5mmであるこ
とを除き、外径および肉厚がともに上記のソリッド素管
と同じである熱間押出ままの二重素管も準備した。
【0038】次いで、これらの素管に、620℃で2時
間加熱保持後徐冷する再結晶化焼鈍熱処理を施し、その
組織を再結晶組織に調整した。なお、一部の素管には、
上記の再結晶化焼鈍熱処理を施さなかった。
【0039】上記の各素管を対象に、表1に示す各条件
で種々寸法の製品管を製造し、得られた製品管の外径真
円度、機械的性質および耐食性を調べた。また、中間冷
間圧延加工を2回行う従来法(表1中のNo. 8)によっ
た場合を100とする製造コストの比較も行った。これ
らの結果を、表1に併せて示した。
【0040】なお、機械的性質は、得られた製品管から
管軸方向引張試験片を採取し、343℃で引張試験を行
って伸び率(%)を求めることによって評価した。ま
た、耐食性は、温度が400℃の純水水蒸気中に得られ
た製品管から採取した腐食試験片を200日間曝すオー
トクレーブ試験を行い、試験後の試験片重量を測定して
腐食増量(mg/dm2 )を求めることによって評価し
た。
【0041】
【表1】
【0042】表1に示す結果から明らかなように、本発
明の方法に従って製造した製品管(No. 1および2)
は、冷間圧延加工を2回のみにしたにも係わらず、従来
の方法によって製造した製品管(No. 8)に比べて機械
的性質が優れており、耐食性についても同等であった。
また、製造コストは、10%低減することができた。
【0043】これに対し、各条件のうち、いずれか1つ
の条件を本発明で規定する範囲外にして2回のみの冷間
圧延加工を施して製造した比較例の製品管(No. 3〜
6)は、外径真円度、機械的性質および耐食性のいずれ
かが、従来の方法によって製造した製品管(No. 8)に
比べて劣っていた。
【0044】なお、熱間押出ままの素管に本発明の方法
を適用した場合には、中間冷間圧延加工で割れ疵が多発
し、以降の加工が不可能で、製品管にすることができな
かった(No. 7参照)。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、従来よりも機械的性質
に優れ、耐食性が同等の高寸法精度な核燃料被覆用管が
得られる。また、費用のかかる中間冷間圧延加工と軟化
焼鈍が1回ですむので、製造コストの低減が図れ、安価
な製品管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】核燃料被覆用管の製造工程を示す図で、同図
(a)は従来の製造工程、同図(b)は本発明の製造工
程を示す図である。
【図2】中間冷間圧延加工における断面減少率が製品管
の管軸方向の高温伸び特性に及ぼす影響を示す図であ
る。
【図3】軟化焼鈍温度が製品管の耐食性に及ぼす影響を
示す図である。
【図4】最終冷間圧延加工における断面減少率が製品管
の外径真円度に及ぼす影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/00 641 C22F 1/00 641C 650 650A 685 685Z 686 686Z 691 691B 694 694A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】沸騰水型の原子炉に用いられるジルコニウ
    ム基合金からなる核燃料被覆用管の製造方法であって、
    再結晶組織とされた素管を用いるとともに、この素管に
    断面減少率90%以上の中間冷間圧延加工を1回のみ施
    して中間寸法に成形し、中間寸法に成形された管に54
    0〜680℃で軟化熱処理を施した後、断面減少率60
    〜85%で最終の冷間圧延加工を施して製品寸法に仕上
    げ、次いで550〜600℃で最終の焼鈍熱処理を施す
    ことを特徴とする核燃料被覆用管の製造方法。
  2. 【請求項2】素管が管内面に純ジルコニウム層をライニ
    ングしたものであることを特徴とする請求項1に記載の
    核燃料被覆用管の製造方法。
JP9182291A 1997-07-08 1997-07-08 核燃料被覆用管の製造方法 Pending JPH1123758A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100701872B1 (ko) * 2001-11-08 2007-03-30 미쯔비시 겐시넨료 가부시키가이샤 핵연료집합체 지지격자의 제조방법 및 그것에 의해 제조된핵연료집합체 지지격자

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100701872B1 (ko) * 2001-11-08 2007-03-30 미쯔비시 겐시넨료 가부시키가이샤 핵연료집합체 지지격자의 제조방법 및 그것에 의해 제조된핵연료집합체 지지격자

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