JPS58207349A - ジルコニウム合金管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

光Ｈの 本発明は原子炉の炉心の核燃料葭左の改良、特に容器壁
の断面に冶金学的勾配を石りる被覆（クラツディング）
容器をｈする改良核燃籾貧素に関する。 光　　　　　の　　　　　７１− 現在、種々の原子炉が設ｉ１．辻造そしく運転され（あ
り、これらの＋＋；を了かにおいては核燃料を種々の幾
伺学形状例えば平椴、管ま／ｊは棒状を自りるｆＰ利昔
素に収容している。６通燃料物質を耐食性、４］反応竹
、熱伝々性容器またはクラツディングＣ・囲む。複数の
燃料会素を冷７．ＩＩ祠流れチャンネルよＩこは領域内
（゛、固定された相！１間隔にて格子状（ご集合しく燃
料集合体を形成し、［分な数の燃料集合体を組合ぜて、
核分裂連鎖反応性７ゼンＩりまたは自己持続性核分裂反
応をＩＪい得る炉心を形成する。一方炉心は原子炉容器
内に収容され、Ｉ皇子炉容器を経て冷ｆｌＩｌ材を流通
さける。 クラツディング、即ち被覆管は幾つかの目的に役立ち、
そのうら２つの主要目的は、まず第１に。 核燃料と冷却材またはもしも減速材があるなら減速材ま
たはもしも冷ｆＪｌ材と減速材部りとも存（Ｉりるなら
その双りとの間の接触および化学反応を防止すること、
そして第２に、放銅竹核分裂′−＋成物（その一部はガ
スである）が燃料から冷却材゛まＩＪは減速材または冷
却材と減速材の双りとも（ｆ（＋（するならその双りの
中に放出されるのを防止づることにある。被ｍｕ料とし
てはステンレス鋼、］′ルミニウムおよびその合金、ジ
ル−コニウムおよびぞの合金、二Ａブ、ある種のマグネ
シウム合金などが酋通である。被覆管が破損づると、即
ら漏れ密閉性が失なわれると、冷却材または減速口およ
び関連づるシステムが放射性長寿命生成物Ｃ−／ノント
運転を妨害する程度まぐ汚染される恐れがある。 原子炉建造に用いられる材料に関づる重装な必Ｅｌとし
く、低い熱中性子吸収、耐食性、高い１竹および機械的
強ｍが挙げられる１、ジル」ニウｌ、基合金はこれらの
必要条外を１９１−二満たすので、この神の目的に広く
用いられでｄメリ、か）る用途に＋４　Ｉｆｆ　／ζΦ
斂な山数合金の２例としく１ジルｈ１１ｒ−２ｉ１シル
カ［］イー４」が埜（ｙられる。これらの合金は１１常
な沸＠水型涼ｆ炉運転条件下（・腐食を小し、ぞの結末
チャンネル内ル）νい酸化物が剥落しｊ、：す、燃料棒
、Ｆの醇化物がＪｖ　＜なったつり−る。酸化物層Ｙ″
１が剥落すると、場合によっては、か・る薄ハが集まる
４制御棒機椛の近傍に高放射線場を発生づることになり
、また１νい酸化物層の存１１は熱伝導効率を低下し、
その結宋燃利りラツｆイングの局部加熱につながる。 ジルコニウム基合金の高温水およびスチームに（４づる
鍋口抵抗を、か）る合金からりくられる管の他の特性を
損することなく改良することが望まれ（いる。被覆管の
内周と外１＾１との１ｌｌＪ食竹の差を組成勾配をつけ
ることぐ得ることができる。例えば、片面の耐食性をメ
ッキづるか他の手段（−複合Ｍ４造を形成することによ
つＣ高めることが（゛さる。 か）る方法は経費が高い。侵れ／、−耐食性を４４ツる
均一組成の管を形成するのが望ましい。 日　　　の　　　　　８ 本発明によれば、原子か■の特に効果的／イ核燃料要素
被覆管が提供され、本被覆管は管壁のＩｌ′１ｔｒｏ＋
が冶金学的勾配を有することを特徴とする。 冶金学的勾配は、管の内周近くに相対的に低い耐食性の
冶金学的状態を、外周近くに相対的に＾い耐食性の冶金
学的状態を有する。 本発明によれば、ジルコニウム合金被覆管の壁の断面に
か）る冶金学的勾配を発生させるｈ払し提供され、この
方法によれば、最初は相対的に１１＋４食性の低い冶金
学的状態を有する管の外部を、少くとも高α範囲に・、
この管外部を相対的に１ｌ１４食竹：１ の高い冶金学的状態に変態させるのに十分イに時間均一
に加熱する。管外部を加熱するのと同時に、管内部を冶
金学的変化が実質的に起らない、五ｌこ内表面の酸化が
実質的に起らない４庶に維持りる。 管外部の加熱を終了したら、管を１分に迅速に６月１シ
（外周に相対的に耐食性の高い冶金学的勾配を保つ。管
の外部の加熱および冷７ＪＩを不活性流体の（ｆ（ｊ十
ぐ（１−、）　’Ｃ、管外向への酸化物の形成を防＋ｌ
　４るのが好ましい。 ！ＩＬ−μｍ１−１ 本発明の１記Ｊｊよび他の目的およＯ効果は、添（−１
図面を参照しながら以下の詳しいｔ、＞２明を読むこと
により一層よく理解できる（・あろう。 本発明の原理の主要適用分野番、１．第１図の部分的に
破断した側面図に小したよつな核燃料集合体の製作にあ
る。燃料集合体１０は？＃騰氷水型原子川の代表的な燃
Ｆｌ集合体（−、ｒ面がｔよイ正り形の賀１人流れチャ
ンネル］１を具え、この流れチャネル１１のｌ二端には
吊り上げ用取手１２が、下端には通常のノズルが設けら
れている（なお、燃料集合体１０の一ト部を図面から省
略しｌこの（・ノーズピースは図示しくない）。チャン
ネル１１の上端は出

【］１１３′Ｃ″開口し、ノーズヒ
ースの下端には冷却材流通開口が設けられＣいる。核燃
料物質を含ｉづる燃料要素または燃料棒１４の配列体が
チャンネル１１に囲まれ、上端プレート１５および下端
プレート（図示せず）によってチャンネル内に支持され
ている。通常冷却液がノーズピースの］・端の開口から
チャンネル内に入り、燃料要素１４に沿って上向きに流
れ、沸騰水型原子炉の場合部分的に蒸発した状態で、ま
た加圧水型原子炉の場合蒸発しない状態Ｃ畠渇にて上部
出口１３がら外に出る。 核燃料要素または棒１４はその両端が被回ｉ’ｒ１７に
溶接された端栓１８で密封されでおり、燃料棒の集合体
への取付けを容易にするｔこめにスタッド１９を有する
。燃料要素の一端にはボイド仝聞即ちプレナム２０が設
けられて燃料物質の長さ／Ｊ向への膨張を許すとともに
、燃料物質から放出されるガスを貯めることかぐきるよ
うになっ（いる１空間２０には螺旋ばね部材の形態の核
燃料物質押さえ手段２４が位置し、特に燃Ｆｌ要桑の取
扱いａｉよび輸送の際、核燃料物質の軸線り自移動を拘
東する。 燃■貧本は、被覆管と燃料物質との間の熱的接触を良好
にし、中性−ｆ吸収を緩小にし、高速の冷ＩＪ目Ａ流れ
により萌析生じる反りヤ振動に耐えるように設畠１１る
。 本発明の１京理に従つＣ槙成された核燃料＊素または棒
１４を第１図に一部断面に（小づ。燃料装本］４は、こ
こＣは核分裂性物質および／または燃料親物質の複数の
燃料ペレットとしＣノＢされＣいる核燃料物質１６の１
７または１１状体を、構造用被覆管または容器１７内に
配置してなる。ある場合に燃料ペレットを円柱形ペレッ
トまたは球の五゛うな種々の形状とプることかぐさ、ま
た別の場合には粒状燃料のような異なる燃料形態を使用
しく４：）よい。燃料の物理的形態（よ本発明にとって
型費（／、ｃい。核燃料としてはウラン化合物、ｌルト
ーウム化合物、１〜リウム化合、物およびこれらの混合
物を含め（種々の核燃料物質を使用（−きる。好適な燃
料は二酸化ウランまたは二酸化ウランと二＼酸化Ｉルト
ニウムの混合物（・ある。 ここで第２図に移ると、燃料斂索１４の中心１アを形成
づる核燃料物質１６が被覆管１７で囲まれている。原子
炉での使用中、被覆管１７が核分裂ｆｌ：：］アを、コ
アと被覆管との間に隙間２３を銭して包囲する。第２図
は正しい尺麿では描かれ（おらず、隙間２３の即離およ
び被覆管１７の４１ｚを図示の目的′ｃ誇張しである。 被覆管はジル１−ラム合金よりなる。被覆管をシルカ１
１イー２またはシルカ［］イー４ｒ″つくるのが好まし
い。シルカしコイ−２（Ｚ　１ｒｃａｌｏｙ　−２）は
重り％準て゛、約１゜５％錫、０．１２％鉄、０．０９
・％り【１１８．０゜００５％ニッケルおよび０．１％
酸素を含イ」づる。 ジルカロイ−４はニッケルをはイ含りせす、約０゜２％
の鉄を含有すること以外はシルカ１］イー２とほず同様
である。 ジル−」ニウム合金は代表的には金属間粒子相を有する
。前述した・ように、好適なジルコニウム合金は錫、鉄
およびクロムを含もし、そのほかに−ッケルを含有し得
る。好適なジルコニウム合金は金属間化合物Ｚｒ　　（
Ｏｒ　、　）−８）２を含りし、Ｌに粉状Ｍ＋出物の形
ＷＡＣ７ｒ　２　　（Ｎｌ　、　ｌｅ　）を含ｈ　Ｌ、
得る。 純粋４ｆジル１ニウムは、それぞれ＠なる温度範ｉ＋ｔ
＋　（”安定な２つの異なる結晶格子構造または相、ｔ
！Ｉｆ　”＞αおよびβ相を４する。そのほかに、ジル
コニウム合金、例えばシルカ「】イー２８よびシルカ１
１イー４は第；３の中間４庶範囲で２つの結晶格子構造
の安定な混合を右４る。 構造を意味りる。α相が安定な湿度範囲はｌ（ｒｗ！囲
ｊと称される。 ３Ｌだ用語１β帖品構造」またはｊβ相」は、相え１的
に高い渇曵で安定な、体心☆ｈ結＾ル格子構造を意味す
る。β相が安定な４麿範囲は［β範囲」と称される。 純粋なジル」−ラムにおい（は、α帖品＃４造は約１り
８０°トまぐ安定である。はずこの海亀て・相変化が起
り、約１５８０°ト以ｌの温度ぐ安定ｌｊβ結品４＃Ｉ
造が生じる。ジル」ニウム合金は純粋なジル−１ニウム
の相変化温度付近に、αおよびβ結晶構造の混合物が安
定な温度範囲を４　ｔｌる。この混合物が安定な特定の
温良範囲は特定の合金に依存する。例えば、ジルカロイ
−２は約１４９０°ト〜約１７８０’Ｆの一度でα＋β
結晶構造の安定な混合物を示す。 被覆管または容器は、その壁を横切つ（、内周面２４の
相対的に耐食性の低い冶金学的状態から、外周面２６の
相対的に耐食性の高い冶金学的状態まで変化する冶金学
的勾配を４する。 通常、相対的に耐食性の低い冶金学的状態を４（りる管
の部分の金属間粒子相は、はず均一へ形状にあり、また
相対的に耐食性の高い部分の金属間粒子相は少くとも部
分的に、例えば２つのＸ１払配列に偏析づる。しかし、
冶金学的勾配は、相対的に耐食性の高い冶金学的状態と
相対的に１■１の低い冶金学的状態との間に析出相の形
状に関しく検出可能な差をもたないことが確かめられｌ
ご。 本発明はさらに、前述した通りの冶金学約０Ｆｌｄを右
するジルコニウム合金被覆管を製造する／Ｊ仏を提供り
る。本り払Ｃ゛はまず１通常相対的に耐食性の■（い冶
金学的状態にある被＠管を形成づる。 これはα相のしつとし安定む状態で・あり、相対的に耐
食性の高い特性が発揮される渇庶（、二よだ加熱され（
いない管に典型的な状態ｅある。 管の外部を、その部分をもつと＊４良性の高い冶金学的
状態に変態させるのに十分な渇庶（こ加熱する。性の外
部を高α範囲または混合αトβ範囲に加熱りるのが現イ
１のところ好適Ｃある。 α相か安定ｒ：ある１高α」温度範囲が実在し、この範
囲に加熱されたシル１−ラム合金が相対的に１１１４食
性の高い冶金学的状態に１することを確かめた。高α範
囲に加熱され、次い（相対的に耐食ｔ’ｌの高い冶金学
的状態を維持づるのに十分な速さく一急冷されたジル］
−ウム合金は、高い耐食性を小づ。好適ジルコニウム合
金の場合、この範囲は約１３００”　トがら合金がα相
から混合α」β相への＠Ｉ変化を受ける温石ま′Ｃ−ぐ
ある。 １２湿度範囲の１限を混合α１β相が安定な１−限とづ
るのが好ましい。β範囲に加熱りると、望ましい相対的
に耐食性の高い冶金学的状態がｉ：ｊ　’３れるものの
、管の加熱および冷却により多くの１ネルギーと時間を
必要とづる上、管の延性を低１・する。β範囲ではなく
高α範囲または混合α１β範囲での熱処理であれば、ジ
ルコニウム合金の延性に与える影響がはるかに少ないこ
とを確かめ／ｊ　。 しかし、上述した通りの本発明は、管の外側部分を約１
３００°Ｆ以上の高α範囲から約Ｉ　Ｂ　００°Ｆ以上
のβ範囲までに及ぶ温隘に加熱づることにより、行うこ
とができる。 管の外部を加熱する間、管内に冷却液を流づことにより
、内面を十分低い温′度に紺持し−（相対的に耐食性の
低い冶金学的状態を保つとともに酸化物の形成を防止す
る。特に薄肉管、例えば壁１νか約１インチ以下ぐある
管には冷却液の使用が心力ｅある。その理由は、ジルコ
ニウム合金が高い熱伝導率を有し、実、除土、管の内側
部分を望ましくない温痘まＣ加熱しないような速度で管
の外８１１に熱を加え次いで除くことはできないからて
゛ある。 内面湿度が約８００’　Ｆを越えないことが好ましい。 約８００°［より１′ｃ″は内面に酸化物生成が起る。 ３内面諷痘が約２１０’ｌ−を越えないことが一一〇（
ましい。内面？１Ｉ１１磨が約２１０°ト以下（・あれ
ば、冷ＩＪｌ　故としＣ常圧の水を使用しても、管内Ｃ
′実！Ａ的な蒸気（スー１−ム）の介１１がない。 仏の外１ｍをその部分の合金を相対的（こ耐食性の高い
冶金学的状態に変態さＵるのに１−分に加熱した後、管
を相り・１的に耐食性の低い冶金学的状態への゛夫ｒ４
的弯態を防止りるのに１−分な速さぐ冷却°りる。これ
により管の外部に斐態高α結晶構造または変態混合α−
１β結晶＃４造をｈりる管が得られる。 ジルｌ−ラム合金管のある部分を高α範囲にそのｎ１分
を相対的に耐食性の高い冶金学的状態（こ変態さけるの
に４分４ｆ時間加熱し、次いで相対的に耐食性の低い冶
金学的状態への戻り変態を実質的に防１４るように冷却
した場合、当該部分を不明＠Ｉ　Ｊ、：ぐは１変態高α
」活部＃４ハを石りると記述りる。 １１１様４．１、（Ｘ相から混合α）β相への相疫化を
起さけるのに十分／、が渇位に加熱され１次いでと１１
されたジルコニウム合金管の部分を、不明細占ぐは「変
態α１β」活部構造を有りると記述する。 上記熱処理を不活性流体の存在モで行って管の外面ｅの
酸化物の生成を防１Ｌするのも９ｆましい。 第３図に本発明に従って被覆管を熱処理りる装置を承り
。上述した通りの冶金学的勾配を実現りる好適り法て゛
は、被覆管３１の外部の円周部分を少くとも高α範囲に
、好適なジルコニウム合金の場合約１３００°Ｆ以−［
に均一に加熱し、その間管の内周面を約８００　’　Ｆ
以下に、好ましくは約２１０°以下に維持する。被覆管
３１を誘導１イル３３を通しで、管前進手段、例えばロ
ーラ２３２に機械的に連結づる。管を一定な白線移動速
劇（−曲進させて管への均一な熱分布を達成暖る。ＩＪ
ｆ適な速葭は約４〜３０インチ／分またはイれＬＸ　、
ｌ　（−ある。移動速度を誘導−１イル内滞留時間が１
分どなるように調節し、管が管の外周部分を相夕・１的
に耐食性の高い冶金学的状態に変態させる植の熱を受取
るようにする。 熱を誘導−１イルにより発４・さＵる。誘導１イルを代
表的には周波数ζＬ　０００−′−り０．０００１−１
７の範囲の交流でイ・］勢づる。使用電ツノを必装ωの
熱を発！＋さｌるのに−１−分なものとりる。管の誘導
ｌイル内の１ｉ域を、その外面（・一層高い耐食性状態
Ｉ＼の冶金学的変態を起さけるのに４分な２１Ｉ！麿に
加熱づる。 相対的に耐食性の高い冶金学的状態への変態の範囲また
は深さは、誘導コイル内の管の時間と渇醜に依りする。 瀉麿は１イルｌ＼の人力電力に依存りる。輸銅＾編計３
４が管の加熱領域の外面温度を感知し、標準電子ノイー
ドパック制御シスラム３６ａ５よび整合ステージ」ンご
３７を介しＣ１１イル３３への人力電力を調節すること
により、温石を選択値に制御し、限定する。 被覆管の外面ぐの酸化物生成は、誘導Ｔ″１１イル内熱
領域および周囲環境をヘリウムなどの不活ｔ’ｌ流体（
・おおうことにより最小限に抑えられる。 即ら、高熱領域を入口ボックス３９および出口ボックス
４１に接合した６英管３８内に配置する。 不活性ガスを出口ボックス４１にバイ１４２がら導入し
、管が装置に入る位置および出る位置の人口グランド４
３および出口グランド４４による流出ガス流への流れ抵
抗によって、石英管内部の高熱領域にわずかな正のガス
圧をＮ持りる。 管の外部を加熱しでいる間、冷ｕ１液を可撓ライン４６
を経て管内に通すことにより管の内面を冷却リ−る。好
適な冷却液は水である。管の内面と接触する流動冷却液
は管の内側部分を相対的に耐良性の低い冶金学的状態に
維持する。管の内面は、低湿に保たれるので、熱処理中
に化学反応や酸化を受けない。管の加熱領域が誘導コイ
ルを通り過ぎ、管の当該部分に入ってそれを加熱りる■
ネルギーがなくなると、管の内側に流れる水が管壁を通
しＣの熱伝導により管の外側部分を迅速に冷Ｊｕｌする
。冷却は十分に迅速ぐ、誘導コイルにまり１１じた相対
的に耐食性の高い冶金学的状態をＩＩＩ持りる。 第４図に誘導コイルを通過中の管の部分を断面図としＣ
示す。管４８を進めるにっれＣ，講府１イル４９内に管
４８の高熱領域４７が１成される１゜管の内部（ご流れ
る水５１にまり管４Ｂの内側部分４）２がｉ？ｉ　７Ｊ
１され、熱の影響を受りない状態に留まる。？電が前進
するにつれて、誘導１イル４９ぐ加熱され（いた管の外
側部分５）コうか熱伝導により６月１され、熱はへの内
部に流れる水に伝えられる。 これにより、管の外側部分５）３が熱処理により相対的
にｔｆｆ４食竹の高い冶金学的状態に変態され（ａ３す
、内側部分５２が熱処理による影響を受け（いむい、冶
金学的勾配が〈１じる。図面Ｃは管の内側部分ｂ２ｒＪ
ｉよび外側部分５）３を２つの別個の層と【ノ（間車し
くあるが、冶金学的には実際のところ１■１が次第に変
化づる。 誘導による管の加熱が加熱払としく好適ぐあるか、望ま
しい結果を得ることのｅさる急速加熱法は他（こし多数
ある。例えば、管の一端から他端に電流を流づことによ
り、管全体を所望の温石範囲（、二、即４）少くとし高
α範Ｈに加熱りることが（゛きる。これり、Ｌ、管の両
＠イれぞれにリング、即ら円！１番電気接ｓ：、ｔをイ
・口Ｊること（−？１・）ＪどがＣきる。電２々を調節
しく、管の電流抵抗により管を加熱４るのに十分となる
ようにづる。管内に流れる冷Ｕｎにより管の内面を十分
に冷ＮＩ　Ｌ　Ｕ　Ｍ化物生成を防１トするとともに、
管全体を十分迅速に冷ｆＪＮ、、１゛ｈ流遮断後に、熱
処理により発生した相対的゛に耐ｒ：Ｘ性の高い冶金学
的状態を保持りる。この熱処理１人も不活性雰囲気中ぐ
行っで、管の外面への酸化物の生成を防止づるのがよい
。 冷却液を管の内部に流しながら、管を炉ｃ　１１１１熱
することにより所望の冶金学的勾配を達成づる９−とも
できる。しかし、この方法ｅは管の外面（・の酸化物生
成の防止・がより困難である。 本発明による熱処理は管成形の１１意の段階（・１１う
ことができる。本り法は、最終製品を処４１１１　ｃＪ
るのに特に有効であり、最終製品は６急の変形を受（Ｊ
ることなく熱処理ぐきる。しかし、最終冷間ＩＡｉ形加
下に九０っで熱処理を１ｊうのが現（１のとＪ／）好適
ぐある。これにより管に一層人さな壁ｊν’ａ′Ｊえる
ことになり、壁１ソが人さくＪれば相ｉｊ的に少／、朱
い」ニネルギー（管の外面を所望温石に加熱するＪとが
できる。それは、管壁を経（の熱伝導による熱の除去が
、甲Ｊνが小さい管より遅いからぐある。 熱処理後に行われる冷間管成形加１４．１被覆管の壁の
冶金−１・的ＩＭ　ｔ／ｌを比例的に減少さけるが、こ
の熱処理（・達成された有益な効果を茗しく減じるｂの
（−１，Ｌ＜１い、。 管の相対的にｔｔ４食竹の高い冶金学的状態は相対的に
ｌｌ１４食ｆ１の低い冶金学的状態より、熱水およびス
゛ｆ−ム環堤１・で醸化に対４る抵抗ツノが強い。１６
ピｌ〕法を用いることにより４１ノられる被覆管は、代
表的にはスチームおよび熱水ど接触りる叩−の部分Ｃあ
る管の外部に相対的に耐食性の高い冶金学的状態をイｊ
し、かつ管全体にわｌこり′Ｃは望ましい機械的特性、
即ら高い延性を維持しＣいる。 人」１例　　１ ■°１（￥約２．５インチ、長さ約（５ノイーｉ〜、壁
）Ｖ約０．４３０インヂのジルツノ１１イー２の管シ１
ル４ニア１　ｇ誘今１イル内に配置ｉ￥　Ｌ　／、：　
Ｉ＋管シｌルの内部に水を約５力【」ン、／分の流醋（
・流しＩζ。誘導１イルを２００−へｌｌｒノッ１−１
３０００ト１１の電源ぐ適当な整合変成器を介しｃ付勢
しｌご。 誘Ｉ＄−１イル内の管シ］ルの外部の温度を約２２秒で
約１６５０°Ｆまで上シフさけた。管シ１ルの外部の温
度を約１６５０’ｔ−に約８秒間雑１．％　Ｌ、　ｆ（
。 次いで電力をｍｌ！ｉＬ、、水を管内部に流したま・、
管シ１ルを約４００°Ｆまで約２１秒て゛放冷し／Ｊ　
。 次に熱処理した管シＬルをピルガ−製管機に３回連続的
に通して、外径的０．４８３インチ、早厚約０．０３２
インチを自づる最終被覆管に減径した。１回の成形（減
径）パス毎に、管を約１１５０°［−で約２時間焼なま
しｌζ。 次に管シェルを約９３２°Ｆで約２４時間スチーム腐食
試験した。管の熱処理を加えられｋ　１ｌｉＬ１分につ
いでの腐食増ωは管の非熱処理部分の’（’＝ｌる増量
の約１／４であった。 管ユニットの内側部分は本発明の熱処理中４′）と相対
的に低い′１ｊＩＡ麿に保たれ、従っ（この１×織（Ｊ
は４意な変化がないのぐ、本発明は、核分裂１１成物に
抗する内側障壁または原子炉内での燃１’ｌ容器として
の他の作用効果をなす、コーティングまたはライニング
などの種々の内側部分を４４する管ユニｌトに適用でき
る。本発明を適用Ｃさる核燃料り）ツｆイグ用の管は、
米国特♂１第４．２００゜４９２　＋″Ｊに間車されＣ
いるようなジルコニウム金属陣甲をｈりる管、ならびに
複合シイナを含めＣ銅よｌごは他の金属シイナをイＪす
る管、例えば米国特４第３．９６９．１８６シー）、第
３，９２５．１５）１月、第＝１．０２２．６６２号、
第４．０４５゜２　ＥＳ　８　Ｈａｉよび第４．３１６
．７７１号に開示されｌ、：ユニットとすることがＣ−
さる。 第５）図に本発明に従って熱処理した障壁ライニング（
Ｊ　、！管を小づ。本例（゛は、燃料１６用の被覆管ま
１．：は容器１７は、相λ・１的にＭ食性の高い冶金学
的状態をイＪＬＪる外周領域２６が設Ｇ〕られＣいるの
に加えＣ、ライノり４が内周または内面２４に結合され
（いる。ライノ５４はジルコニウムよＩこは当業青にこ
れまＣ・障壁としく用いられくいる他の金属ぐつくるこ
とがぐきる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の］京理に従−）（Ｍ４成された核燃１
′４装桑をｈりる核燃料束合体を一部断面にＣ小づ側面
図、 第２図は本発明の原理に従って製造しＩζ被薗管を約４
る核燃料要素を篩張しＣ小す横ｌｌｉ面図、第３図は本
発明の原理に従っ（ｌｔＮＭ管を熱処理する装置の斜視
図、 第４図は第３図に示す装置の加熱領域中の被覆管の部分
的断面図、および 第５図は本発明の原理に従って製造した、陣Ｗンイノー
付き被覆管をｈする核燃料酋素を小・〕横Ｗ＋面図であ
る。 １０・・・・・・燃料斂素、　　１６・・・・・・燃料
物負、１７・・・・・・被覆管、　　　２４・・・・・
・内周、２６・・・・・・外周、　　　　３１・・・・
・・被覆管、３３・・・・・・誘導コイル、　４７・・
・・・・高熱領域、４８・・・・・・被覆管、　　　４
９・・・・・・誘導コイル、５１・・・・・・水、　　
　　　５２・・・・・・内側部５Ｉ、５３・・・・・・
外側部分、　　５４・・・・・・ライノ。 特訂出願人 ゼネラル・■レフｌ−リック・カンバーｒ代理人　（７
６３０）　　生　沼　槌 第１頁の続き 優先権主張　０１９８２年４月１５日■米国（ＵＳ）■
３６８７１５ ＠ｌ！　　間者　　ジョン・リー・ハーモンアメリカ合
衆国ノース・カロラ イナ州つイルミントン・アップ ルトン・ウェイ４２５０番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内ＩＡＩが相λ・ｊ的に低い耐食性を、外周が相対
   的（こ＾いｔＪ４食性を菅する冶金学的勾配を有し、外
   周部分が変態高α結品＠造まＩこは変態混合α（β結晶
   構造よりなることを特徴とするジル−１一ウ１１合舎管
   。 ２、外周の冶金学的状態が実質的に変態高α結晶構ｉ＾
   のみよりなる特許請求の範囲第１ｖＡ記載のジルコニウ
   ム合金管。 ３、外周の冶金学的状態が実質的に変態混合α）β結晶
   Ｉｉ４造のみよりなる特許請求の範囲第１１ｔ４記載の
   ジルコ１ニウム合金管。 ４、内周および外周部りに相対的に耐食性の低い状態を
   ｂｉるジルコニウム合金管を形成し、管の外周に隣接す
   る部分だけを高α範囲または混合α４−β範囲に、その
   外周部分を相対的に耐食性の高い状態に変態させるのに
   １分な時間選択的に加熱し、次いぐ外因に相対的に耐食
   性の高い状態を保つのに十分に迅速に加熱部分を冷却す
   る方法により製造された、内周に相対的に耐食性の低い
   状態を、外周に相対的に耐食性の高い状態をｈするジル
   コニウム合金管。 ５、相対的に耐食性の低い状態がはイ均一な分布の金属
   間粒子相よりなる特許請求の範囲第４項記載のジルコニ
   ウム合金管。 ６、相対的に耐食性の低い状態が少くとし部分的に偏析
   した分布の金属間粒子相よりなる＃ｈ　ａ’ｒ請求の範
   囲第４項記載のジルコニウム合金管。 ７、管の外周に隣接する部分を熱を管の外部に導入りる
   のと１５］時に、熱を管の内部から除ムすることによっ
   て選択的に加熱する方法に五〇（製造された特許請求の
   範囲第４項記載のジル１ニウム合金管。 ８、相対的に耐食性の低い冶金学的状態をｈするジルコ
   ニウム合金管を形成し、管の外周部分を高α範囲または
   混合α十β範囲に、管の外周部分を相対的に耐食性の高
   い冶金学的状態に変態さυるのに１９４１時間加熱し、
   この間管の内周部分を−１分低い温度にＩ［ｔＪ、’ｔ
   Ｌ（内周面に実質的な冶金学的変・化が起らないように
   し、次いで外周４．Ｘ相対的に耐食性の高い冶金学的状
   態を保）のに１分に迅速に管を冷１４１−＝ｌる］程よ
   りなる、管の内周に相対的に耐食性の低い冶金学的状態
   名、外因に相対的に耐食性の高い冶金学的状態をｉりる
   冶金学的勾配をイ」りるジル］−ウム合金管の製造り払
   。 ９、相体ｌ的に耐食性の低い冶金゛ｔ′的状態かほず均
   一な分布の金属間粒子相よりなる特許請求の範囲第８項
   記載のｈ沫。 １０、相対的に耐食性の高い冶金学的状態が少くとし部
   分的に偏析した９荀の金属間粒子相よりなる特許請求の
   範囲第８項記載の方法。 １１、管の外周部分を少くとし約１３００’Ｆ−に加熱
   づる特許請求の範囲第８１１４記載の方法。 １２、管を誘導］イルに通りことによっＣ管の外周部分
   を加熱し、この際誘導−１イルを管の外周部分をぞの部
   分が相対的に耐食性の高い冶金学的状態に変態する湿態
   に加熱するのに１分な交流電流ぐ付勢り−る特許請求の
   範囲第８項記載のｈ沫。 １３、管にはり均一な電流を通すことに五つ（管の外周
   部分を加熱し、この際電流を管の外１６１部分をその部
   分が相対的に耐食性の高い冶金゛を的状態に変態する温
   度に加熱覆るのに十分な電流とする特許請求の範囲第８
   項記載のｈ払。 １４、管の外周部分を加熱する間、管の内しく日二冷Ｆ
   Ｊｌ液を連続的に通すことにより管の内周部分を特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の）“３７人、。 １５゜加熱後、管の内部に冷却液を通りことにより管を
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方法。 １６、ざらに、加熱および冷却中、管の外周面に酸化物
   が生成するのを防止づ゛る特許請求の範囲第８項記載の
   ｈ簸・。 １７、管の外周部分を不活性流体の在合下（−加熱およ
   び冷却することにより管の外周面（・の酸化物の生成を
   防止づる特許請求の範囲第１６項晶ピ　卆ｋ　の　Ｉ〕
   　７人　。 １Ｆ３．内周面（７）　Ｍ　ＩＪｊが約８００’ｌを越
   えない袖ｎ請求の範囲第８項記載の′ｈ法。 １９、内周面の温石が約２１０”ｌを越えない特許請求
   の範囲第８項記載の７’Ｊ法。 ２０、相対的に耐ｆ＆牲の低い冶金学的状態を全般的に
   ｉりるジル」−ラム合金琶を形成し、管を誘導１イルに
   通りことにより鯰゛の外１６１部分を加熱し、この際誘
   導」イルを管の外周部分をその部分が相対的に耐食性の
   高い冶金学的状態に変態づる温鴫に加熱するのに十分な
   交流電流Ｃ付勢し、この加熱の間管の内部に冷ＩＪ１液
   を通しく管内面で一実質的な冶金学的変化が起らないよ
   うに４６とともに管内面ぐの酸化物の生成を防＋）−シ
   、加熱後も管の内部に冷ｆｉｌｌｉ！を通し続けること
   により外周に相対的に耐食性の畠い冶金学的状態を帷持
   するのに十分に迅速に管を冷Ｎ１する１程よりなる、管
   の内周に相λ・１的に耐食性の（（い冶金学的状態を、
   外周に相対的に耐食性の＾い冶金学的状態をｈ″ｇる冶
   金学的勾配をｈするジルコニ９６合金管の製造方法。 ２１、管の外周部分を高α範囲の湿度に加熱づる特許請
   求の範囲第２０項記載の方法。 ２２、管の外周部分を少くとも約１３００”１に加熱す
   る特許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２３、管の外周部分を混合α＋β範囲の１１こ加熱する
   特許請求の範囲第２０項記載のｈ沃、。 ２４、管の外周部分をβ範囲の温度に加熱づる特許請求
   の範囲第２０項記載の方法。 ２５、管の内周面の温度が約８００’　トを越えない特
   許請求の範囲第２０項記載のＩＪ法。 ２６゜管の内周面の温度が約２１０°トを越えない特許
   請求の範囲第２０項記載のｈ払。 ２７、冷に１液が水である特許請求の範囲第２６項記載
   の方法。 ２８、ざらに゛、加熱および冷却中、管の外周面に酸化
   物が生成するのを防止する特許請求の範囲第２０項記載
   の方法。 ２９、管の外周部分を不活性流体の存在上（’　／Ｊｌ
   ｌ熱Ｊ３よび冷却することにより管の外周面（゛の酸化
   物の１１成を防１１づる特許請求の範囲第２８項記載の
   ｈ？人。 ３０、シル１−ラム含金を高α範囲に加熱し、耐食性の
   冶金学的状態を保つの←ニ１−分に迅速に恕冷りること
   よりなる、シル１−ラム合金の耐良性を＾めるｈ？人。 Ｊ３１．ジル１−ウ１１合金を少くとし約１３００°［
   −に加熱りる特許請求の範囲第５３０拍記載のＩ）　１
   人　。 ご３２．内周が相ス・ｊ的に低い耐食性を、外周が相ス
   ・１的に高い耐食性を♀りる冶金′ｆ的勾配を石し、外
   周部分が変態高α結晶構造または変態混合α）β結晶構
   造上りなり、内側式ｔｉ＋に障壁ライナが結合されたジ
   ル−」ニウム合金管。 ３３３、障壁ライナがジルコｌニウム金属である特ｉす
   ｂ＾求の範囲第３２項記載のジル１−ラム合金管。 ３３４、内側表面にジル」−ラム金属の障壁ライブが結
   合された、内周および外周部りに相対的に１１１４食性
   の低い状態をｉづるジル」ニウム合金管を形成し、管の
   外周に隣接りる部分だ１ノを高α範囲または混合α＋β
   範囲に、外周部分を相対的に耐食性の高い状態に変態さ
   けるのに１分な時間選択的に加熱し、次いで外周に相対
   的に耐食性の高い状態を保つのに十分に迅速Ｇこ加熱部
   分を冷却りることにより製造された、内側表面にジルコ
   ニウム金属の障壁ライＪが結合され、内周に相対的に耐
   食性の低い状態を、外周にＨ１対的に耐食性の高い状態
   をｈするジルｌ−・′ツム合金管。 ３５、内側表面にジル］ニウＩ＼金属の陣甲−７（すが
   結合された、相対的に耐食性の低い冶金゛１゛的状態を
   ｈするジル−コニウム合金管を形成し、管の外周部分を
   高α範囲または混合α＋β範囲に管の外周部分を相対的
   に耐食性の高い冶金・ｉ・的状態に変態させるのに十分
   な時間加熱し１、この間管の内周部分を十分低い温度に
   Ｎ持しく内占 面で実質的な冶金学的変化が起らないように（２次いで
   外周に相対的に耐食性の高い冶金学的状態を保つのに十
   分に迅速に管を冷ＩＪｊ　ｒるＪ稈よ＆）なる、内側表
   面にジルーＪ−ウム３属の障壁ライＪか結合され、管の
   内周に相ス・ｊ的に耐蚕牲の低い冶金学的状態を、外周
   に相対的に耐食性の＾い冶金ｑ的状態をｉりる冶金・−
   Ｉ的勾内己を有づるジル１−ラム合金管の製’１Ｍｈｉ
   人。