JPS5891161A - 原子炉用部材の製造方法 - Google Patents

原子炉用部材の製造方法

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JPS5891161A
JPS5891161A JP18700981A JP18700981A JPS5891161A JP S5891161 A JPS5891161 A JP S5891161A JP 18700981 A JP18700981 A JP 18700981A JP 18700981 A JP18700981 A JP 18700981A JP S5891161 A JPS5891161 A JP S5891161A
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JP
Japan
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hot
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temperature
ingot
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Pending
Application number
JP18700981A
Other languages
English (en)
Inventor
Kanemitsu Sato
佐藤 金光
Yoshinori Kuwae
桑江 良昇
Emiko Higashinakagaha
東中川 恵美子
Junko Kawashima
川島 純子
Kunimichi Watanabe
渡辺 邦道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5891161A publication Critical patent/JPS5891161A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)

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】 発明の技術分計 本発明は原子炉用部材、とりわゆ燃料被槙管の製造方法
に関し、更に詳しくは、ノジュラーコロージョンに対す
る耐食性に優れ友原子炉用都劇の製造方法に関する。
糺明の技術的背景とその問題点 ジルカロイ−2,ジルカロイ−4などのジルコニラふ基
合金は、熱中性子吸収断面積が小さいこと、原子炉内環
境に対する耐食性に優れること、構造材料としての機械
的性質を光分に倫えていること、などの理由から原子炉
の炉内構造材料として主用されている。
しかしながら、これらジルコニウム基台金にはその使用
時間の経過とともに、いわゆるノジュラーコロージョン
と呼ばれる腐食反応による白色腐食生成物がその表向に
斑点状に生成してくる。この腐食生成物は、経時的にt
i!肉に集積し、ついには表向から剥離するに至シ、構
造材の機械的強度の低下を招く。仁のことは、例えば燃
料集合体の局部的過熱をもたらし5また、定期検査のI
tiilにおける放射能被嚇の増大の原因を成す。
このような問題点を解決するために、カリウム、イツト
リウム−カルシウム系をジルコニウム基合金の組成分と
すること(米国特許m3261682号参照)、又は、
金%銀、白金、ニッケル、クロム着しくはニオブなど不
活性な金属の層でジルコニウム基合金の構造材の表面を
被接すること(特開昭52−5629号参照)などの試
みが提案されてbる。
しかしながら、これらの試みは技術的に煩雑であシ、ま
た経済的にも高価となって満足できる解決手段ではない
一方、ジルコニクム基合金の原子炉用部材紘通常次のよ
うな方法で製造されて−る〇すなわち、tt”、所定の
配合組成を有するジルコニウム基合金の鋳塊を熱間加工
処理する〇この熱間加工処理工程(工程l)は1通常、
約1000 cのβ領域温度で行なう熱間鍛造工程(工
1ii! II )と550〜800cのα領域温度で
行なう熱間押出し工程(工程l1l)又社熱間圧延工f
tf(工sI’t )とに大別される。工程I、→工程
■、は主として燃料被覆管、圧力管などの管状部材に、
また、工@I、一工程I′、は主としてスベーナの外枠
、バー、ディバイダー及びチャンネルボックスなどの板
状部材に適用される。板状部材の場合には、工程I、を
省いて直接工程I/、で処理することも行なわれている
一般には、工程11と工程I、又は工1!ICの中間で
、工程■、によって得られ九合金塊を丹びβ領域温度K
iで加熱し死後1例えば水焼入れして急冷する、いわゆ
るβ−処理が行なわれる。
このような工程■(熱間加工処理工1りを経て粗加工さ
れた管状部材又は板状部材は、次に冷間加工処理工程(
工程■)に送られて、所定の寸法・形状に加工される・
工程■は、通常。
3〜4回の冷間加工の小工程から成シ、各小工程の間で
はそれぞれ焼なまし処理工程が介在する。
得られた部材は、最後に1曲がシ直じや機械的研摩など
の精整工程(工程■)を経て製品となる。
ここで、ジルコニウム基合金にβ−処理を施すと、その
合金組−1に社つィットマンステッテン構造又はマルテ
ンサイト構造のような微細構造組織が生成し、この微細
構造組織はノジュラーコロージlンに対し優れた耐食性
を有することが知られている(%開陥51−11041
2゜特公昭56−123101照)。
この事実に基づき、特開昭52−70917号では、上
記した一連の工程のうち、最終の段階、すなわち、工程
■を終了した段階でβ−2鵡理する方法が開示されてい
る。すなわち、直径12■長さ4−の燃料被覆管につき
、空気中で10200に加熱して水冷するβ−処理であ
る@この方法は、上記したようなβ−処理の効果が、以
後の工程り又は工程h′、工程■の焼なましなどにおけ
る熱処理によって最終製品では消失してしまうような事
態を防止し、ノジュラーコロージョンに対する耐食性を
向上させるという点で有効である。
しかしながら、この方法では%最終製品の表面に加熱−
冷却処理の際酸化皮膜が生成しその切削除去が必要とな
ること、しかも径が小さく長大な被憶管の内外両面を研
削することは非常に困難であること、また5合金の結晶
粒度が大きくなシ例えば燃料被覆管に規定されている値
を超えるようになること、などの不都合を生ずるO 発明の目的 本発明は、上記したような問題点を解消し、ノジュラー
コロージョンに対する耐食性に優れた原子炉゛用部材、
とシわけ、燃料被覆管の製造方法を提供することに目的
を有する。
発明の概要 本発明方法は、ジルコニウム基合金の鋳塊K。
熱間加工処理を施した後、複数回の冷間加工処理を施し
、ついで精整処理を施す工程を含む原子炉用部材の製造
方法において、熱間加工処理工程と少くとも最終の冷間
加工処理工程との中間の任意の段階で、β相が生成する
温tに加熱してから冷却することを特徴とするものでわ
る0本発明に用いるジルコニウム基合金の鋳塊は。
高純度のジルコニウムスポンジなどのジルコニウム地金
に、 8n、Ni、Cr、Feなどの合金元本を所定量
配合し九*、これをプレス成形し、4F4られたブリケ
ットを消耗電極として真空消耗電極式アーク溶解炉で2
〜3回溶解処理を反復して得られる。又は、ritに市
販されているジルカロイ−2、ジルカロイ−4などのジ
ルコニウム基合金の漁をそのまま用いてもよい。
このような鋳塊を出発原料として本発明方法は次のよう
Kして行なわれる。
まず、鋳塊を工程LK通し鍛造プレス又はハンマーを用
いてβ領域温度で鍛造する。従来の方法においては、こ
のあと、得られた合金塊にβ−処理が施されるが5本発
明方法にあっては、このβ−処理は必ずしも必要ではな
い。
鍛造して得られた合金塊は、次に、外面切削、穴あけ加
工などの機械加工を施した彼、工111t又は工程I2
’に移送してα領域温度で粗加工する。
このようKして熱間加工処理工程(工程I)を紅九粗加
工製品は5次に、冷間加工処理工程(工程■)に移送さ
れて精密加工される。
本発明方法の最大の特徴線、熱間加工処理工程と少くと
も最終の冷間加工処理工程との中間の任意の段階で、β
相が生成する温度に加熱した後冷却することにある。
すなわち、上記した工程■を終了し工程■に移送される
前の段階又は工程■を構成する小工程の任意の段階で上
記加齢冷却処理を行なえばよい。
このときの加熱温度は、α相とβ相とが混在して生成す
る(α+β)領域温寂、β相のみとなるβ領域温度、す
なわち1合金組織にβ相が生成する温度であればよい。
具体的には、840U以上、好ましくは900CS−1
050Cの温度域である。
この加熱処理は、酸化皮膜の生成を防止するために、不
活性ガス若しくは真空中で行なうことが好ましい。
本発明においては、冷却の方法・とじて急冷。
徐冷いずれの方式をも採用することができるC急冷の場
合には、通常、水冷方式が適用され、徐冷の場合にII
′i、上記した加熱処理後、その不活性ガス若しくはX
空中で加工部材をそのまま自然冷却にまかせるという方
式が適用さ些る。
これらの冷却方法のうち、急冷方式であっても本発明方
法によれば、加工部材は既にその形状が塊状からある値
の肉厚の管状又は板状に加工されている丸め、部材の中
心部にまで冷却効果を及はすことができる。しかも急冷
時に生成する酸化皮膜を除去する切削加工はいまだ管径
が大きいので容易である。
本発明方法においては、工程■(冷関加工工@)を次の
ような1〜4回の小工程で構成することが好ましい。
工程■に移送する前に、まず、本発明方法にかかる加熱
−冷却処理を加工部材に施してβ相を生成せしめる。得
られた加工部材を、断面積減少率25〜77%の範囲内
で冷間加工した後、700C以下の温度で焼鈍する。こ
の第1小工程の終了後、得られた部材に断面減少率77
%以下で冷間加工し、ついで700C以下で焼鈍する。
本発明方法にあっては、上記した仕様の第2小工根を更
に2回施して小工程の全体回数が4回以内であることが
好ましい。この小工程が工程■において5目以上反復さ
れると、冷間加工と焼鈍の相互作用によって合金組織に
おける耐ノジユラーコロ−ジョン性の微細構造組織が完
全に均質化して耐食性が低下してしまう。
また、上記した小工程において断面減少率77%を超え
て冷間加工すると得られる加工部材に表面電装、スポー
リングなどが生じ、焼鈍温度が700Cを超えると合金
組織の微細構造組織が消失する傾向が順着と表る。
このような加熱−冷却処理を鮭、工程lを終了した正規
形状の部材は、jl[に常法による精整工程に移送され
て最終製品となる一 発明の実施例 以下に本発明方法を実施例に基づいて爽に詳しく説明す
る。
実施例1 市販のジルカロイ−2を消耗電極式アーク炉を用いて2
回溶解しジルカロイ−2の鋳塊を作製しえ。この鋳塊を
約1ooo cのβ領域温度に加熱して鍛造プレス機で
鍛造し、ブリケットとした。得られたブリケットを旋盤
加工して外径146■内径44.長さ450■の中空ビ
レットとし、この中空ビレットを7000のα領域温度
で熱間押出し処理して外径6345■内径42.66閣
の素管とした。
′この木管をアルゴンガス雰囲気中にて素管のすべての
部分が900Gに達した1k30分間加熱し、ついで水
中に投入して急冷した。管内外面に生じ良識化皮膜を研
削後、4回の冷間加ニー焼なまし処理を反復して燃料被
覆管とした。被覆管の表面には酸化皮膜は認められなか
った・比較のために、加熱−冷却処理をしないことを除
いては、上記と同様の方法で同一材料から同一形状の燃
料被横管を作製した。
これら2本の被覆管につき、 ASTMB−353で規
定されている400G 、 105VclL”の水蒸気
雰囲気中での腐食試験に準拠してs 500C,107
’i/(7の水蒸気雰囲気中で24時間保持す°る加速
腐食試験を行なった。
24時間後、2本の被蝋管を1&L9出し、ノジエ2−
ニア0−ジョンの有無及び腐食増量(被覆管の単位表面
積当りq増量: igp/dm” )を測定した。
本発明方法による被覆管の表向にはノジュラーコ關−ジ
ョンの発生は全く緒められなかった。
比較例゛のものには多数のフジ3−2−コロージlンが
発生していた。
腐食増量についてはその結果を図に示した。
図から明らかなように、本発明方法による被覆管の腐食
増量は比較例のそれに比べて1711.5と極めて小さ
かった。
実施例2 厚み2.54mの純ジルコニウム(ASTM B 35
2等級R60001)の試片2枚(試片l、試片2)、
厚み2.54mのジルカロイ−4(A8TMB352等
級R60802’)の試片2枚(試片3、試片4)を用
意した。
試片l、試片3 t 900CK −lic片2h K
片’を1ooocにそれぞれアルゴン雰囲気中で加熱処
理した。試片lと試片2を水中に投入して急冷した。試
片3と試片4はアルゴン雰囲気中でそのiま自然冷卸し
た。
ついで、試片lと試片2を5ooc、 5okp/cs
Fの加圧水蒸気中に24時間保持し、5時間後の腐食増
量(試片単位表面積当シの馬食量: W9/ dm”)
を測定した。
また、試片3.試片4にライてId、、500t:’ 
10 s ki/c/の加圧水蒸気中に24時間保持し
て加速腐食試験を行なった。5,10.15の各時間に
おける腐食増量を測定し九〇 これらの結果をそれぞれ第2図、第3図として示した◎ なお、比較のために、加熱−冷却処理を施さない純ジル
コニウムの試片(試片5)、ジルカロイ−4の試片(試
片6)についても上記と同様の腐食試験を行なって、そ
の腐食増量を測定し、その結果をそれぞれ併記した。
発明の効果 本発明方法は、ノジュラーコロージョンに対する耐食性
に優れた原子炉用部材、とシわけ燃料被覆管を提供でき
る。を九1%開紹52−70917号に開示された方法
に比べて1本発明方法においては加熱−冷却処理時で生
成した酸化皮膜を途去することが、S材と多わけ被覆管
は未だ歎終の長大な形状にはなっていないので極めて容
易である。
【図面の簡単な説明】
1s1図は1本発明方法による燃料被横管と従来法によ
る燃料被横管につき、 500C,107k)/at’
の加圧水蒸気下で24時間保持したときのそれぞれの腐
食増量を示すグラフである。 第2図、第3図は実施例2における各試片O腐食試験に
おける保持時間と腐食増量との関係図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ジルコニウム基合金の―塊に熱間加工処理を施した彼、
    複数回の冷間加工処理を施し、ついで拮整処iMk施す
    工程を含む原子炉用郁Iの製造方法にふ・いて、 熱間加工処理工根と少くとも最終の冷間加工処tJ−程
    との中間の任意の段階で、 β相が生成する温度に加熱してから冷却することを%微
    とする原子炉用部材の製造方法0
JP18700981A 1981-11-24 1981-11-24 原子炉用部材の製造方法 Pending JPS5891161A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045342A (ja) * 2006-08-17 2008-02-28 Koyama Kosakusho:Kk 杭基礎構造および杭頭処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008045342A (ja) * 2006-08-17 2008-02-28 Koyama Kosakusho:Kk 杭基礎構造および杭頭処理方法

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