JPS5993861A - 原子炉燃料用被覆管の製造法 - Google Patents
原子炉燃料用被覆管の製造法Info
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- JPS5993861A JPS5993861A JP57200312A JP20031282A JPS5993861A JP S5993861 A JPS5993861 A JP S5993861A JP 57200312 A JP57200312 A JP 57200312A JP 20031282 A JP20031282 A JP 20031282A JP S5993861 A JPS5993861 A JP S5993861A
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- JP
- Japan
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- nuclear reactor
- cladding tube
- manufacturing
- reactor fuel
- zirconium
- Prior art date
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing 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
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は原子炉燃料用被覆管の製造法に係り、特に被覆
管外表面の耐食性を向上させた、ジルコニウム基合金よ
りなる原子炉燃料用被覆管に関する。
管外表面の耐食性を向上させた、ジルコニウム基合金よ
りなる原子炉燃料用被覆管に関する。
ジルコニウム合金は、優れた耐食性と小さい中性子吸収
断面積とを有しているため、原子カプラント炉内構造部
材である燃料棒被覆管、燃料集合体チャンネルボックス
等に使用される。前記用途に使用されるジルコニウム合
金は、ジルカロイ−２（ジルコニウムにＳｎ：約１．５
％、Ｃｒ：約０．１％、Ｆｅ：約ｏ、ｘ＊、Ｎｉ：約０
．０５％’に添加したもの）及びジルカロイ−４（ジル
コニウムにＳｎ：約１．５％、Ｂ’ｅ：約０．２％、Ｃ
ｒ：約０．１％を添加したもの）の２種類である。しか
し、耐食性の優れたジルコニウム合金においても、炉内
で長時間にわたり高温高圧の水あるいは水蒸気にさらさ
れると、厚膜化した酸化被膜のために熱伝達係数が低下
したり、局所的過ｉ１ｊ！ｌ：生じたりして、時には原
子炉の運転に支障をきたす場合がある。かかる事故を防
止するために、熱処理により耐食性を向上させる方法は
従来公知である。
断面積とを有しているため、原子カプラント炉内構造部
材である燃料棒被覆管、燃料集合体チャンネルボックス
等に使用される。前記用途に使用されるジルコニウム合
金は、ジルカロイ−２（ジルコニウムにＳｎ：約１．５
％、Ｃｒ：約０．１％、Ｆｅ：約ｏ、ｘ＊、Ｎｉ：約０
．０５％’に添加したもの）及びジルカロイ−４（ジル
コニウムにＳｎ：約１．５％、Ｂ’ｅ：約０．２％、Ｃ
ｒ：約０．１％を添加したもの）の２種類である。しか
し、耐食性の優れたジルコニウム合金においても、炉内
で長時間にわたり高温高圧の水あるいは水蒸気にさらさ
れると、厚膜化した酸化被膜のために熱伝達係数が低下
したり、局所的過ｉ１ｊ！ｌ：生じたりして、時には原
子炉の運転に支障をきたす場合がある。かかる事故を防
止するために、熱処理により耐食性を向上させる方法は
従来公知である。
純ジルコニウムは、約８６０°Ｃ以下では稠密六方晶（
α相）の結晶構造を有し、それ以上の温度では体心立方
晶（β相）の結晶構造を有する。ジルコニウム合金にお
いては、一般に、α相安定化元素である３ｎ及びβ相安
定化元素であるＦｅ。
α相）の結晶構造を有し、それ以上の温度では体心立方
晶（β相）の結晶構造を有する。ジルコニウム合金にお
いては、一般に、α相安定化元素である３ｎ及びβ相安
定化元素であるＦｅ。
Ｃｒ、ＮｉあるいはＮｂが添加されているため、α相と
β相とが共存する温度範囲（以後〔α十β〕相温度範囲
と記す）がある。ジルカロイ−２あるいはジルカロイ−
４においては、前記〔α十β〕相温度範囲は、はぼ８３
０°Ｃ〜９６０°Ｃである。
β相とが共存する温度範囲（以後〔α十β〕相温度範囲
と記す）がある。ジルカロイ−２あるいはジルカロイ−
４においては、前記〔α十β〕相温度範囲は、はぼ８３
０°Ｃ〜９６０°Ｃである。
約９６０°Ｃ以上では、β相単位（以後、β相温厩範囲
と記す）となる。〔α十Ｉ〕相温度範囲あるいはβ相温
度範囲から急冷されたジルコニウム合金は、マルテンサ
イト状組織を有し、合金添加元素の一部あるいは大部分
はジルコニウムマトリックヌ中に過飽和に固溶している
。しかし、冷却速度が遅いと、主としてＦ’ ｅ 、
Ｃｒは冷却過程でジルコニウムとの金属間化合物として
析出し粗大化する。
と記す）となる。〔α十Ｉ〕相温度範囲あるいはβ相温
度範囲から急冷されたジルコニウム合金は、マルテンサ
イト状組織を有し、合金添加元素の一部あるいは大部分
はジルコニウムマトリックヌ中に過飽和に固溶している
。しかし、冷却速度が遅いと、主としてＦ’ ｅ 、
Ｃｒは冷却過程でジルコニウムとの金属間化合物として
析出し粗大化する。
かかるジルコニウム合金の性質ヲ利用し、従来〔α十β
〕相温度範囲めるいはβ相温度範囲から急冷させてジル
コニウム合金部材の金属組織を改善することにより耐食
性を向上させる熱処理が公知である。前者は、〔α十β
〕クエンチ、後者は、βクエンチと称されている。
〕相温度範囲めるいはβ相温度範囲から急冷させてジル
コニウム合金部材の金属組織を改善することにより耐食
性を向上させる熱処理が公知である。前者は、〔α十β
〕クエンチ、後者は、βクエンチと称されている。
しかしながら、冷間圧延工程により被覆管を製造する場
合、この冷間圧延工程前に上述のような表面焼入れを行
なう方法では、例えば９６０°Ｃ以上に加熱された後急
冷されたマルテンサイト状表層は硬化しているたぬ、圧
延中に表面割れが生じる可能性があす、オた表面硬化層
が内部に巻き込まれて表層傷の原因になるという欠点が
あった。
合、この冷間圧延工程前に上述のような表面焼入れを行
なう方法では、例えば９６０°Ｃ以上に加熱された後急
冷されたマルテンサイト状表層は硬化しているたぬ、圧
延中に表面割れが生じる可能性があす、オた表面硬化層
が内部に巻き込まれて表層傷の原因になるという欠点が
あった。
本発明の目的は、上述の如き欠点を解消し、ジルコニウ
ム基合金からなる被覆管の耐食性の向上のための熱処理
に際し、焼入後の圧延性全確保するたり）に、焼入れに
より高温度領域から急冷されてマルテンサイト状に変態
した、硬度の高い表層を除去し、耐食性及び圧延性とも
に良好である〔α＋β〕相温度範囲から急冷された領域
を表層に残す、原子炉燃料用被覆管の製造法を提供する
ことにある。
ム基合金からなる被覆管の耐食性の向上のための熱処理
に際し、焼入後の圧延性全確保するたり）に、焼入れに
より高温度領域から急冷されてマルテンサイト状に変態
した、硬度の高い表層を除去し、耐食性及び圧延性とも
に良好である〔α＋β〕相温度範囲から急冷された領域
を表層に残す、原子炉燃料用被覆管の製造法を提供する
ことにある。
本発明は、ジルコニウム基合金を熱間押出した後冷間圧
延を施すことにより、ジルコニウム基合金よりなる原子
炉燃料用被覆管を製造する方法において、熱間押出後表
面焼入れを施し、焼入れにより硬化した表層を除去した
後、冷間圧延全格すことを特徴とする原子炉燃料用被覆
管の製造法、を要旨とするものである。
延を施すことにより、ジルコニウム基合金よりなる原子
炉燃料用被覆管を製造する方法において、熱間押出後表
面焼入れを施し、焼入れにより硬化した表層を除去した
後、冷間圧延全格すことを特徴とする原子炉燃料用被覆
管の製造法、を要旨とするものである。
以下に本発明の詳細な説明する。
本発明の原子炉燃料用被覆管の製造法は、熱間押出後表
面焼入れ及び表層の除去を行なった後、冷間圧延を行な
うことに特徴を有し、この表面焼入れと表層の除去以外
は、通常の製造法と同様に行なわれる。
面焼入れ及び表層の除去を行なった後、冷間圧延を行な
うことに特徴を有し、この表面焼入れと表層の除去以外
は、通常の製造法と同様に行なわれる。
表面焼入れは最終の熱間押出後であればよく、その後冷
間圧延を数回性なう場合には、これらの圧延のうちいず
れの冷間圧延の間に行なっても、同様の効果が得られる
。
間圧延を数回性なう場合には、これらの圧延のうちいず
れの冷間圧延の間に行なっても、同様の効果が得られる
。
表面焼入れは表面の温度が９３０℃以上となるように行
なうのが、後述の実施例の結果から、好ましく、またこ
のような表面焼入れにより硬化する表層の厚さは、通常
０．０１〜１． Ｏｍ ｍ程度である。焼入れはレーザ
照射、高周波加熱、火炎等、通常の手段が採用される。
なうのが、後述の実施例の結果から、好ましく、またこ
のような表面焼入れにより硬化する表層の厚さは、通常
０．０１〜１． Ｏｍ ｍ程度である。焼入れはレーザ
照射、高周波加熱、火炎等、通常の手段が採用される。
表面焼入れにより硬化した表層の除去は、Ｉｆ Ｎ Ｏ
ｓ及びＨＦの混合溶液による酸洗等の化学的方法又はサ
ンドブラスト等による機械的研磨等の機械的方法、ある
いはこね、らの組合せにより行なうことができる。
ｓ及びＨＦの混合溶液による酸洗等の化学的方法又はサ
ンドブラスト等による機械的研磨等の機械的方法、ある
いはこね、らの組合せにより行なうことができる。
本発明においては、このような表面焼入れ後又は硬化表
面の除去後、４００〜６４０°Ｃ程度の温度範囲で焼な
ましを施してもよい。
面の除去後、４００〜６４０°Ｃ程度の温度範囲で焼な
ましを施してもよい。
表面焼入れ及び硬化表層の除去ケ行なった管（は、通常
の方法により冷間圧延を施し、場合により表面処理全行
なって製品とされる。
の方法により冷間圧延を施し、場合により表面処理全行
なって製品とされる。
本発明はジルコニウム基合金によって構成されるチャン
ネルボックス、燃料スペーサなどの部材の製造プロセス
にも適用可能であり、又、ジルコニウム基合金よりなる
被覆管が、内面に他の元素あるいは純度の高いジルコニ
ウムあるｔＸは組成の異なるジルコニウム基合金を配す
ること全特徴とする多重層管であっても、本発明は十分
適用可能である。
ネルボックス、燃料スペーサなどの部材の製造プロセス
にも適用可能であり、又、ジルコニウム基合金よりなる
被覆管が、内面に他の元素あるいは純度の高いジルコニ
ウムあるｔＸは組成の異なるジルコニウム基合金を配す
ること全特徴とする多重層管であっても、本発明は十分
適用可能である。
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により
限定されるものではない。
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により
限定されるものではない。
実施例１
第１図に示す如く、燃料被覆管用ジルカロイ管の冷間圧
延工程の中で、第２回目の冷間圧延後に、レーザ照射に
よる表面焼入れを行なった。
延工程の中で、第２回目の冷間圧延後に、レーザ照射に
よる表面焼入れを行なった。
一般に、熱間押出仮焼なましを施した、外径約６０ｍｍ
、肉厚約ＩＱｍｎｌのジルカロイ管を、押出系管と称す
るが、その後、通猟３回の冷間圧延を行ない、外径１２
ｍｎ１、肉厚Ｑ、 ９ ｍ ｍの被覆管に成形する。本
実施例においでは、このうち２回目の冷間圧延後に、表
面焼入れを行なった。
、肉厚約ＩＱｍｎｌのジルカロイ管を、押出系管と称す
るが、その後、通猟３回の冷間圧延を行ない、外径１２
ｍｎ１、肉厚Ｑ、 ９ ｍ ｍの被覆管に成形する。本
実施例においでは、このうち２回目の冷間圧延後に、表
面焼入れを行なった。
第２図に表面焼入れによる表面の到達温度と耐食性及び
硬度の関係を示す。こわ、によれは到達温度が９３０°
Ｃ以下の温度では、α相焼なまし材の硬度とほぼ同等で
あり、かつ耐食性が改善されている。（なお、耐食性は
、５００°Ｃ，１０５ｋｇ／ｃｍ２の水蒸気中に６０時
間保持した後の腐食増量で評価した。）硬化が著しい到
達温度範囲を硬化温度範囲と称する。硬化温度下限値９
３０°ＣはＩ相温度下限値９６０°Ｃより低く、〔α十
β〕相温度範囲ですでに硬化が開始していることが第２
図のテークより明らかである。これは９３０’Ｃ以上で
は、α相が残存しているものの、大部分β相に変態して
いるたぬ、焼入力により硬化するためである。
硬度の関係を示す。こわ、によれは到達温度が９３０°
Ｃ以下の温度では、α相焼なまし材の硬度とほぼ同等で
あり、かつ耐食性が改善されている。（なお、耐食性は
、５００°Ｃ，１０５ｋｇ／ｃｍ２の水蒸気中に６０時
間保持した後の腐食増量で評価した。）硬化が著しい到
達温度範囲を硬化温度範囲と称する。硬化温度下限値９
３０°ＣはＩ相温度下限値９６０°Ｃより低く、〔α十
β〕相温度範囲ですでに硬化が開始していることが第２
図のテークより明らかである。これは９３０’Ｃ以上で
は、α相が残存しているものの、大部分β相に変態して
いるたぬ、焼入力により硬化するためである。
第３図に、第２圧延後のジルカロイ管（外径約２５ｍｒ
ｎ、肉厚約３１ｎｍ）にレーザ照射による表面焼入れを
施した場合の管肉厚方向の加熱時到達′Ｍ置湿温度示す
。表面からＱ、 ｌ ｎ１ｍまでの領域が９３０°Ｃ以
上に到達し急冷され、０．１ ｍ ｍから０、２ Ｉｎ
ｍま−Ｃｔｙ）領域が９３０°Ｃ以下でかっ〔α＋β
〕相温度に到達し急冷されていることがわかる。
ｎ、肉厚約３１ｎｍ）にレーザ照射による表面焼入れを
施した場合の管肉厚方向の加熱時到達′Ｍ置湿温度示す
。表面からＱ、 ｌ ｎ１ｍまでの領域が９３０°Ｃ以
上に到達し急冷され、０．１ ｍ ｍから０、２ Ｉｎ
ｍま−Ｃｔｙ）領域が９３０°Ｃ以下でかっ〔α＋β
〕相温度に到達し急冷されていることがわかる。
表面焼入えＬの処理にあたっては、ジルカロイ管はレー
ザ光の照射を受けながら進行方向に所定の速朋で移動す
るように設含されており、クエンチ部はレーザ光の照射
を受けた加熱部がレーザ光照射位置を通過した後、管自
身の熱伝導により冷却されて、連続的に形成さ１１る。
ザ光の照射を受けながら進行方向に所定の速朋で移動す
るように設含されており、クエンチ部はレーザ光の照射
を受けた加熱部がレーザ光照射位置を通過した後、管自
身の熱伝導により冷却されて、連続的に形成さ１１る。
第３図の値は、ビーム出力２ＫＷ、管材の移動速Ｌ ０
．６ ｍ ／ ｍ ｉ ｎのクエンチ条件で得られたも
のである。ここにおいて、ビーム出力、移動速度、ビー
ムのしほりが異なれば、加熱及びクエンチ条件が異なっ
てくることは言うまでもない。
．６ ｍ ／ ｍ ｉ ｎのクエンチ条件で得られたも
のである。ここにおいて、ビーム出力、移動速度、ビー
ムのしほりが異なれば、加熱及びクエンチ条件が異なっ
てくることは言うまでもない。
表面焼入れ後、９３０°Ｃ以上に加熱さ、ｌｔた、硬度
の商い領域を除去する（第１図における「−外削」）。
の商い領域を除去する（第１図における「−外削」）。
外削後は、表面焼入れを行なわ斤い従来の場合と同条件
で冷間圧延を行なうことが可能である。
で冷間圧延を行なうことが可能である。
得られた被覆管は、表面割れや表面硬化層の巻き込みに
よる表面傷等の不具合が発生せず、極めて耐久性に富む
ものである。
よる表面傷等の不具合が発生せず、極めて耐久性に富む
ものである。
本発明によれば、耐食性及び圧延性ともに良好な〔α＋
β〕相温度範囲から急冷された領域を表層に残すことが
できるので、その後の圧延が可能になり、得られる被覆
管の耐食性も改善される効果がある。
β〕相温度範囲から急冷された領域を表層に残すことが
できるので、その後の圧延が可能になり、得られる被覆
管の耐食性も改善される効果がある。
第１図は本発明の実施例における被櫃管製造の工程を示
すブロック図、第２図は実施例の表面焼入れによる表面
の最高到達温度と硬度及び腐食試験による腐食増量との
関係を示すグラフ、第３図はジルコニウム基合金材料の
肉厚方向における最高到達温度の変化を示すグラフであ
る。
すブロック図、第２図は実施例の表面焼入れによる表面
の最高到達温度と硬度及び腐食試験による腐食増量との
関係を示すグラフ、第３図はジルコニウム基合金材料の
肉厚方向における最高到達温度の変化を示すグラフであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 ジルコニウム基合金を熱間押出した後冷間圧延を
施すことにより、ジルコニウム基合金よりなる原子炉燃
料用被覆管を製造する方法において、熱間押出後表面焼
入れを施し１、焼入れにより硬化した表層を除去した後
、冷間圧延を施すことを特徴とする原子炉燃料用被覆管
の製造法。 ２、表面焼入れは表面温度が９３０°Ｃ以上となるよう
に行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の原子炉燃料用被覆管の製造法。 ３、冷間圧延を２回以上施すことを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の原子炉燃料用被覆管の
製造法。 ４、表面焼入れを冷間圧延の間に行なうことを特徴とす
る特許請求の範囲第３項に記載の原子炉燃料用被覆管の
製造法。 ′５．硬化した表層の厚さが０．０１〜１．□ｍｍであ
る。ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
項のいずれか１項に記載の原子炉燃料用被覆管の製造法
。 ６、表面焼入れはレーザ照射、高周波加熱又は火炎によ
り行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１′ｇ４な
いし第５項のいずれか１項に記載の原子炉燃料用被覆管
の製造法。 ７、硬化した表層を化学的又は機械的に除去することを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
か１項に記載の原子炉燃料用被覆管の製造法。 ８、硬化した表層を酸洗により除去することを特徴とす
る特許請求の範囲第７項に記載の原子炉燃料用被覆管の
製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200312A JPS5993861A (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200312A JPS5993861A (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5993861A true JPS5993861A (ja) | 1984-05-30 |
| JPH0375626B2 JPH0375626B2 (ja) | 1991-12-02 |
Family
ID=16422213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57200312A Granted JPS5993861A (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5993861A (ja) |
-
1982
- 1982-11-17 JP JP57200312A patent/JPS5993861A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0375626B2 (ja) | 1991-12-02 |
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