JPS60165580A - 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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- JPS60165580A JPS60165580A JP59019980A JP1998084A JPS60165580A JP S60165580 A JPS60165580 A JP S60165580A JP 59019980 A JP59019980 A JP 59019980A JP 1998084 A JP1998084 A JP 1998084A JP S60165580 A JPS60165580 A JP S60165580A
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- cladding tube
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S376/00—Induced nuclear reactions: processes, systems, and elements
- Y10S376/90—Particular material or material shapes for fission reactors
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〕
本発明は新規な原子炉燃料用被覆管及びその製造法に係
り、特にジルコニウム合金製原子炉燃料被覆管及びその
製造法に関する。
り、特にジルコニウム合金製原子炉燃料被覆管及びその
製造法に関する。
ジルコニウム基合金は、その優れた耐食性と非常に小さ
い中性子吸収断面積により原子カプラントの燃料被覆′
ｑ及び燃料チャンネルボックス等に用いられている。
い中性子吸収断面積により原子カプラントの燃料被覆′
ｑ及び燃料チャンネルボックス等に用いられている。
これらの構造物は原子炉内で長期間中性子の照射を受け
、同時に高温高圧の水又は水蒸気にさらされるため、腐
食が進むと表面にジルコニウムの酸化皮膜を形成する。
、同時に高温高圧の水又は水蒸気にさらされるため、腐
食が進むと表面にジルコニウムの酸化皮膜を形成する。
史に、ノジュラ腐食とよばれる斑点状の白色酸化物がそ
の表面に生成することもある。この斑点状の白色酸化物
は、腐食反応の進行につれて粗大化し、ときには剥離す
ることもあるう このような異常腐食による部材の減肉が起こると、その
部材の強度低下をきたし炉内構造部材の安全性及び信頼
性の点が懸念される。
の表面に生成することもある。この斑点状の白色酸化物
は、腐食反応の進行につれて粗大化し、ときには剥離す
ることもあるう このような異常腐食による部材の減肉が起こると、その
部材の強度低下をきたし炉内構造部材の安全性及び信頼
性の点が懸念される。
このノジュラ腐′＊による異常１に賞を防止する方法が
検討されている。
検討されている。
ジルコニウム基合金の中でもジルカロイ−２（Ｚｒに約
１．５％Ｓｎ、０．１％Ｆ’ｅ、０．１％Ｃｒ及び０．
０５％Ｎｉを蔭加した合金）及びジルカロイ−４（Ｚｒ
に約１．５％Ｓｎ、０．２％ｌｉ”ｅ、０．１％Ｃｒを
添加した合金）をα＋β相又はβ、田の温度領域へ急速
加熱し、その後急速冷却する処理（以後β焼入とよぶ）
を行うと耐貢性が著しく向上することが知られている（
特開昭５８−２２３６４゜２５４６６、２５４６７ 号
公報）。
１．５％Ｓｎ、０．１％Ｆ’ｅ、０．１％Ｃｒ及び０．
０５％Ｎｉを蔭加した合金）及びジルカロイ−４（Ｚｒ
に約１．５％Ｓｎ、０．２％ｌｉ”ｅ、０．１％Ｃｒを
添加した合金）をα＋β相又はβ、田の温度領域へ急速
加熱し、その後急速冷却する処理（以後β焼入とよぶ）
を行うと耐貢性が著しく向上することが知られている（
特開昭５８−２２３６４゜２５４６６、２５４６７ 号
公報）。
原子炉用燃料被覆管の主な役割は二つある。先ず第一は
核燃料と冷却材、又は核燃料と減速材との直接接触によ
る化学反応を防止することである。
核燃料と冷却材、又は核燃料と減速材との直接接触によ
る化学反応を防止することである。
第二は核燃料から発生する放射性核分裂生成物が冷却材
又は減速材の中に漏れ出ることを防止することである。
又は減速材の中に漏れ出ることを防止することである。
しかしながら、被覆管は核燃料及び核分裂生成物との相
互作用により、史に中性子照射により一層脆化が起り、
割れ感受性が高くなる。この傾向は、燃料と４榎管との
熱膨張差に依る局部的な機械的応力によって助長される
。
互作用により、史に中性子照射により一層脆化が起り、
割れ感受性が高くなる。この傾向は、燃料と４榎管との
熱膨張差に依る局部的な機械的応力によって助長される
。
原子炉の運転中に発生する核分裂生成物、特にヨウ素及
びカドミウム等が存在し、同時に上記のような局部的な
応力が作用すると被覆管に応力腐食割れが生じる恐れが
ある。
びカドミウム等が存在し、同時に上記のような局部的な
応力が作用すると被覆管に応力腐食割れが生じる恐れが
ある。
このような応力腐食割れを防止する方策として、燃料と
被覆管との間に純金属層を設けることが昶られている。
被覆管との間に純金属層を設けることが昶られている。
時に、純ジルコニウムを被覆管の内側に内張すした複合
型被覆管として、特開昭５１−６９７９５．５４−５９
６００号公報が知られている。
型被覆管として、特開昭５１−６９７９５．５４−５９
６００号公報が知られている。
純ジルコニウム層の厚さは被覆管肉厚の約５〜３０％で
ある。純ジルコニウムはジルコニウム合金と比較して使
用中軟かさを維持するため、被覆管に作用する局部応力
を軽減し、上記した応力腐食割れを防止する。
ある。純ジルコニウムはジルコニウム合金と比較して使
用中軟かさを維持するため、被覆管に作用する局部応力
を軽減し、上記した応力腐食割れを防止する。
以上のように、燃料被覆管の外側は尚温水や水蒸気によ
る腐食問題、つま９ノジュラ腐食に起因する管厚の減少
があり、内側は燃料ペレットの燃焼による放出ガス（例
えばヨウ素）と燃料ベレットの焼結に伴う膨出負荷によ
る応力腐食割れの問題が考えられる。このｒｈ１題にお
いて、上述の如く、前者に対しては熱処理法、後者に対
しては複合型構造という対策が考えられている。
る腐食問題、つま９ノジュラ腐食に起因する管厚の減少
があり、内側は燃料ペレットの燃焼による放出ガス（例
えばヨウ素）と燃料ベレットの焼結に伴う膨出負荷によ
る応力腐食割れの問題が考えられる。このｒｈ１題にお
いて、上述の如く、前者に対しては熱処理法、後者に対
しては複合型構造という対策が考えられている。
しかしながら、従来知られているβ焼入熱処理法を適用
すると炉水に接する管外表面の耐ノジュラ腐食性は向上
するが、管内面の応力腐食割れに対し感受性が向くなる
傾向にある。この理由はβ焼入によって形成される針状
組織が硬く、かつ延性が低いためと考えられる。また、
焼入材は冷間加工して焼鈍した後においても、通常の焼
鈍材より応力腐食割れ感受性が示された。
すると炉水に接する管外表面の耐ノジュラ腐食性は向上
するが、管内面の応力腐食割れに対し感受性が向くなる
傾向にある。この理由はβ焼入によって形成される針状
組織が硬く、かつ延性が低いためと考えられる。また、
焼入材は冷間加工して焼鈍した後においても、通常の焼
鈍材より応力腐食割れ感受性が示された。
また耐応力腐食割れ向上の目的で被櫨管の内面に純ジル
コニウムをライニングした複合型の被覆管をβ焼入処理
すると、高温加熱時にジルカロイの溶質元素、例えば：
ｄｎ、Ｆｅ、Ｃｒ及び０等が純ジルコニウム内へ拡散し
、耐ＳＣＣ性を低下させることが考えられる。
コニウムをライニングした複合型の被覆管をβ焼入処理
すると、高温加熱時にジルカロイの溶質元素、例えば：
ｄｎ、Ｆｅ、Ｃｒ及び０等が純ジルコニウム内へ拡散し
、耐ＳＣＣ性を低下させることが考えられる。
本発明の目的は、高温水又は水蒸気中での耐ノジュラ腐
食性が優れ、同時にヨウ素等による応力腐貧割れ感受性
の低いジルコニウム基合金の燃料被覆管及びその製造方
法を提供することにある。
食性が優れ、同時にヨウ素等による応力腐貧割れ感受性
の低いジルコニウム基合金の燃料被覆管及びその製造方
法を提供することにある。
本発明は、ジルコニウム基合金からなる原子炉燃料用被
覆管において、該被覆管外表面部の析出物の析出量がそ
の内表面部のそれより少ないことを・侍徴とする原子炉
燃料用被覆管にある。
覆管において、該被覆管外表面部の析出物の析出量がそ
の内表面部のそれより少ないことを・侍徴とする原子炉
燃料用被覆管にある。
ジルコニウム基合金は、重量で８ ｎ １〜２％。
ＦｅＯ，０５〜０．２％、 Ｃｒ ０．０５〜０．２％
、ＭｉＯ又は０，０３〜０．１％、残部実質的にジルコ
ニウムからなるものが好ましい、本発明の原子炉燃料用
被覆管は、外表面部の析出物が内表面より少ないので尚
温高圧水に対する耐食性が後れており、内表面は軟いの
で耐応力腐食割れ性が優れている。
、ＭｉＯ又は０，０３〜０．１％、残部実質的にジルコ
ニウムからなるものが好ましい、本発明の原子炉燃料用
被覆管は、外表面部の析出物が内表面より少ないので尚
温高圧水に対する耐食性が後れており、内表面は軟いの
で耐応力腐食割れ性が優れている。
上述の台金元素のうちＦｅ、Ｎｉ及びＣｒの合計の固溶
量を０．２８％以上になるように析出物の析出量を少な
くするコントロールをすることが好ましい。
量を０．２８％以上になるように析出物の析出量を少な
くするコントロールをすることが好ましい。
ジルコニウム基合金中に析出する４打出物はＺｒＣｒ２
． Ｚｒ （Ｆ’ｅ、 Ｃｒ）２ 、 Ｚｒ （ｌｉ’
ｅ、 Ｎ１）２ 。
． Ｚｒ （Ｆ’ｅ、 Ｃｒ）２ 、 Ｚｒ （ｌｉ’
ｅ、 Ｎ１）２ 。
Ｚｒｚ （ｂ”＋ Ｎｉ） 寺でりる。更に、ジルコニ
ウム基合金としてＮｂ（！：含む合金が適用される。
ウム基合金としてＮｂ（！：含む合金が適用される。
本発明の原子炉燃料用被覆管は、β相又は（α＋β）相
狽域に加熱後急冷する焼入れに際し、・ａ内面を冷却し
なから〃ｕ熱し、急冷することによって管内表面が焼入
れされないようにすることによって製造される。冷却側
はα相領域に冷却するのが好ましい。β相をよむφ域で
は焼入れされる。
狽域に加熱後急冷する焼入れに際し、・ａ内面を冷却し
なから〃ｕ熱し、急冷することによって管内表面が焼入
れされないようにすることによって製造される。冷却側
はα相領域に冷却するのが好ましい。β相をよむφ域で
は焼入れされる。
ジルコニウム、Ｊ！：冶金は一度焼入れされた部分はそ
の後冷間塑性加工、焼鈍を行っても耐応力劇食割れ感受
性が焼入しないものに比べて高い傾向にあるため、被覆
・ｇ内側部は焼入処理の温度履歴を受けないことが肝要
でるる。また内側が焼入組織となる場合は焼鈍を十分に
行って再結晶組織に戻すのが好ましい。
の後冷間塑性加工、焼鈍を行っても耐応力劇食割れ感受
性が焼入しないものに比べて高い傾向にあるため、被覆
・ｇ内側部は焼入処理の温度履歴を受けないことが肝要
でるる。また内側が焼入組織となる場合は焼鈍を十分に
行って再結晶組織に戻すのが好ましい。
熱間押出後にβ相を含む減反領域から焼入する場合、製
造途中の素管の内側を水、温水、水蒸気。
造途中の素管の内側を水、温水、水蒸気。
ガス、ノルドバス又は冷却用金型等を用いて冷却し、管
内側部を合金のα相領域の低い温度にとどめる。好まし
くは、内側の温度を６００Ｃを越えないようにする。す
なわち、素管の外側を、内側の温度ｔできるだけ上昇さ
せないように両者の間で温に勾配を設けながら焼入を行
う。このときの外側の温度はβ相を含む温度まで加熱す
る。ジルカロイ−２又はジルカロイ−４ではβ相が現わ
れる加熱温度は約９００Ｃである。（α＋β）二相領域
に加熱する場合は９００〜１０００Ｃ，β相領域ならば
１０００Ｃ以上に加熱するつ加熱は高周波９通′亀加熱
９区子ビーム及びレーザビーム加熱法によって達成でき
るが、高周波加熱法がより安定した焼入組織が得られる
。
内側部を合金のα相領域の低い温度にとどめる。好まし
くは、内側の温度を６００Ｃを越えないようにする。す
なわち、素管の外側を、内側の温度ｔできるだけ上昇さ
せないように両者の間で温に勾配を設けながら焼入を行
う。このときの外側の温度はβ相を含む温度まで加熱す
る。ジルカロイ−２又はジルカロイ−４ではβ相が現わ
れる加熱温度は約９００Ｃである。（α＋β）二相領域
に加熱する場合は９００〜１０００Ｃ，β相領域ならば
１０００Ｃ以上に加熱するつ加熱は高周波９通′亀加熱
９区子ビーム及びレーザビーム加熱法によって達成でき
るが、高周波加熱法がより安定した焼入組織が得られる
。
焼入に際し、内側から１／３の領域は６００Ｃ以下にな
るようにするのが好ましいうこれはその後の冷間塑性〃
ロエ１機械加工等による肉厚の減少を考慮したためでめ
る。
るようにするのが好ましいうこれはその後の冷間塑性〃
ロエ１機械加工等による肉厚の減少を考慮したためでめ
る。
この処理によって管外Ｊ一部は焼入組織、内層部は熱間
押出しのｔまの組織またはそれが焼鈍した組織から成る
β焼入管が得られる。
押出しのｔまの組織またはそれが焼鈍した組織から成る
β焼入管が得られる。
温度勾配をつけた焼入処理は一＃同側に純ジルコニウム
等の金属障壁を設けたビレットにおいても有効でりる。
等の金属障壁を設けたビレットにおいても有効でりる。
焼入れ後、系ハは冷間塑性加工と焼鈍とを少なくとも１
回実施する。この練返しは３回行うのが好ましい。この
焼鈍温度は６４０Ｃ以下が好１しく、特に６００Ｃ以下
が好ましい。下限温度は５００Ｃが好ましい。最終焼鈍
は中間ｇ８鈍より低い温度が好＝Ｅｔ、＜、４００〜６
１０Ｃが好ましい。
回実施する。この練返しは３回行うのが好ましい。この
焼鈍温度は６４０Ｃ以下が好１しく、特に６００Ｃ以下
が好ましい。下限温度は５００Ｃが好ましい。最終焼鈍
は中間ｇ８鈍より低い温度が好＝Ｅｔ、＜、４００〜６
１０Ｃが好ましい。
焼鈍時１…は１時間以下が好ましい。
本発明の原子炉燃料用４１覆管の製造法は、熱間塑性加
工以後の焼鈍において、被覆管の外側を冷却しながら内
表面部のみを加熱して焼鈍することにある。焼鈍加熱の
方法は管内側に加熱体を置き、管外側を水、水蒸気、ガ
ス、ソルトバス及び冷却用金型等を用いて冷却するもの
である。内側は合金の再結晶温度以下、外側は再結晶温
度以下とし、管の内外で温式勾配を設けながら焼鈍を行
うのが好ましい。このような温度差を設けて焼鈍するこ
とにより外表面部での析出物が内表面部より少なく微細
なものが得られ、高温高圧水にス１する耐食性の優れた
外表面部と軟かく耐応力腐食割れ性が優れている。焼鈍
温度は９００Ｃ以下の高温で焼鈍することができるので
、実質的に内表面を完全な再結晶組織とすることができ
る。更に、外表面の加熱を防ぐことができるので、析出
物の析出量を少なくすることができる。焼鈍温度が９０
０Ｃを越えるとβ相が出て来て、冷却の際に焼入が生じ
、硬化するので好ましくない。外側から１／３１での肉
厚部分を６００Ｃ以下にするのが好ましい。
工以後の焼鈍において、被覆管の外側を冷却しながら内
表面部のみを加熱して焼鈍することにある。焼鈍加熱の
方法は管内側に加熱体を置き、管外側を水、水蒸気、ガ
ス、ソルトバス及び冷却用金型等を用いて冷却するもの
である。内側は合金の再結晶温度以下、外側は再結晶温
度以下とし、管の内外で温式勾配を設けながら焼鈍を行
うのが好ましい。このような温度差を設けて焼鈍するこ
とにより外表面部での析出物が内表面部より少なく微細
なものが得られ、高温高圧水にス１する耐食性の優れた
外表面部と軟かく耐応力腐食割れ性が優れている。焼鈍
温度は９００Ｃ以下の高温で焼鈍することができるので
、実質的に内表面を完全な再結晶組織とすることができ
る。更に、外表面の加熱を防ぐことができるので、析出
物の析出量を少なくすることができる。焼鈍温度が９０
０Ｃを越えるとβ相が出て来て、冷却の際に焼入が生じ
、硬化するので好ましくない。外側から１／３１での肉
厚部分を６００Ｃ以下にするのが好ましい。
本発明の原子炉燃料用被覆管の製造法は、管内表面を冷
却しなからβ相を含む温匪碩域１で加熱後急冷する焼入
れを施した後、冷間塑性加工及び焼鈍を少なくとも１回
実施することｋｌ？徴とする。
却しなからβ相を含む温匪碩域１で加熱後急冷する焼入
れを施した後、冷間塑性加工及び焼鈍を少なくとも１回
実施することｋｌ？徴とする。
この方法によって得られる被覆・びは外表面部が焼入組
織を有する加工組織及び内表面部が実質的にフロ全な再
結晶組織を有し、より優れた耐ノジ、：Ｌう腐食性及び
耐応力腐食割れ性を有する。
織を有する加工組織及び内表面部が実質的にフロ全な再
結晶組織を有し、より優れた耐ノジ、：Ｌう腐食性及び
耐応力腐食割れ性を有する。
第１図は不発明の焼入れ及び焼Ａを施す位置を示すブロ
ック図でめる。
ック図でめる。
本発明のβを含む温度領域からの焼入れは、図中（２）
及び（３）の熱間塑性加工後、次いで焼鈍と冷間塑性加
工の繰返しケ行う方法において熱間塑性加工後焼鈍前及
び冷間塑性加工後焼鈍前に少なくとも１回行うものであ
る。特に、熱間塑性加工後焼鈍前に行うのが好ましい。
及び（３）の熱間塑性加工後、次いで焼鈍と冷間塑性加
工の繰返しケ行う方法において熱間塑性加工後焼鈍前及
び冷間塑性加工後焼鈍前に少なくとも１回行うものであ
る。特に、熱間塑性加工後焼鈍前に行うのが好ましい。
本発明の焼鈍は図中（３）。
（４）及び（５）の如く、従来法（１）の焼鈍に代えて
行うものでりり、少なくとも１回行い、従来の管全体の
焼鈍と組合せて行うこともできる。図中の（５）は従来
の管全体焼入れした場合と本発明の焼鈍とを組合せた製
造法である。以上の加く、いずれの処理も少なくとも１
回行うものであるが、焼入は熱間加工直後の１回、冷間
〃ロエ及び焼鈍の繰返しは３回行うのが好ましいう 本発明の原子炉燃料被覆管は、ジルコニウム基合金から
なり、その内表面に金属障壁を設けられたものにも適用
される。金属障壁には、純ジルコニウム、錫を含有しな
い少量の鉄及びクロムを含ｔｒシｋｌ ＝ ＋７ ム合
金、 ’に４１ニオフ、ステンレス鋼。
行うものでりり、少なくとも１回行い、従来の管全体の
焼鈍と組合せて行うこともできる。図中の（５）は従来
の管全体焼入れした場合と本発明の焼鈍とを組合せた製
造法である。以上の加く、いずれの処理も少なくとも１
回行うものであるが、焼入は熱間加工直後の１回、冷間
〃ロエ及び焼鈍の繰返しは３回行うのが好ましいう 本発明の原子炉燃料被覆管は、ジルコニウム基合金から
なり、その内表面に金属障壁を設けられたものにも適用
される。金属障壁には、純ジルコニウム、錫を含有しな
い少量の鉄及びクロムを含ｔｒシｋｌ ＝ ＋７ ム合
金、 ’に４１ニオフ、ステンレス鋼。
ニッケル、アルミニウムが用いられる。被覆・Ｈの厚さ
の５〜１５％の厚さとし、特に純ジルコニウムを用いる
のが好ｌしい。
の５〜１５％の厚さとし、特に純ジルコニウムを用いる
のが好ｌしい。
本発明は、核燃料物質体の中央コアと、該中央コアを保
持するジルコニウム基・δ金よりなる被覆管とを有し、
コアと被覆宜との間に間隙を有するものにおいて、該被
覆管は外衣面部の析出物の析出量が内表面部の析出物の
析出、せより少ないことを特徴とする核燃料要素にある
。第２図は本発明に係る核燃料要素の一例を示す部分断
面図である。
持するジルコニウム基・δ金よりなる被覆管とを有し、
コアと被覆宜との間に間隙を有するものにおいて、該被
覆管は外衣面部の析出物の析出量が内表面部の析出物の
析出、せより少ないことを特徴とする核燃料要素にある
。第２図は本発明に係る核燃料要素の一例を示す部分断
面図である。
中央コア２６は被覆管１７に入れられ、インクルートス
タッド１９、エンドプラグ１８とスプリング２８によっ
て押し付けられている。中央コアにはウラン化合物、プ
ルトニヮム化合物、またはこれらの混合吻が用いられる
。
タッド１９、エンドプラグ１８とスプリング２８によっ
て押し付けられている。中央コアにはウラン化合物、プ
ルトニヮム化合物、またはこれらの混合吻が用いられる
。
第３図は本発明に係る核燃料集合体の一例を示す部分断
面構成図である。各核燃料要素２ｏはチャンネル２１に
取り付けられ、原子炉Ｔ中に挿入される。
面構成図である。各核燃料要素２ｏはチャンネル２１に
取り付けられ、原子炉Ｔ中に挿入される。
本発明の原子炉撚＋＋破榎管は外表面部が加工組織又は
部分的に再結晶した加工組織を有し、内表面部は完全な
再結晶組織を有するものが好ましい。
部分的に再結晶した加工組織を有し、内表面部は完全な
再結晶組織を有するものが好ましい。
本発明の４ｆｔ８ｉ管は軽水炉（沸騰水型、加圧水型）
、重水炉に適用される。
、重水炉に適用される。
〔発明の実施例〕
（実施例１）
使用したジルカロイ−２のインゴットの化学成分は重量
で１．４３％５ｎ１０．１６％ｌ”ｅ、０．１１％（、
ｒ、０．０６％Ｎｉ、残部７．ｒである。コノ素材を熱
間押出して、外径６３ Ｆｌ＋＋ 、肉厚１０ ｔｒａ
ｎ 、長さ２５００＋＋ｍの素管を製造した。その後こ
の素管の両端をシールし、その内側を循環水で冷却しな
がら高周波焼入を施こした。なお焼入は高周波発振コイ
ルを固定し、素管を下降させ移動させる方法によって行
った。第４図は本発明の焼入装置の一例を示す構成図で
ある。
で１．４３％５ｎ１０．１６％ｌ”ｅ、０．１１％（、
ｒ、０．０６％Ｎｉ、残部７．ｒである。コノ素材を熱
間押出して、外径６３ Ｆｌ＋＋ 、肉厚１０ ｔｒａ
ｎ 、長さ２５００＋＋ｍの素管を製造した。その後こ
の素管の両端をシールし、その内側を循環水で冷却しな
がら高周波焼入を施こした。なお焼入は高周波発振コイ
ルを固定し、素管を下降させ移動させる方法によって行
った。第４図は本発明の焼入装置の一例を示す構成図で
ある。
ビレットあるいは製造途中の素管ｌの両端をフランデフ
、８により導水管１０．１１に接続し、素管１の内側が
常に冷却される。一方、加熱は管外側を高周波発振コイ
ル４によって焼入温度に到達させる。
、８により導水管１０．１１に接続し、素管１の内側が
常に冷却される。一方、加熱は管外側を高周波発振コイ
ル４によって焼入温度に到達させる。
上下固定板５，６の上下移動によって素管１の全長を焼
入することができる。この場合の冷却媒体には水を用い
たが、アルゴンガスを導入しても、所定の温度勾配が得
られる。
入することができる。この場合の冷却媒体には水を用い
たが、アルゴンガスを導入しても、所定の温度勾配が得
られる。
焼入昇温時の温度分布の一例を第５図に示す。
この温度分布は冷却媒体として水を用いた場合である。
この場合管内側の温度は１００Ｃ以下となるが、前述し
たようにα相領域の上限温度まで加熱してもよい。但し
、６００ｔｌｌ’を越えると析出物が粗大化するし耐ノ
ジュラ腐食性を減じるので、管内側の温度は６０００以
下にするのが望ましい。
たようにα相領域の上限温度まで加熱してもよい。但し
、６００ｔｌｌ’を越えると析出物が粗大化するし耐ノ
ジュラ腐食性を減じるので、管内側の温度は６０００以
下にするのが望ましい。
このときの素管の外側の熱履歴は９６０Ｃ。
２０〜３０秒保持し、その後１分以内で１００Ｃ以下に
冷却した。内側の温度は最大で１００ＩＺ’に上昇した
のみで、その時間もごくわずかであった。
冷却した。内側の温度は最大で１００ＩＺ’に上昇した
のみで、その時間もごくわずかであった。
その後、室温で７０％の断面減少率の冷間塑性加工を１
回行った。この冷間加工後の焼鈍は第６図に示したよう
に素管内に高周波発振コイル４を差込み、管長手方向の
焼鈍に対しては徐々に移動する方法をとった。また同時
に管外側の冷却は冷却ノズル１４からアルゴンガスの噴
射によって常に低温度に抑えた。このときの′Ｕ内側の
熱履歴は約７００Ｃ，５分保持し、その後１０分以内で
１００Ｃ以下に冷却した。−男前外側では約５００Ｃで
あり、内側に比べて低い。なお、このときの温蔵勾配を
第７図に示す。更に、前述と同様の冷間塑性加工を行い
、６００ｔＺ’、２時間の焼鈍後、同様に冷間塑性加工
し、５７７Ｃ，３時間の最終焼鈍を行った。焼鈍にあた
っては管端部分にダミ管１２．１２’を溶接接合し、更
に管内面にアルゴンガス１５を流しながら行い、酸化を
防止した。
回行った。この冷間加工後の焼鈍は第６図に示したよう
に素管内に高周波発振コイル４を差込み、管長手方向の
焼鈍に対しては徐々に移動する方法をとった。また同時
に管外側の冷却は冷却ノズル１４からアルゴンガスの噴
射によって常に低温度に抑えた。このときの′Ｕ内側の
熱履歴は約７００Ｃ，５分保持し、その後１０分以内で
１００Ｃ以下に冷却した。−男前外側では約５００Ｃで
あり、内側に比べて低い。なお、このときの温蔵勾配を
第７図に示す。更に、前述と同様の冷間塑性加工を行い
、６００ｔＺ’、２時間の焼鈍後、同様に冷間塑性加工
し、５７７Ｃ，３時間の最終焼鈍を行った。焼鈍にあた
っては管端部分にダミ管１２．１２’を溶接接合し、更
に管内面にアルゴンガス１５を流しながら行い、酸化を
防止した。
本発明の被覆管は第８図に示す如く、外側が加工組織又
は部分的に再結晶した加工組織を有し、内側が十分軟化
した再結晶組織を有するものであった。
は部分的に再結晶した加工組織を有し、内側が十分軟化
した再結晶組織を有するものであった。
図中、（ａ）は焼入れされた部分、（ｂ）は焼入れ部と
焼鈍部との境界及び（Ｃ）は焼鈍部である。（ｂ）部は
肉厚の半分付近である。
焼鈍部との境界及び（Ｃ）は焼鈍部である。（ｂ）部は
肉厚の半分付近である。
その恢、これらの被ｑｉ ”ｆｌを用いて腐食試験及び
ヨウ素雰囲気中でＳＣＣ試験を実施した。
ヨウ素雰囲気中でＳＣＣ試験を実施した。
腐食試験は５００Ｃ，２４ｈ、水蒸気中で行い、試験後
試験片の外観観察及び酸化皮膜の厚さを測定した。第９
図は従来管と本発明管の耐食性の比較を示す。従来管は
ノジュラ腐食が観察され、酸化皮膜厚さのバラツキが大
きい。それに対して、本発明管にはノジュラ腐食は全然
見られず、均一な黒色酸化皮膜を呈していた。本発明管
の皮膜厚さはバラツキが小さく、従来管のバラツキの範
囲の下限に位置している。従来管は焼入れせずに、本発
明と同様に３回冷間塑性加工を行い、中間焼鈍を６５０
Ｃ，２時間及び最終焼鈍を本発明と同様に行ったもので
ある。
試験片の外観観察及び酸化皮膜の厚さを測定した。第９
図は従来管と本発明管の耐食性の比較を示す。従来管は
ノジュラ腐食が観察され、酸化皮膜厚さのバラツキが大
きい。それに対して、本発明管にはノジュラ腐食は全然
見られず、均一な黒色酸化皮膜を呈していた。本発明管
の皮膜厚さはバラツキが小さく、従来管のバラツキの範
囲の下限に位置している。従来管は焼入れせずに、本発
明と同様に３回冷間塑性加工を行い、中間焼鈍を６５０
Ｃ，２時間及び最終焼鈍を本発明と同様に行ったもので
ある。
第１０図はヨウ素中のＳＣＣ試験の結果を示す。
試験温度３５０Ｃ，ヨウ素濃度約１■１ｃｒｌ＜被覆管
の内面積に対して）の条件で行ったときのＳＣＣき装発
生後の円周上の伸びを測定した。図から明らかなように
、本発明管の周方向伸びは従来管と比較して測い値を示
しており、本発明管の耐ＳＣＣ性が優れていることが知
られた。
の内面積に対して）の条件で行ったときのＳＣＣき装発
生後の円周上の伸びを測定した。図から明らかなように
、本発明管の周方向伸びは従来管と比較して測い値を示
しており、本発明管の耐ＳＣＣ性が優れていることが知
られた。
第１１図は焼鈍温度と腐食増量との関係を示す線図であ
る。試料は、９４０Ｃ； ２０秒加熱後水噴霧により焼
入れした後、室温で断面減少率７０％の冷間塑性加工し
、次いで谷種温度で２時間焼鈍したものである。試料の
化学組成は前述と同じものである。腐食試験は５００ｔ
Ｚ’、２４ｈ、水蒸気中で行った。焼鈍温度が６００Ｃ
以上であると腐食増量が増加することがわかる。なお再
結晶温度は加工度によるが、約５００Ｃ以上で起こり始
める。より優れた耐食性を得るには原子炉中の高温高圧
炉水に接する外側の焼鈍温度は６００Ｃを越えないよう
にするのが好ましいことが分る。
る。試料は、９４０Ｃ； ２０秒加熱後水噴霧により焼
入れした後、室温で断面減少率７０％の冷間塑性加工し
、次いで谷種温度で２時間焼鈍したものである。試料の
化学組成は前述と同じものである。腐食試験は５００ｔ
Ｚ’、２４ｈ、水蒸気中で行った。焼鈍温度が６００Ｃ
以上であると腐食増量が増加することがわかる。なお再
結晶温度は加工度によるが、約５００Ｃ以上で起こり始
める。より優れた耐食性を得るには原子炉中の高温高圧
炉水に接する外側の焼鈍温度は６００Ｃを越えないよう
にするのが好ましいことが分る。
（実施例２）
用いた材料は実施例１と同じ熱間押出し管である。この
押出しＷｌのβ焼入全第１２図に示すように、骨外側を
高周波コイル６で加熱し、管内側は冷却用金型７と接触
させて放熱させる方法をとった。この冷却法の利点は焼
入材との接触の度合と金型７を冷やす水１１の流量を調
整することによって骨内側の温度を制御できることであ
る。焼入時の温度は管外側で１０００Ｃ，管内側で５５
０Ｃで行った。なおその後の冷間塑性／ＪＤ工並びに焼
鈍を３回繰返し、原子炉用被覆管を製造した。本実施例
は第１図（２）の製造工程によるもので、焼入は１回だ
けである。２回目及び３回目の加工及び焼鈍は実施例１
０本発明の製造と同じである。
押出しＷｌのβ焼入全第１２図に示すように、骨外側を
高周波コイル６で加熱し、管内側は冷却用金型７と接触
させて放熱させる方法をとった。この冷却法の利点は焼
入材との接触の度合と金型７を冷やす水１１の流量を調
整することによって骨内側の温度を制御できることであ
る。焼入時の温度は管外側で１０００Ｃ，管内側で５５
０Ｃで行った。なおその後の冷間塑性／ＪＤ工並びに焼
鈍を３回繰返し、原子炉用被覆管を製造した。本実施例
は第１図（２）の製造工程によるもので、焼入は１回だ
けである。２回目及び３回目の加工及び焼鈍は実施例１
０本発明の製造と同じである。
これによる被、層管の耐ノジュラ腐食性は従来の焼入し
ないものに比べすぐれていることがわかった。また同時
に耐ヨウ素ＳＣＣ性も良好な特注を示した。
ないものに比べすぐれていることがわかった。また同時
に耐ヨウ素ＳＣＣ性も良好な特注を示した。
（実施例３）
用いた材料は実施例３と同じ熱間押出素置であるつβ焼
入は一体焼入を行った。その熱履歴は１０００Ｃ，２０
秒卯熱保持し、次いで１分以内で室温まで冷却した。
入は一体焼入を行った。その熱履歴は１０００Ｃ，２０
秒卯熱保持し、次いで１分以内で室温まで冷却した。
その後室温ｒ、４４１冷間圧延加工を行い、それに引続
いて本発明法による焼鈍を行った。第７図は本発明法に
よる素管の焼鈍装置の１．４成図である。
いて本発明法による焼鈍を行った。第７図は本発明法に
よる素管の焼鈍装置の１．４成図である。
圧延管１の内側に萬周波発づ辰コイル４を挿入して加熱
し、外側を冷却ノズル１４より水スルソーで冷却しなが
ら管長手方間に４％励する方法で管全域を焼鈍した。こ
のときの熱履歴は内側で８００ｔ、’。
し、外側を冷却ノズル１４より水スルソーで冷却しなが
ら管長手方間に４％励する方法で管全域を焼鈍した。こ
のときの熱履歴は内側で８００ｔ、’。
５ｍｍ、外側では１５０Ｃを下するものであった。
七の後冷ｉＭｊ圧延及び６００Ｃ，２ｈの焼鈍を２回繰
返して破覆宮とした。その焼鈍は・α全体Ｖこついて行
った。２回目及び３回目の加工及びブ尭鈍は実施１８／
ｌ １の本発明の製造と同じである。
返して破覆宮とした。その焼鈍は・α全体Ｖこついて行
った。２回目及び３回目の加工及びブ尭鈍は実施１８／
ｌ １の本発明の製造と同じである。
これら被覆管から試暎片を切出しノジュラ７角食及びヨ
ウ素Ｓ ＣＣ評価試験を行った。第１表にその試験結果
を示す。なお従来管として焼入しないものと、素管の全
体焼入管とを比較材とした。試験結果から明らかなよう
に本発明営はｂｌＩｔノジュラ暦食性並びに耐ヨウ素Ｓ
ＣＣ性ともにすぐれているっなお、従来管は前述実施例
１の従来管の製造法と同じである。
ウ素Ｓ ＣＣ評価試験を行った。第１表にその試験結果
を示す。なお従来管として焼入しないものと、素管の全
体焼入管とを比較材とした。試験結果から明らかなよう
に本発明営はｂｌＩｔノジュラ暦食性並びに耐ヨウ素Ｓ
ＣＣ性ともにすぐれているっなお、従来管は前述実施例
１の従来管の製造法と同じである。
本発明によれば、耐ノジュラ腐食性及び耐応力腐負割れ
性に優れた原子炉燃料被覆管が得られる。
性に優れた原子炉燃料被覆管が得られる。
第１図は原子炉燃料用被覆管の製造工程を示すブロック
図、第２図は本発明の原子炉燃料用被覆管を用いた核燃
料要素の一例を示す部分断面構成図、第３図は本発明の
原子炉燃料被覆管を用いた原子炉燃料集合体の一例を示
す部分断面構成図、第４図は本発明の焼入れ方法を実施
する装置の一列を示す構成図、第５図は本発明の焼入れ
における管の那熱温度分布を示す線図、第６図は本発明
の焼鈍方法を実施する装置の一例を示す構成図、第７図
は本発明の焼鈍における管の加熱温度分布を示す線図、
第８図は本発明の原子炉燃料用被覆管の断面の金属組織
を示す顕微鏡写真、第９図は高温高圧水試験後の酸化皮
膜厚さを示す棒グラフ、第１０図は４横管の伸び率を示
す棒グラフ、第１１図は焼鈍一度と腐食増量との関係を
示す線図、第１２図は本発明の焼鈍方法を実施する装置
の一例ど示す構成図でらる。 １・・・素管、７・・・冷却金型、４，６・・・高周波
発振コイル、１４・・・冷却ノズル、１２．１２’・・
・ダミー、１７・・・原子炉燃料用被４げ、ｌｓ・・・
エンドプラグ、１９・・・インクルートスタッド、２１
・・・チャンネル、２２・・・リフテングペイル、２３
・・・上部アウトレット、す・・・核燃料要素、２４・
・・核燃料制保持手段、２５・・・上部工／ドブレート
、２Ｇ・・・核燃料中火コ荀４ｍ 答Ｊ−図 ｔ７ｍ 勤俯 ｑ４ｔ 峡劉 笛ｔｏｔＪ 茗／曙 ズｉ＠Ｊｉｔ度 （ａＣ） 第１２図 第１頁の続き ＠発明者 中高 潤二部
図、第２図は本発明の原子炉燃料用被覆管を用いた核燃
料要素の一例を示す部分断面構成図、第３図は本発明の
原子炉燃料被覆管を用いた原子炉燃料集合体の一例を示
す部分断面構成図、第４図は本発明の焼入れ方法を実施
する装置の一列を示す構成図、第５図は本発明の焼入れ
における管の那熱温度分布を示す線図、第６図は本発明
の焼鈍方法を実施する装置の一例を示す構成図、第７図
は本発明の焼鈍における管の加熱温度分布を示す線図、
第８図は本発明の原子炉燃料用被覆管の断面の金属組織
を示す顕微鏡写真、第９図は高温高圧水試験後の酸化皮
膜厚さを示す棒グラフ、第１０図は４横管の伸び率を示
す棒グラフ、第１１図は焼鈍一度と腐食増量との関係を
示す線図、第１２図は本発明の焼鈍方法を実施する装置
の一例ど示す構成図でらる。 １・・・素管、７・・・冷却金型、４，６・・・高周波
発振コイル、１４・・・冷却ノズル、１２．１２’・・
・ダミー、１７・・・原子炉燃料用被４げ、ｌｓ・・・
エンドプラグ、１９・・・インクルートスタッド、２１
・・・チャンネル、２２・・・リフテングペイル、２３
・・・上部アウトレット、す・・・核燃料要素、２４・
・・核燃料制保持手段、２５・・・上部工／ドブレート
、２Ｇ・・・核燃料中火コ荀４ｍ 答Ｊ−図 ｔ７ｍ 勤俯 ｑ４ｔ 峡劉 笛ｔｏｔＪ 茗／曙 ズｉ＠Ｊｉｔ度 （ａＣ） 第１２図 第１頁の続き ＠発明者 中高 潤二部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニウム基合金からなる被覆管において、該被
覆管外表面部の析出物の析出量が前記被覆管内表面部の
析出物の析出量より少ないことを特徴とする原子炉燃料
用被覆管。 ２、ｍ記ジルコニウム基合金は重量で、錫１〜２％、鉄
０．０５〜０．２％、クロム０．０５〜０．２％。 ニッケルθ％又は０，０３〜０．１％、及び残部が実質
的にジルコニウムよりなる特許請求の範囲第１項に記載
の原子炉燃料用被覆管。 ３、ジルコニウム清合金よりなる４榎菅と、該被覆管内
に挿入された核燃料物質体からなる中央コアとを有し、
前核被覆管と中央コアとの間に間隙を有するものにおい
て、前記被覆管はその外表面部の析出物の析出量が前記
被覆管内表面部の析出物の析出量より少ないことを特徴
とする核燃料要素。 ４、ジルコニウム基合金を熱間塑性加工後、前記ジルコ
ニウム基合金のβ相を含む温度領域に加熱列１１ｔ１１ し急冷する焼入れ輸塑性加工及び焼鈍を少なくとも１回
施す被覆管の製造法において、前記焼入れの少なくとも
１回は前記被覆管の内表面を冷却しながら前記被覆管の
外表面を前記β相を含む温度領域に卯熱し急冷すること
を特徴とする原子炉燃料用被覆管の製造法。 ５、ジルコニウム基合金を熱間塑性加工後、冷間塑性加
工及び焼鈍を少なくとも１回施す被覆管の製造法におい
て、前記焼鈍の少なくとも１回は前記仮榎當の外表面を
冷却しながら前記被ａＥ管の内表面を前記ジルコニウム
基合金の再結晶温度以上に加熱することを特徴とする原
子炉燃料用被覆管の製造法。 ６、ジルコニウム基合金を熱間塑性）Ｍ１後１前記ジル
コニウム基甘金のβ相を含む温度領域に加熱し急冷する
焼入れ膓塑性加工及び焼鈍を少なくとも１回施す被覆管
の製造法において、前記焼入れの少なくとも１回は前記
被榎管全体を前記β相を含む温度領域に加熱し急冷する
か、又は前記被覆管の内表面を冷却しながら前記被覆管
の外表面を前記β相を含む温度領域に加熱し急冷し、か
つ前記焼鈍の少なくとも１回は前記被ｔｊＥ管の外表面
を冷却しながら前記被覆管の内狭面を前記ジルコニウム
基合金の再結晶温度以上に加熱することを特徴とする原
子炉燃料用被覆管の製造法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59019980A JPS60165580A (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
| CA000472980A CA1230805A (en) | 1984-02-08 | 1985-01-28 | Method of producing a cladding tube for reactor fuel |
| DE19853504031 DE3504031A1 (de) | 1984-02-08 | 1985-02-06 | Beschichtete mantelhuelse fuer kernbrennstoff und herstellungsverfahren dafuer |
| US06/915,555 US4718949A (en) | 1984-02-08 | 1986-10-06 | Method of producing a cladding tube for reactor fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59019980A JPS60165580A (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60165580A true JPS60165580A (ja) | 1985-08-28 |
| JPH0344275B2 JPH0344275B2 (ja) | 1991-07-05 |
Family
ID=12014326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59019980A Granted JPS60165580A (ja) | 1984-02-08 | 1984-02-08 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4718949A (ja) |
| JP (1) | JPS60165580A (ja) |
| CA (1) | CA1230805A (ja) |
| DE (1) | DE3504031A1 (ja) |
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1985
- 1985-01-28 CA CA000472980A patent/CA1230805A/en not_active Expired
- 1985-02-06 DE DE19853504031 patent/DE3504031A1/de active Granted
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1986
- 1986-10-06 US US06/915,555 patent/US4718949A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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