JPS6043450A - ジルコニウム基合金基体 - Google Patents
ジルコニウム基合金基体Info
- Publication number
- JPS6043450A JPS6043450A JP58149473A JP14947383A JPS6043450A JP S6043450 A JPS6043450 A JP S6043450A JP 58149473 A JP58149473 A JP 58149473A JP 14947383 A JP14947383 A JP 14947383A JP S6043450 A JPS6043450 A JP S6043450A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconium
- alloy substrate
- based alloy
- corrosion
- diffusion layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
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、原子炉の燃料被覆管等の炉心構造材料等に用
いられるジルコニウム基合金基体に関する。
いられるジルコニウム基合金基体に関する。
ジルコニウム基合金は沸騰水型軽水炉及び加圧水型軽水
炉において燃料被覆管及び炉心構造材料として広く使用
されている。ジルコニウム基合金は良好な機械的特性、
及び非常に小さい熱中性子吸収断面積並びに良好な耐食
性を有している。
炉において燃料被覆管及び炉心構造材料として広く使用
されている。ジルコニウム基合金は良好な機械的特性、
及び非常に小さい熱中性子吸収断面積並びに良好な耐食
性を有している。
現在、最も普通に使用されているジルコニウム基合金は
ジルカロイ−２及びジルカロイ−４とよばれているもの
である。
ジルカロイ−２及びジルカロイ−４とよばれているもの
である。
これらの材料は現在の原子炉の運転条件下ではその機能
を充分果たしているが、今後原子炉の経済性向上の点、
例えば原子炉内での滞留期間の長期化等により、これら
の材料に対して更に過酷な使用条件が与えられることが
予想される。このため、現状よシ一層良好な材料特性、
特に高耐食性を有するジルコニウム基合金が望まれてい
る。
を充分果たしているが、今後原子炉の経済性向上の点、
例えば原子炉内での滞留期間の長期化等により、これら
の材料に対して更に過酷な使用条件が与えられることが
予想される。このため、現状よシ一層良好な材料特性、
特に高耐食性を有するジルコニウム基合金が望まれてい
る。
すなわち、ジルコニウム基合金の炉心構造物においては
、ノジュラ腐食と呼ばれる斑点状の灰白色の腐食生成物
が表面に生成することが予想される。この生成物が大き
く成長した場合には、基体から剥離する恐れもあシこの
剥落による部材の肉厚減少は構造部材の機械的強度の低
下をもたらす懸念がちる。また、このノジュラ腐食生成
物は熱伝導度が小さいため、部材における局部的な温度
上上１が生じ、燃料被覆管の破損の原因となることが考
えられる。
、ノジュラ腐食と呼ばれる斑点状の灰白色の腐食生成物
が表面に生成することが予想される。この生成物が大き
く成長した場合には、基体から剥離する恐れもあシこの
剥落による部材の肉厚減少は構造部材の機械的強度の低
下をもたらす懸念がちる。また、このノジュラ腐食生成
物は熱伝導度が小さいため、部材における局部的な温度
上上１が生じ、燃料被覆管の破損の原因となることが考
えられる。
このため、耐食性を更に向上させたジルコニウム基合金
基体が望−まれている。
基体が望−まれている。
本発明の目的は、優れた機械的性質と後れた耐共性を同
時に有するジルコニウム基合金基体を提供することにあ
る。
時に有するジルコニウム基合金基体を提供することにあ
る。
本発明は、表面層の少なくとも一部にＮｂの拡散層を形
成させたジルコニウム基合金基体でるる。
成させたジルコニウム基合金基体でるる。
ずなわぢ、本発明は表面層は劇ノジュラ腐食性に優れ、
同時に内部は良好な機械的強度及び延性に優れたジルコ
ニウム基合金基体となる。
同時に内部は良好な機械的強度及び延性に優れたジルコ
ニウム基合金基体となる。
本発明において、ジルコニウム基合金基体としては、重
量比でＳｎ ：１−２．０％、Ｆｅ：０．１〜０．３％
、 Ｃｒ ： ０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１％以
下を含有するジルコニウム基合金又は重量比でＳｎ：１
〜２％、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｃｒ ：０．０１〜
０，２チを含有するジルコニウム合金からなるものが望
ましい。このような組成のジルコニウム合金（徒原子炉
の燃料被覆管等に好適である。
量比でＳｎ ：１−２．０％、Ｆｅ：０．１〜０．３％
、 Ｃｒ ： ０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１％以
下を含有するジルコニウム基合金又は重量比でＳｎ：１
〜２％、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｃｒ ：０．０１〜
０，２チを含有するジルコニウム合金からなるものが望
ましい。このような組成のジルコニウム合金（徒原子炉
の燃料被覆管等に好適である。
本発明において、ジルコニウム基合金基体に純Ｎｂをコ
ーティングし、次いでＮｂの拡散熱処理を行う。Ｎｂの
コーディング法は真空蒸着法、ＣＶＤ （化学蒸着法）
、塩浴法、溶射法等のいずれの方式でもよい。コーティ
ング層の厚みは、その後の加熱方式及び機械加工の方法
によりｉｂなるが、最終的に得られるＮｂ拡散層の厚み
が０．５μｍ〜０．１ ｖａｎ程度になるように形成さ
れる。加熱方式は電子ビーム加熱方法、レーザー加熱方
法。
ーティングし、次いでＮｂの拡散熱処理を行う。Ｎｂの
コーディング法は真空蒸着法、ＣＶＤ （化学蒸着法）
、塩浴法、溶射法等のいずれの方式でもよい。コーティ
ング層の厚みは、その後の加熱方式及び機械加工の方法
によりｉｂなるが、最終的に得られるＮｂ拡散層の厚み
が０．５μｍ〜０．１ ｖａｎ程度になるように形成さ
れる。加熱方式は電子ビーム加熱方法、レーザー加熱方
法。
高周波加熱方法等を適用することができる。これらの加
熱方法の中で、ジルコニウム基合金基体の加熱による変
形を防止し、Ｎｂの拡散を効率的に行うためには電子ビ
ーム、レーザによる加熱方法が有効である。
熱方法の中で、ジルコニウム基合金基体の加熱による変
形を防止し、Ｎｂの拡散を効率的に行うためには電子ビ
ーム、レーザによる加熱方法が有効である。
拡散加熱の条件は次式で表わされるｚｒ中のＮｂの拡散
式から算出した値を基にして決めることができる。
式から算出した値を基にして決めることができる。
Ｄ＝６．６Ｘ １０−’ ｅｘｌ）（−３１，５Ｘ１０
’／几Ｔ）・（１）ここで Ｄ＝Ｚｒ中のＮｂの拡散係
数 比＝ガス定数（〜２ ｃａｔ／ ｍｏｔ（０、Ｔ＝加熱
温度（Ｋ） このときのＮｂ拡散層におけるＮｂの濃度は０．５〜６
％の範囲が好ましい。Ｎｂ濃度が０．５−未満では充分
な耐ノジュラ腐食性が得られず、また６チを越えると機
械的性質の低下が生じるためである。
’／几Ｔ）・（１）ここで Ｄ＝Ｚｒ中のＮｂの拡散係
数 比＝ガス定数（〜２ ｃａｔ／ ｍｏｔ（０、Ｔ＝加熱
温度（Ｋ） このときのＮｂ拡散層におけるＮｂの濃度は０．５〜６
％の範囲が好ましい。Ｎｂ濃度が０．５−未満では充分
な耐ノジュラ腐食性が得られず、また６チを越えると機
械的性質の低下が生じるためである。
Ｎｂ拡散層は、ジルコニウム基合金基体の表面層の少な
くとも一部、すなわち、耐食性が特に要求される部分に
形成されればよい。
くとも一部、すなわち、耐食性が特に要求される部分に
形成されればよい。
またジルコニウム基合金基体にＮｂ拡散層を形成した後
、オートクレーブ処理等によってＮｂ拡散層上に極く薄
いＺｒＯ，層を設け、とのＺｒＯ２層をも耐食層として
有効に利用することもできる。
、オートクレーブ処理等によってＮｂ拡散層上に極く薄
いＺｒＯ，層を設け、とのＺｒＯ２層をも耐食層として
有効に利用することもできる。
Ｎｂ以外の元素、例えばｐｅ、 Ｃｒ等の添加はある程
度耐ノジュラ性を向上させるが、Ｎｂが最も著しい。こ
の場合、少なくともＮｂとｓｎが両方存在する必要があ
る。７．ｒ中のＳｎはＮ２による耐食性劣化を防止する
働きが勘るからである。
度耐ノジュラ性を向上させるが、Ｎｂが最も著しい。こ
の場合、少なくともＮｂとｓｎが両方存在する必要があ
る。７．ｒ中のＳｎはＮ２による耐食性劣化を防止する
働きが勘るからである。
硝酸の混合水溶液で酸洗した後、真空中（１０〜２５
Ｘ １０ ”Ｔｏｒｒ ） ＫｌｆｆａＮ ｂを蒸着し
、Ｎｂのコーティング層を形成した。次いでＮｂをコー
ティングした管をレーザ加勢方式によシ加熱してコーテ
ィング層のＮｂの拡散熱処理を行った。このときの送シ
速度は１０〜３０ ｃｍ ／１ｒｉｙｒで表面の加熱温
度は９００〜１１００ｒであシ、得られた拡散層中のＮ
ｂ濃度は１〜２チであった。拡散熱処理後、最終的に６
００Ｃで２時間の焼なましを行った後、管の一部を試験
片として３個切り出し、腐食試験に供した（本発明管）
。
Ｘ １０ ”Ｔｏｒｒ ） ＫｌｆｆａＮ ｂを蒸着し
、Ｎｂのコーティング層を形成した。次いでＮｂをコー
ティングした管をレーザ加勢方式によシ加熱してコーテ
ィング層のＮｂの拡散熱処理を行った。このときの送シ
速度は１０〜３０ ｃｍ ／１ｒｉｙｒで表面の加熱温
度は９００〜１１００ｒであシ、得られた拡散層中のＮ
ｂ濃度は１〜２チであった。拡散熱処理後、最終的に６
００Ｃで２時間の焼なましを行った後、管の一部を試験
片として３個切り出し、腐食試験に供した（本発明管）
。
腐食式１険は５０００ 、１０５ ｋｇ／ｃｒｎ”の過
熱水蒸気中に試験片を２４時間保持した。この腐食試験
法は原子炉の猿境をシミュレートした加速試験である。
熱水蒸気中に試験片を２４時間保持した。この腐食試験
法は原子炉の猿境をシミュレートした加速試験である。
試験後、試験片の腐食増量及び外観状況で耐食性を比較
し／１０ なお、比較のためＮｂの拡散層を設けていない従来管の
試験片３個についても腐食試験に供した。
し／１０ なお、比較のためＮｂの拡散層を設けていない従来管の
試験片３個についても腐食試験に供した。
第１図は試験後の腐食増量を示す。本発明管は従来管よ
シ明らかに腐食増量が小さく、Ｎｂ拡散層により耐食性
が向上することが示された。また、第２図に表面におけ
るノジュラ腐食占有率を示す。
シ明らかに腐食増量が小さく、Ｎｂ拡散層により耐食性
が向上することが示された。また、第２図に表面におけ
るノジュラ腐食占有率を示す。
本発明管は従来管と比較して著しくノジュラ腐食占有率
が小さい。即ち、従来管には灰白色の斑点状ノジュラ腐
食が多数発生しているのに対し、本・発明管はきわめて
少ないノジュラ腐食しか観察されない。
が小さい。即ち、従来管には灰白色の斑点状ノジュラ腐
食が多数発生しているのに対し、本・発明管はきわめて
少ないノジュラ腐食しか観察されない。
このように本実施例による燃料被覆管は、表面層（Ｚｒ
−ＮＬ＋−ａｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ不合金）と内部（７
，ｒ −ｆ３ ｎ −１ｉ’ ｅ−Ｃｒ −Ｎ を系合
金）の化＃成分が異なる二種構造となっている点に特色
がある。
−ＮＬ＋−ａｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ不合金）と内部（７
，ｒ −ｆ３ ｎ −１ｉ’ ｅ−Ｃｒ −Ｎ を系合
金）の化＃成分が異なる二種構造となっている点に特色
がある。
ジルコニウム基合金基体としては、Ｎｂを甘む多数のＺ
Ｉ付金が知られている。しかしこれらのＺｒ合金は燃料
被覆管材としてジルカロイ−２゜ジルカロイ−４を佼灼
する程の夾用上の１１１性を有していない。水夫茹例に
よれば、内部はジルカロイ−２としての特性′ｆ：維持
したまま涙面層における耐食性を改良できる。
Ｉ付金が知られている。しかしこれらのＺｒ合金は燃料
被覆管材としてジルカロイ−２゜ジルカロイ−４を佼灼
する程の夾用上の１１１性を有していない。水夫茹例に
よれば、内部はジルカロイ−２としての特性′ｆ：維持
したまま涙面層における耐食性を改良できる。
以上のように不発り」によれば、ジルコニウム基台金基
体の表面層にＮｂ拡散層を設けているので耐昌食性、特
に耐ノジュラ腐食性に侃れ、基体内部はジルコニウム合
金自行の特性をそのまま維持チャンネルボックス等の炉
心構造物の材料として好適でラシ、原子炉内で長期間に
わたりその当初の機能ｔ−維持できる効果がある。
体の表面層にＮｂ拡散層を設けているので耐昌食性、特
に耐ノジュラ腐食性に侃れ、基体内部はジルコニウム合
金自行の特性をそのまま維持チャンネルボックス等の炉
心構造物の材料として好適でラシ、原子炉内で長期間に
わたりその当初の機能ｔ−維持できる効果がある。
第１図は腐食試験後の腐食増量を示すグラフ、８ｇ２図
は腐食試験後のノジュラ腐食占有率を示すグラフである
。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 光１図 第１頁の続き
は腐食試験後のノジュラ腐食占有率を示すグラフである
。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 光１図 第１頁の続き
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、表面層の少なくとも一部にＮｂの拡散層が形成され
ていることを特徴とするジルコニウム基合金基体。 ２、特許請求の範囲第１項において、ジルコニウム基合
金基体が、重量比でｓｎ：ｉ〜２．０ ％ 。 Ｆｅ ：ｏ、ｉ 〜０．３％、 Ｃｒ ：０．０１〜ｏ
、２＊。 Ｎｉ：０．１％以下を含有するジルコニウム合金からな
ることを特徴とするジルコニウム基合金基体。 ３、特許請求の範囲第１項において、ジルコニウム基合
金基体が、重量比でｓｎ：ｉ〜２％、 Ｆ’ｅ：０．１
〜０．３％、 Ｃｒ ： ０．０１〜０．２ ’ｌｘを
含有することを特徴とするジルコニウム基合金基体。 ４、％許請求の範囲第１項において、前記Ｎｂの拡散層
が、重量比でＮｂを０．５〜６．０チ含有することを特
徴とするジルコニウム基合金基体。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記ジルコニウム
基合金基体が、原子炉の炉心構造部材であることを特徴
とするジルコニウム基合金基体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58149473A JPS6043450A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | ジルコニウム基合金基体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58149473A JPS6043450A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | ジルコニウム基合金基体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6043450A true JPS6043450A (ja) | 1985-03-08 |
Family
ID=15475908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58149473A Pending JPS6043450A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | ジルコニウム基合金基体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043450A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62191792A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-22 | 株式会社東芝 | 核燃料要素 |
| JPS62228442A (ja) * | 1985-12-09 | 1987-10-07 | Hitachi Ltd | 高耐食低水素吸収性ジルコニウム基合金及びその製造法 |
| JPS6333535A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-13 | Kobe Steel Ltd | 原子炉用ジルコニウム合金 |
| JPS6439589A (en) * | 1987-07-21 | 1989-02-09 | Siemens Ag | Fuel rod for nuclear reactor fuel element |
| US4944502A (en) * | 1987-11-10 | 1990-07-31 | Autefa Maschinenfabrik Gmbh | Card webber |
| US5297177A (en) * | 1991-09-20 | 1994-03-22 | Hitachi, Ltd. | Fuel assembly, components thereof and method of manufacture |
| US6690759B1 (en) | 2001-04-06 | 2004-02-10 | Global Nuclear Fuel - Japan Co., Ltd. | Zirconium-base alloy and nuclear reactor component comprising the same |
| EP1634974A1 (en) | 2004-09-08 | 2006-03-15 | Global Nuclear Fuel-Americas, LLC | Process of manufacturing nuclear reactor components in zirconium alloy |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56112458A (en) * | 1980-02-13 | 1981-09-04 | Permelec Electrode Ltd | Formation of corrosion-preventive coating on metallic substrate |
-
1983
- 1983-08-16 JP JP58149473A patent/JPS6043450A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56112458A (en) * | 1980-02-13 | 1981-09-04 | Permelec Electrode Ltd | Formation of corrosion-preventive coating on metallic substrate |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62228442A (ja) * | 1985-12-09 | 1987-10-07 | Hitachi Ltd | 高耐食低水素吸収性ジルコニウム基合金及びその製造法 |
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| US6690759B1 (en) | 2001-04-06 | 2004-02-10 | Global Nuclear Fuel - Japan Co., Ltd. | Zirconium-base alloy and nuclear reactor component comprising the same |
| EP1408129A1 (en) * | 2001-04-06 | 2004-04-14 | Global Nuclear Fuel-Japan Co., Ltd. | Zirconium-base alloy and nuclear reactor component comprising the same |
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