JPS6050155A - 核燃料被覆管の製造方法 - Google Patents
核燃料被覆管の製造方法Info
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- JPS6050155A JPS6050155A JP58157610A JP15761083A JPS6050155A JP S6050155 A JPS6050155 A JP S6050155A JP 58157610 A JP58157610 A JP 58157610A JP 15761083 A JP15761083 A JP 15761083A JP S6050155 A JPS6050155 A JP S6050155A
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- 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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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は核燃料イレットを装填する核燃料被覆管の製造
方法に係り、特に核燃料被N管の耐食性と機械的特性の
向上を図ったものである。
方法に係り、特に核燃料被N管の耐食性と機械的特性の
向上を図ったものである。
一般にシルカミイー2、ジルカロイ−4などのジルコニ
ウム合金は、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ていること、構造材料とし
て機械的性質を充分に備えていることなどの理由から原
子炉の核燃料被覆管として多く用いられている。
ウム合金は、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ていること、構造材料とし
て機械的性質を充分に備えていることなどの理由から原
子炉の核燃料被覆管として多く用いられている。
この核燃料被N管1t/′i第1図および第2図に示す
ように、ジルコニウム合金管で形成され、内部にはベレ
ット状に形成された、例えば酸化ウランあるいは酸化プ
ルトニウムなどの核燃14ペレット2が複数個積層充填
され、更にこの核燃料ペレット2は、前記被覆管1の上
部端栓3に一端が当接したスノリング4により固定され
ている。
ように、ジルコニウム合金管で形成され、内部にはベレ
ット状に形成された、例えば酸化ウランあるいは酸化プ
ルトニウムなどの核燃14ペレット2が複数個積層充填
され、更にこの核燃料ペレット2は、前記被覆管1の上
部端栓3に一端が当接したスノリング4により固定され
ている。
しかしながら、これらジルコニウム合金で形成された核
燃料被覆管は、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、その表面に斑点状に生成してくることが
ある。これはジルコニウム合金が高温水と反応し、この
表面に酸化膜が形成された状態で、生成された水素が合
金基材と表面の酢化膜との間に蓄積して腐食生成物全形
成するものである。この腐食生成物は、経時的に表面に
集積し、ついには表面から剥離して、被M管の強度低下
を招くおそれがある。また生成された水素が合金内部に
侵入するとジルコニウムの水素化物が形成され、これが
表面と垂直方向に形成されると、連続した水素化物によ
る、いわゆる水素脆性の問題があった。
燃料被覆管は、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、その表面に斑点状に生成してくることが
ある。これはジルコニウム合金が高温水と反応し、この
表面に酸化膜が形成された状態で、生成された水素が合
金基材と表面の酢化膜との間に蓄積して腐食生成物全形
成するものである。この腐食生成物は、経時的に表面に
集積し、ついには表面から剥離して、被M管の強度低下
を招くおそれがある。また生成された水素が合金内部に
侵入するとジルコニウムの水素化物が形成され、これが
表面と垂直方向に形成されると、連続した水素化物によ
る、いわゆる水素脆性の問題があった。
このような問題を解決するため、従来は、仕上りの被覆
管寸法に管絞り工程を行ったジルコニウム合金管を、最
終の熱処理工程において、β焼入する方法1(特開昭5
5−100947)およびジルコニウム合金管の表面を
急熱溶融後急冷する方法(特開昭55−50453)な
どが提案されている。これらの方法は、何れもジルコニ
ウム合金管の少なくとも表面部の結晶構造を焼入により
針状結晶粒のβ相(体心立方格子)に変えることにより
耐ノジユラーコロ−ジョン性を向上させるものである。
管寸法に管絞り工程を行ったジルコニウム合金管を、最
終の熱処理工程において、β焼入する方法1(特開昭5
5−100947)およびジルコニウム合金管の表面を
急熱溶融後急冷する方法(特開昭55−50453)な
どが提案されている。これらの方法は、何れもジルコニ
ウム合金管の少なくとも表面部の結晶構造を焼入により
針状結晶粒のβ相(体心立方格子)に変えることにより
耐ノジユラーコロ−ジョン性を向上させるものである。
しかしながら、これら焼入による方法は、耐/)ニラ−
コロ−ジョン性を向上させる反面、M覆管としての機械
的特性が劣化する上、肉厚が0.8 mm 、長さが4
mもの細長い管であるため、焼入時に曲りやねじれを生
ずる問題があり、満足すべきものではなかった。
コロ−ジョン性を向上させる反面、M覆管としての機械
的特性が劣化する上、肉厚が0.8 mm 、長さが4
mもの細長い管であるため、焼入時に曲りやねじれを生
ずる問題があり、満足すべきものではなかった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みなされたもので、
優れた耐ノジユラーコロ−ジョン性を有すると共に、機
械的特性にも優れ、しかも曲りやねじれの少ない核燃料
被覆管の製造方法全提供するものである。
優れた耐ノジユラーコロ−ジョン性を有すると共に、機
械的特性にも優れ、しかも曲りやねじれの少ない核燃料
被覆管の製造方法全提供するものである。
本発明はジルコニウム合金管を所定の内径および肉厚ま
で縮小する管絞り工程を行った後、最終の熱処理として
、ジルコニウム合金管をα領域の高温に急加熱して、短
時間保持した後、直ちに急冷することを特徴とするもの
である。
で縮小する管絞り工程を行った後、最終の熱処理として
、ジルコニウム合金管をα領域の高温に急加熱して、短
時間保持した後、直ちに急冷することを特徴とするもの
である。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明において用いるジルコニウム合金としては、例え
ば重量比でスズ1.2〜1.7%、鉄0.07〜0.2
0%、クロム0.05〜0.15%、ニラ+#0.03
〜0,08%、代部ジルコニウムよりなるジルカロイ−
2と呼称されているもの、スズ1.2〜1.7チ、鉄0
.18〜0.24チ、クロム0.07〜0,13%、残
部ジルコニウムよりなるジルカロイ−4と呼称されてい
るもの、あるいはジルコニウム−2,5%ニオブ系、ジ
ルコニウム−1%ニオブ系、またはオーゼナイトなどの
ジルコニウム合金に適用することができる。
ば重量比でスズ1.2〜1.7%、鉄0.07〜0.2
0%、クロム0.05〜0.15%、ニラ+#0.03
〜0,08%、代部ジルコニウムよりなるジルカロイ−
2と呼称されているもの、スズ1.2〜1.7チ、鉄0
.18〜0.24チ、クロム0.07〜0,13%、残
部ジルコニウムよりなるジルカロイ−4と呼称されてい
るもの、あるいはジルコニウム−2,5%ニオブ系、ジ
ルコニウム−1%ニオブ系、またはオーゼナイトなどの
ジルコニウム合金に適用することができる。
次に本発明被覆管の製造方法について説明する。
被覆管はジルコニウム合金を溶解、鍛造して中空ビレッ
トを形成し、次いで熱間押出した後、冷間加工による管
絞り工程を経て、仕上りの内径および肉厚まで縮小する
。この冷間加工による管絞り工程は、中間に焼鈍を組合
せて、3〜4回の/Jスを経て、最終焼鈍を行う。最終
焼鈍の温度は通常580℃近傍で約2時間半加熱して行
うが、このようにして得られた被覆管は残留歪がなく、
また結晶構造はα相(六方晶形)である。
トを形成し、次いで熱間押出した後、冷間加工による管
絞り工程を経て、仕上りの内径および肉厚まで縮小する
。この冷間加工による管絞り工程は、中間に焼鈍を組合
せて、3〜4回の/Jスを経て、最終焼鈍を行う。最終
焼鈍の温度は通常580℃近傍で約2時間半加熱して行
うが、このようにして得られた被覆管は残留歪がなく、
また結晶構造はα相(六方晶形)である。
ここまでは従来の方法と同一であるが、本発明において
は、最終焼鈍後に、次の熱処理工程を付加したものであ
る。
は、最終焼鈍後に、次の熱処理工程を付加したものであ
る。
最終焼鈍したジルコニウム合金管を、例えば高周波加熱
により、表面部をα領域の780〜860℃まで急加熱
して、数秒間保持した後、急冷して、表面部に圧縮応力
を残留させるものである。このように急加熱、急冷全行
うと、内部に大きな温度差を生じ、表面部は内部の高温
部を包んで冷却するため自由に収縮できない。
により、表面部をα領域の780〜860℃まで急加熱
して、数秒間保持した後、急冷して、表面部に圧縮応力
を残留させるものである。このように急加熱、急冷全行
うと、内部に大きな温度差を生じ、表面部は内部の高温
部を包んで冷却するため自由に収縮できない。
この結果、表面部は内部の高温部のために張力を受けな
がら冷却する。冷却初期においては、温度は比較的高い
から降伏点が低く、表面部は多少永久変形を起こす。し
かも中心部まで室温になった時には、表面部は中心部に
比べて、変形分だけ伸び過ぎていることになり、これが
内部からの収縮力を受け、最終的には、表面部は中心部
によって圧縮された状態となる。即ち表面部には圧縮応
力が残留し、中心部はσ[張応力が働いて、つり合った
状態となる。
がら冷却する。冷却初期においては、温度は比較的高い
から降伏点が低く、表面部は多少永久変形を起こす。し
かも中心部まで室温になった時には、表面部は中心部に
比べて、変形分だけ伸び過ぎていることになり、これが
内部からの収縮力を受け、最終的には、表面部は中心部
によって圧縮された状態となる。即ち表面部には圧縮応
力が残留し、中心部はσ[張応力が働いて、つり合った
状態となる。
このように表面部に圧縮応力が残留した状態で、結晶構
造がα相のままφでも、耐ノジユラー:7 ry −J
ヨン性が向上する理由について詳らかではないが、圧縮
応力が加った状態では、結晶格子が密につまっているた
め、表面から内部へ酸素が拡散しにくくなるためである
と考えられる。このように酸素の拡散が阻止されると酸
化膜が形成されにくくなり、酸化膜と合金表面との間の
水素の蓄積が防止され、耐ノジユラーコロ−ジョン性が
向上するものである。
造がα相のままφでも、耐ノジユラー:7 ry −J
ヨン性が向上する理由について詳らかではないが、圧縮
応力が加った状態では、結晶格子が密につまっているた
め、表面から内部へ酸素が拡散しにくくなるためである
と考えられる。このように酸素の拡散が阻止されると酸
化膜が形成されにくくなり、酸化膜と合金表面との間の
水素の蓄積が防止され、耐ノジユラーコロ−ジョン性が
向上するものである。
なお本発明において加熱温度ft780〜860℃のα
領域に限定した理由は、この温度範囲に加熱して急冷す
ることにより8〜46 kg/ rmn2の圧縮応力が
残留し、特に残留圧縮応力が20 kg/ wI” 以
上で効果的な耐ノジユラーコロ−ジョン性が得られる。
領域に限定した理由は、この温度範囲に加熱して急冷す
ることにより8〜46 kg/ rmn2の圧縮応力が
残留し、特に残留圧縮応力が20 kg/ wI” 以
上で効果的な耐ノジユラーコロ−ジョン性が得られる。
この場合780℃未満の加熱では、充分な圧縮応力が残
留せず、また860℃を越えるとβ領域となり、急冷す
ると焼入が行われて、表面層がβ相(体心立方格子)に
なる上、曲りやねじれが大きく、しかも機械的特性が劣
化するからである。
留せず、また860℃を越えるとβ領域となり、急冷す
ると焼入が行われて、表面層がβ相(体心立方格子)に
なる上、曲りやねじれが大きく、しかも機械的特性が劣
化するからである。
また本発明では被覆管の表面に圧縮応力が残留している
ので、例えば引張強さが約45に9/咽2 のジルコニ
ウム合金からなる被覆管に、本発明の熱処理を施して圧
縮応力を20 kg/ am2残留させると、65 k
17/ rtrs2 までの外部応力まで破断せずに耐
えられることになる。更に圧縮応力が残留していること
により耐力が大きくなると共に伸びが小さくなり、特に
沸臆高温水中に長時間曝らされる核燃料被覆管において
、強度、クリープ特性など機械的特性の改善効果が大き
い。
ので、例えば引張強さが約45に9/咽2 のジルコニ
ウム合金からなる被覆管に、本発明の熱処理を施して圧
縮応力を20 kg/ am2残留させると、65 k
17/ rtrs2 までの外部応力まで破断せずに耐
えられることになる。更に圧縮応力が残留していること
により耐力が大きくなると共に伸びが小さくなり、特に
沸臆高温水中に長時間曝らされる核燃料被覆管において
、強度、クリープ特性など機械的特性の改善効果が大き
い。
ジルカロイ−2を用い、通常の溶解、sa<より中空ビ
レットを形成した後、熱間押出しを行い、次いで4回の
冷間加工による管絞りと、真空焼鈍を繰り返して最終の
仕上り形状とした。
レットを形成した後、熱間押出しを行い、次いで4回の
冷間加工による管絞りと、真空焼鈍を繰り返して最終の
仕上り形状とした。
次にこの被覆管を、サイリスタ式の高周波加熱炉を用い
て、急速加熱して表面を800℃に加熱した。この場合
炉内滞留時間(保持時間)は約5秒であった。この後、
直ちに水冷して急速冷却を行った。
て、急速加熱して表面を800℃に加熱した。この場合
炉内滞留時間(保持時間)は約5秒であった。この後、
直ちに水冷して急速冷却を行った。
次いで表面の酸化膜を研磨除去して被覆管を製造した。
このようにして得られた被覆管を、500℃、105気
圧の高温高圧水蒸気中に放置して、加速腐食試験を行っ
て耐食性を調べた。この結果は第3図のグラフに曲線a
で示すように腐食による増量は48時間経過後も、僅か
であった。
圧の高温高圧水蒸気中に放置して、加速腐食試験を行っ
て耐食性を調べた。この結果は第3図のグラフに曲線a
で示すように腐食による増量は48時間経過後も、僅か
であった。
また機械的特性音調べるため、耐力と伸びを調べたとこ
ろ、耐力は42. s kg/+nm2、伸びは32.
9%で、優れたクリーブ特性全有することが確認された
。
ろ、耐力は42. s kg/+nm2、伸びは32.
9%で、優れたクリーブ特性全有することが確認された
。
更に本発明被覆管の表面応力状態を見るためX線により
残留圧縮応力を測定したところ、28 kg / wn
2 であった。なおこの場合のX線測定はCrKα(ク
ロムケアルア7 )純音用い(2022)面からの回折
線を用いて行った。
残留圧縮応力を測定したところ、28 kg / wn
2 であった。なおこの場合のX線測定はCrKα(ク
ロムケアルア7 )純音用い(2022)面からの回折
線を用いて行った。
次に本発明と比較するために、最終焼銃後、何ら熱処理
を行わない従来の被覆管についても同様に加速腐食試験
を行った・ この結果、腐食による増量は第3図のグラフに曲線すで
示すように急激な増加カーツを画いた。また同様に機械
的特性を調べたところ耐力る圧縮応力の測定では、残留
が認められなかったO 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明に係る核燃′料被覆管の製造
方法によればα領域から急冷して、表面に圧縮応力を残
留させるこ、とにより、耐ノジユラーコロージョン性と
機械的特性の向上が図れると共に、β領域からの焼入に
比べて低温度からの急冷であるため曲りやねじれの発生
が少なく、寸法精度にも優れているなど顕著な効果全盲
するものである。
を行わない従来の被覆管についても同様に加速腐食試験
を行った・ この結果、腐食による増量は第3図のグラフに曲線すで
示すように急激な増加カーツを画いた。また同様に機械
的特性を調べたところ耐力る圧縮応力の測定では、残留
が認められなかったO 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明に係る核燃′料被覆管の製造
方法によればα領域から急冷して、表面に圧縮応力を残
留させるこ、とにより、耐ノジユラーコロージョン性と
機械的特性の向上が図れると共に、β領域からの焼入に
比べて低温度からの急冷であるため曲りやねじれの発生
が少なく、寸法精度にも優れているなど顕著な効果全盲
するものである。
第1図は核燃料被覆管の内部に核燃料被レットを装填し
た燃料棒の縦断面図、第2図は第1図の拡大水平断面図
、第3図は本発明による被覆管と、従来方法による被覆
管との腐食増量の時間変化を示すグラフである。 1・・・被覆管、2・・・核燃料4レツト、3・・・上
部端栓、4・・・スプリング、5・・・下部端栓。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 腐食時開(H) 第1頁の続き @発明者亀井 俊夫
た燃料棒の縦断面図、第2図は第1図の拡大水平断面図
、第3図は本発明による被覆管と、従来方法による被覆
管との腐食増量の時間変化を示すグラフである。 1・・・被覆管、2・・・核燃料4レツト、3・・・上
部端栓、4・・・スプリング、5・・・下部端栓。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 腐食時開(H) 第1頁の続き @発明者亀井 俊夫
Claims (2)
- (1) ジルコニウム合金管を、中間の熱処理を行いな
がら複数回の・やスを順次経て、所定の内径および肉厚
まで縮小する管絞り工程を行った後、最終の熱処理とし
て、ジルコニウム合金fの表面をα領域の高温に急加熱
して、短時間保持した後、直ちに急冷することを特徴と
する核燃料被覆管の製造方法。 - (2) α領域での加熱温度を780〜860℃とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の核燃料被
覆管の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58157610A JPS6050155A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 核燃料被覆管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58157610A JPS6050155A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 核燃料被覆管の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6050155A true JPS6050155A (ja) | 1985-03-19 |
JPS6123264B2 JPS6123264B2 (ja) | 1986-06-05 |
Family
ID=15653485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58157610A Granted JPS6050155A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 核燃料被覆管の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6050155A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2584097A1 (fr) * | 1985-06-27 | 1987-01-02 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium |
EP0949349A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-13 | General Electric Company | Protective coarsening anneal for zirconium alloys |
-
1983
- 1983-08-29 JP JP58157610A patent/JPS6050155A/ja active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2584097A1 (fr) * | 1985-06-27 | 1987-01-02 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium |
US4764223A (en) * | 1985-06-27 | 1988-08-16 | Pechiney | Process for the manufacture of a rough-shaped, cold-rolled cladding tube of zirconium alloy |
EP0949349A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-13 | General Electric Company | Protective coarsening anneal for zirconium alloys |
US6126762A (en) * | 1998-03-30 | 2000-10-03 | General Electric Company | Protective coarsening anneal for zirconium alloys |
US6355118B1 (en) | 1998-03-30 | 2002-03-12 | General Electric Company | Protective coarsening anneal for zirconium alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6123264B2 (ja) | 1986-06-05 |
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