JPS6052538A - Ζｒ基Νｂ合金の溶解法 - Google Patents

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】 この発明はジルコニウム基ニオブ合金（以下Ｚｒ基Ｎｌ
）合金という）の溶解において、Ｎｌ）の偏析ならびに
Ｎ、Ｏの混入による古賀低下の防止を図ったＺｒ基Ｎ′
ｂ合金の溶解法に関する。

Ｚｒ　Ｉｃ　Ｓｎ、　Ｆｅ、　Ｏｒ等を合金元素として
添加したジルカロイは、中性子吸収が小さい、耐食性が
良好等の理由により軽水炉用被覆管として天川化δれて
いる。一方Ｚｒは、Ｎｌ）の添加によって中性吸収性を
損わずに機械的性質が向上する等の利点があって、現在
Ｎｂ倉の比較的少ないＺｒ−２，５％Ｎｌ）が新型転換
炉の圧力管材料として使用されている。

そして今後はＮ’ｔ）量の更に高いＺｒ基Ｎ’ｌ）合金
が炉心用材料として採用δれる気運にある。

このＺｒ基基台合金溶解法としては従来一般に次の■＠
の方法がある。

■　スポンジＺｒとベレット状あるいはフレーク状の単
体Ｎｌ）の混合物を原料とし、この原料を例えば第１図
に工程を示した消耗電極式真空アーク炉方式により２回
繰返しの溶解でインゴット成品を得る方法である。すな
わち、原料を混合器（１）で混合した後プレス成形工程
（２〕でブリケットに成形し、δらに溶接工程（３）で
ブリケラ）（４）’ｒｌ接によって多数つなぎ合せてコ
ンパクト（５）を製造する。

次に一次真空アーク炉（６／）において、前記コンパク
トを消耗電極（７／）として用い、アーク溶解によ！Ｉ
ｎ型（８１）内Ｋｍ湯（９１）として鋳込んで一次イン
ゴットを製造する。次いでこの一次インゴットを複数個
、溶接によりつなぎ合せて二次真空アーク炉（６コ）の
消耗電極（７Ｊ）として用い、−次真空アーク炉と同様
に鋳型（８ｊ）内に溶湯（９コ）として鋳込んでインゴ
ット成品を製造する。

■　まずスポンジＺｒとＮ’ｂメタルの混合物を、アル
ゴン雰囲気中のボタンアーク熔解でＺｒ　−Ｎｂの共晶
合金であるＺｒ−２０％Ｎｌ）合金を溶製し・、これを
チップ状に成形したもの’ｚ　Ｎ’ｌ）母合金とする。

次いで上記Ｎｌ）母合金の所定］”をヌポンジｚｒ４ｃ
混合して原料とし、この原料を第１図の工程に従って２
回繰返しの真空アーク溶解を行ってインゴット成品を製
造する。

上記のの方法は、融点の高いｒｂ　（ｚｒｏＨ点が１８
５０℃に対し、Ｎｌ）は２５００′Ｃ）が未固溶のまま
Ｚｒ中に残ることがあり、インゴット成品中にＮ−ｂ偏
析を生じる欠点がある。

また上記＠の方法は、単体量の代りに融点の低イＮｂ母
合Ｍ（Ｚｒ−２０％Ｎ’ｌ）合金で１７５０℃）を用い
るため、偏析の問題は解消される。しかしＮｂ母合金が
、溶製時に外部からＮ、Ｏを吸蔵する性質があり、この
吸収されたＮ、Ｏは真空アーク溶解の工程の途中で真空
中に放散除去葛れずにインゴット成品に不純物として残
存し、それらの量が限度以」二に増えるとＮは耐食性の
低下を、またＯは硬度上昇をそれぞれ招来して成品の品
質を劣化式せる要因となるという問題がめる。

従ってこのＮ’ｌ）母合金の使用保ハ、Ｎ、Ｏの汚染に
よる影響が成品にあられれない範囲の少量に抑える必要
がある。従来のＺｒ　−２，５％Ｎｌ）合金の溶解にお
けるＺｒ−２０％Ｎｂ母合金の使用量程度であればＮ、
Ｏによる汚染の問題は少ないが、Ｎｌ）量のより高いＺ
ｒ基Ｎｌ）合金の溶解を狙って、母合金にＺｒ−２０％
Ｎｌ）を用いると、母合金の使用量はＮｌ）量の増加に
対応して上昇するので、母合金量の増加によるＮ、０の
汚染の度合が増して、インゴット成品の品質劣化が避け
られないというのが突状であった。

上記に鑑み本発明者らは、Ｎｌ）の多いＺｒ基Ｎ’Ｄ合
金の溶解に適用してＮｂの偏析、Ｎ、Ｏによる汚染の両
方を効果的に抑制し得る方法の開発を意図して鋭意実験
研究を重ねた。その結果、従来のＺｒ−２０％Ｎ’ｌ）
合金の代りＫＮＩ）量を２０％を越えた適当な曾まで増
加せしめたものを母合金としてｚｒに添加する方法をと
ることにより、Ｎｂの多い７ｒ基Ｎｂ合金の溶解におい
ても母合金の使用量をＮ、０の汚染による品質劣化を生
ぜしめない範囲内の量に抑制し得、しかも成品にＮｌ）
の偏析をも生ぜしめないようにすることができるという
知見を得た。

すなわち本発明は、５〜１５％のＮ’ｂを含む力。

基Ｎ’ｔ）合金の溶解法において、ｎをＺｒ−２５〜４
５％Ｎｌ）の母合金としてスポンジＺｒに混合して溶解
することを特徴とするｚｒ基ＮＹ）合金の溶解法を要旨
とする。

従来のＺｒ　−２，５％Ｎ’ｔ）の溶解においては、先
述のとおりＺｒ−２０％Ｎｌ）を母合金として使用して
いたものであるが、これは、Ｚｒ−２０％Ｎｌ）がいわ
ゆる共晶合金でめり、Ｚｒ−Ｎ’ｂ合金の中で融点が最
も低く（約１７５０′Ｃ）、Ｎｂの偏析を回避する上で
最も有利であろうとの考え方からで６．ｔｌ、またＮ’
ｌ）量の少ないＺｒ基Ｎｌ）合金の溶解においては、母
合金の使用量も少量ですみ、Ｎ、　０の汚染による品質
劣化の懸念がないとの理由からである。

しかしＮｂ昂の多いＺｒ基Ｎ’ｂ合金の溶解となると上
記Ｚｒ　−２０％Ｎ’ｂ合金を母合金に使用したのでに
、母合金の必要量が増加しＮ、　０の汚染による品質劣
化の問題発生につながることになる。

本発明者らは、溶解目標としてのｚｒ基Ｎ’ｂ合金中の
Ｎｂ［が多い場合それに見合う高いＮ′ｂ量の母合金を
使用すれば、母合金の必要量の増加は必然的に回避し得
ると考え、母合金中のＮｌ）曾を多くするに当り、成品
のＮｌ）偏析の面からどの程度まで増量が許容δれ得る
か、また母合金中のＮｌ）量の増加が母合金の使用量の
低減にどの程度の効果があるか等の点について、詳細に
調査を行った。

その結果、Ｎｂ量が１５％以下のＺｒ基Ｎｂ合金の溶解
であれば、母合金としてＮ’ｂが２５〜４５％の範囲内
でのＺｒ−Ｎｂ合金の内から適当に選んで使用すれば、
Ｎｌ）の偏析の問題も生ぜずまた母合金の使用量もＺｒ
−２，５％Ｎｂ溶解時のｚｒ−２０％Ｎｌ）母合金の使
用量に匹敵する少量に抑えられるのでＮ、　Ｏの汚染に
よる品質劣化の問題も回避し得ることが確認されたもの
である。因みに当面天川化が予想てれるのは、Ｎ’ｌ）
量が１５％以下程度のｚｒ基合金でアシ、現在のところ
これを上回るＮｂ量は余り必要のないものと考えられる
。

次に本発明のＺｒ基Ｎ′ｂ合金の溶解法を説明する。

本発明の溶解法は基本的には従来方法■と同じである。

すなわちＮ’ｂの偏析を避けるためＩ／Ｃ，Ｎ”１１）
の母合金をＺｒに添加して溶解するのでるるが、本発明
においては、例えばＺｒ　−１，８，５％Ｎ−ｂ合金の
溶解を行う場合にはまず、この溶解における使用量が従
来のｚｒ−２，５％Ｎｂ浴解時溶解合金の使用量を越え
ない程ｐＪに数棟るようにＮｌ）量を増加させた母合金
、例えばＺｒ−８５％Ｎ’ｊ）合金と選定する。

そしてまずスポンジＺｒと単体Ｎｂとを原料として、例
えばアルゴン雰囲気中のボタンアーク溶解によりＺｒ−
３５％Ｎ−ｂ合金を溶製し、これをチップ状に成形した
ものをスポンジＺｒの所定量に添加混合したものを溶解
の原料とする。溶解は例えば第１（２）に示した如くに
消耗電極式真空アーク溶解法に、する繰返し２重溶解に
より行い成品インゴットを得るのである。

上記Ｚｒ〜１３５％Ｎｂ合金の２５　ｋｑインゴットを
得る場合に、母合金として従来のｚｒ−２６％Ｎｌ）合
金を用いると１７．０　ｋｙの母合金を必要とするが、
本発明方法に従ってＺｒ−８５％Ｎｌ）合金を用いると
、母合金の量は９．７　ｋｙに低減され、従来のＺｒ　
−２，５％Ｎｌ）合金溶解時のＺｒ−２０％Ｎ’ｂ母合
金の使用量と略同等となフ、Ｎ、０の汚染による品質劣
化の問題は効果的に回避し得るのである。

次に本発明における各要件の限定理由を説明する。

まず溶解対象を５〜１５％のＮｌ）を含むＺｒ基基台合
金限定した理由は、５％未満では従来のｚｒ−２０％Ｎ
ｂ合金ト本発明（１）　２’、ｒ−２５−４，５％Ｎ’
ｔ）合金との使用量の差が極めて僅少で、本発明による
母合金使用量節減の効果が生じないからで夕）る。

またＮｌ）が１５％を越えるｚｒ基Ｎ’ｂ合金の場合は
、Ｎｌ）を母合金としてＺｒに添加するよりも単体Ｎ−
１）を直接添加する方がコスト、品質等の面からみてメ
リットが大きくなり、母合金使用の必要性がなくなるか
らである。

次いで母合金をｚｒ−２５〜４５％Ｎ’ｂ合金に限定し
た理由は、２５％未満では５〜１５％Ｎ’ｌ）含有Ｚｒ
基合金の溶解に母合金としての使用量が増加して好まし
くないからである。また上限を４５Ｘに限定したのは、
４５％を越えると融点がＺｒの融点（１８５０ｔｌｌｌ
）に近い温度まで上昇し、偏析のおそれが多くなるから
でメジ、またＮｌ）量が１５％を上限とするｚｒ基Ｎ’
ｂ合金の溶解においては、母合金の使用量の低減による
効果の点からみても４５％を越えるＮ’ｂ量の母合金の
使用を必要としないからでおる。

次に突施例を掲げて本発明の詳細な説明する。

突ｉ０ｉ例Ｉ 第１表に示す目標成分の２５ｋｆのＺｒ−８５％Ｎｌ）
合金を本発明法に従って溶解した。

すなわち、まずスポンジＺｒと間メタルとの混合物をア
ルゴン雰囲気でボタンアーク溶解してＺｒ−３５％Ｎ’
ｔ）合金を浴製し、これをチップ状に成形してＮ−ｂ母
合金を製造した。次いで目標成分であるＺｒ−１８，５
％Ｎ’ｌ）合金の溶解に必要とする絹（この場合は９．
７　ｋｒｉ　）のＺｒ−８５％Ｎ’ｌ−）母合金をスポ
ンジＺｒに添加混合して第１図に示す工程の溶解法によ
９２回繰返しの真空アーク溶解してイ））た２次インゴ
ット成品を本発明例の供試材とした。

また比較のため、直接添加の方法すなわち従来方法のに
よりベレット状の単体Ｎｌ）とスポンジＺｒとの混合物
を原料として、第１図に示す工程の溶解法により真空ア
ーク溶解して得た２次インゴット成品を比較例■の供試
材とした。ｉ！た別に、スポンジＺｒとＮ’ｂメタルと
の混合物をアルゴン雰囲気でボタンアーク溶解して、ｚ
ｒ−２０％Ｎ−１）合金を浴製し、これをチップ状に成
形してＮ−ｂ母合金を製造した。次いで目標成分のＺｒ
−１８，５％Ｎ’ｂ合金の溶解に必要とする量（この場
合は１７．０＃）のＺｒ−２０％Ｎ′ｂ母合金をスポン
ジＺｒに添加混合して同様に第１図に示す工程の溶解に
より真空アーク溶解して得た２次インゴット成品を比較
例■の供試材とした。

上記本発明例、比較例の、比較例■の供試材を半割りし
て、該半割断面に１５ｉｎピツチ、１５闘間隔での基盤
目からそれぞれ採取した試料を分析してＮｌ）量の偏析
調査を行った。結果を第２表に示す。

第　２　表 第２表に見る通り、単体Ｎｌ）をＺｒに直接添加した比
較例（１）にＮｂの偏析が生じたのに対し、本発明例、
比較例（２）はいずれも融点の低い母合金としてＮｂを
添加したため偏析は皆無でめった。また比較例（２）に
おいては、母合金ｖＣＺｒ−２０％Ｎｌ）合金を用いた
ために目標成分のインゴットを得るために母合金使用量
が増えて１７．０　＃にも達し、ＮｌＯの汚染問題が生
じた。これに対し本発明例は母合金の使用量が９６７＃
であり、これは従来のＺｒ−２，５％Ｎｌ）合金の溶解
時におけるＺｒ−２０％Ｎｌ）母合金の使用■に匹敵す
る少量でメジ、Ｎ、　Ｏの汚染問題は従来と同様に生じ
なかった。

以上詳述した如く、本発明のＺｒ基Ｎｌ）合金の溶解法
は、Ｎｌ）量の多いＺｒ基Ｎ’ｂ合金の熔解において、
従来の共晶合金であるｚｒ−２０％Ｎ’ｂ母合金に代え
て、Ｎｌ）量分を増加しｆｃ母合金を採用することによ
って母合金自体の使用量を節減し、Ｎ、０の汚染による
品質劣化の防止を可能としたので、今後炉心用材料とし
て実用化が予想されるＮ１）ｆｉの多いｚｒ基基台合金
品質向上、コスト低減に大＠な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は消耗電極式真空アーク炉方式によるＺｒ基Ｎｌ
）合金の溶解工程図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）５〜１５％のＮ’ｔ）を含むＺｒ基Ｎ’ｔ）合金
   の溶解法ニオイテ、Ｎｌ）をＺｒ−２５−４５％Ｎｌ）
   の母合金としてスポンジＺｒに混合して溶解することを
   特徴とするｚｒ基Ｎｂ合金の溶解法。