JPS6075567A - 原子力燃料棒端栓の製造方法 - Google Patents
原子力燃料棒端栓の製造方法Info
- Publication number
- JPS6075567A JPS6075567A JP58182622A JP18262283A JPS6075567A JP S6075567 A JPS6075567 A JP S6075567A JP 58182622 A JP58182622 A JP 58182622A JP 18262283 A JP18262283 A JP 18262283A JP S6075567 A JPS6075567 A JP S6075567A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- end plug
- nuclear fuel
- fuel rod
- alloy
- manufacture
- 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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-
- 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
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、加工方法と熱処理法を改善した原子力燃料棒
端栓の製造方法に関するものである。
端栓の製造方法に関するものである。
一般にジルカロイ−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
子炉の炉内構造材料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
子炉の炉内構造材料として多く用いられている。
しかしながら、これらジルコニウム合金は、その使用時
間の経過とともに、いわゆるノソユ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、生成された水素が合金基材と表
面の酸化膜との間に蓄積して腐食生成物を形成するもの
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、構造材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る。
間の経過とともに、いわゆるノソユ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、生成された水素が合金基材と表
面の酸化膜との間に蓄積して腐食生成物を形成するもの
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、構造材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る。
しかるに、ジルコニウム金は、このような問題点はある
が、多くの特性を有し、実績もあることから、原子炉の
炉内構造材料として従来多く用いられている。
が、多くの特性を有し、実績もあることから、原子炉の
炉内構造材料として従来多く用いられている。
例えば原子炉の燃料棒は、第１図に示すように、ジルコ
ニウム合金で形成された燃料被覆管１の内部に多数の核
燃料ペレット２・・・を装填し、前記燃料被覆管１の上
下両端部に、夫々ジルコニウム合金で形成された上部端
栓３と下部端栓４が取付けられている。
ニウム合金で形成された燃料被覆管１の内部に多数の核
燃料ペレット２・・・を装填し、前記燃料被覆管１の上
下両端部に、夫々ジルコニウム合金で形成された上部端
栓３と下部端栓４が取付けられている。
上部端栓３と下部端栓４は、従来、ジルコニウム合金製
の円柱棒を切削加工して、核燃料棒支持具と嵌合するシ
ャンク５と、被覆管１に溶接固着させる溶接部（頭部）
６とを形成していた。
の円柱棒を切削加工して、核燃料棒支持具と嵌合するシ
ャンク５と、被覆管１に溶接固着させる溶接部（頭部）
６とを形成していた。
しかしながら、このような従来の切削加工による方法で
は、加工に時間がかかる上、材料の歩留りが極めて悪く
、シかも切削ぐずが発火性に富むため防災上管理保管が
めんどうであるなど、実用上多くの問題点があった。
は、加工に時間がかかる上、材料の歩留りが極めて悪く
、シかも切削ぐずが発火性に富むため防災上管理保管が
めんどうであるなど、実用上多くの問題点があった。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、加工が容易で
、材料の歩留りも良く、シかも優れた耐ノジユラーコロ
−ジョン性と機械的特性を有する原子力燃料棒端栓の製
造方法を提供することを目的とするものである。
、材料の歩留りも良く、シかも優れた耐ノジユラーコロ
−ジョン性と機械的特性を有する原子力燃料棒端栓の製
造方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、ジルコニウム合金の円柱棒をα＋β相以上の
温度領域で鍛造して端栓形状に成形した後、直ちに水冷
することを特徴とするものである。
温度領域で鍛造して端栓形状に成形した後、直ちに水冷
することを特徴とするものである。
本発明において端栓を形成す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係、鉄０，０
７〜０．２０俤、クロム０．０５〜０．１５チ、ニッケ
ル０．０３〜００８％、残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１．２〜１７％
、鉄０．１８〜０．２４％、りｌ：ｌ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チ
ニオプ系、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
。
は、例えば重量比で、スズ１，２〜１．７係、鉄０，０
７〜０．２０俤、クロム０．０５〜０．１５チ、ニッケ
ル０．０３〜００８％、残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１．２〜１７％
、鉄０．１８〜０．２４％、りｌ：ｌ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チ
ニオプ系、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
。
次に製造方法を説明すると、先ず上部端栓３は、第２図
体）に示すようにシャンク５の外径に相当する直径のジ
ルコニウム合金円柱棒７を、所定の長さに切断した後、
α＋β相以上の温度領域に加熱して熱間鍛造を行い、第
２図（Ｂ）に示すように、棒状の小径部８の一端側に、
円板状の大径部９を形成する。熱間鍛造の後、直ちに水
槽中に投入して水冷し、次いで、切削加工を行って第２
図（Ｃ）に示すように、核燃料支持具と嵌合する円柱状
のシャンク５と、被覆管１に溶接される溶接部６とを加
工して、上部端栓３を製造する。
体）に示すようにシャンク５の外径に相当する直径のジ
ルコニウム合金円柱棒７を、所定の長さに切断した後、
α＋β相以上の温度領域に加熱して熱間鍛造を行い、第
２図（Ｂ）に示すように、棒状の小径部８の一端側に、
円板状の大径部９を形成する。熱間鍛造の後、直ちに水
槽中に投入して水冷し、次いで、切削加工を行って第２
図（Ｃ）に示すように、核燃料支持具と嵌合する円柱状
のシャンク５と、被覆管１に溶接される溶接部６とを加
工して、上部端栓３を製造する。
また下部端栓４は、先ず第３図体）に示すように溶接部
６の外径に相当する直径のジルコニウム合金円柱棒７を
所定の長さに切断する。次に、この円柱棒７をα＋β相
以上の温度領域に加熱して、熱間鍛造して第３図（Ｂ）
に示すようｆ大径部９の一端にチー７４一部１０を介し
て小径部８を形成する。この熱間鍛造の後、直ちに水槽
中に投入して水冷を行い、次いで切削加工を行って第３
図（Ｃ）に示すように一端側圧尖頭状のシャンク５を形
成すると共に、他端側に溶接部６を形成した下部端栓４
を製造する。
６の外径に相当する直径のジルコニウム合金円柱棒７を
所定の長さに切断する。次に、この円柱棒７をα＋β相
以上の温度領域に加熱して、熱間鍛造して第３図（Ｂ）
に示すようｆ大径部９の一端にチー７４一部１０を介し
て小径部８を形成する。この熱間鍛造の後、直ちに水槽
中に投入して水冷を行い、次いで切削加工を行って第３
図（Ｃ）に示すように一端側圧尖頭状のシャンク５を形
成すると共に、他端側に溶接部６を形成した下部端栓４
を製造する。
５一
本発明において、鍛造加工する温度は、ジルコニウム合
金の体心立方格子であるβ相が出現する温度以上、即ち
α＋β相領域の温度以上で、約８４０℃以上で、熱間鍛
造を行った後、直に水冷して焼入れを行う。この焼入れ
によりβ相が常温にまで持ち来たされて析出物が針状に
析出すると共に、圧縮応力を表面に残留させることがで
きる。
金の体心立方格子であるβ相が出現する温度以上、即ち
α＋β相領域の温度以上で、約８４０℃以上で、熱間鍛
造を行った後、直に水冷して焼入れを行う。この焼入れ
によりβ相が常温にまで持ち来たされて析出物が針状に
析出すると共に、圧縮応力を表面に残留させることがで
きる。
このように表面に、析出物が針状に細かく析出したβ相
が形成されると、水素が表面から逃げて内部に蓄積され
にくくなると共に、水冷により結晶格子が密になってい
るため、表面から内部への酸素の拡散が阻止されて、酸
化膜が形成されにくくなり、この結果、耐ノジユラーコ
ロ−ジョン性と耐水素脆化特性が向上するものと考えら
れる。更に水冷により表面に圧縮応力が残留しているこ
とから、外部からの引張応力に対して引張強度が向上し
、沸騰高温水に曝されている端栓では特に機械的特性の
向上に有効である。
が形成されると、水素が表面から逃げて内部に蓄積され
にくくなると共に、水冷により結晶格子が密になってい
るため、表面から内部への酸素の拡散が阻止されて、酸
化膜が形成されにくくなり、この結果、耐ノジユラーコ
ロ−ジョン性と耐水素脆化特性が向上するものと考えら
れる。更に水冷により表面に圧縮応力が残留しているこ
とから、外部からの引張応力に対して引張強度が向上し
、沸騰高温水に曝されている端栓では特に機械的特性の
向上に有効である。
６−
〔発明の実施例〕
ジルカロイ−２製の円柱棒を、８．３ｍφ×７９■に切
断し、これをトリクロールエタンによる脱脂洗浄後、高
周波加熱により８９０℃に５秒間加熱した。次に６０ト
ンクランクプレス機により鍛造を行った後、直ちに水冷
した。次に表面に生成された酸化被膜をアルミナ研摩剤
＋２０で除去した後、旋盤で切削加工により上部端栓に
仕上げだ。
断し、これをトリクロールエタンによる脱脂洗浄後、高
周波加熱により８９０℃に５秒間加熱した。次に６０ト
ンクランクプレス機により鍛造を行った後、直ちに水冷
した。次に表面に生成された酸化被膜をアルミナ研摩剤
＋２０で除去した後、旋盤で切削加工により上部端栓に
仕上げだ。
このようにして得られた土部端栓の耐ノノユラーコ四−
ジョン感受性試験を行い、その結果を第４図のグラフに
曲線ａで示した。この感受性試験は５００℃、１０５気
圧水蒸気中で４８時間の加速試験を行い、その腐食増量
を測定した。
ジョン感受性試験を行い、その結果を第４図のグラフに
曲線ａで示した。この感受性試験は５００℃、１０５気
圧水蒸気中で４８時間の加速試験を行い、その腐食増量
を測定した。
また本発明と比較するために、８９０℃の熱間鍛造後空
冷した場合の端栓（曲線ｂ）および円柱棒材からの切削
加工により形成した端栓（曲線Ｃ）についても同様に耐
ノジュラーコ四−ジョン感受性試験を行い、その結果を
第４図のグラフに併記した。この結果から明らかなよう
に、本発明方法により製造した端栓は、殆ど腐食増量が
なく、優れた耐ノジユラーコロ−ジョン性を有すること
が確認された。
冷した場合の端栓（曲線ｂ）および円柱棒材からの切削
加工により形成した端栓（曲線Ｃ）についても同様に耐
ノジュラーコ四−ジョン感受性試験を行い、その結果を
第４図のグラフに併記した。この結果から明らかなよう
に、本発明方法により製造した端栓は、殆ど腐食増量が
なく、優れた耐ノジユラーコロ−ジョン性を有すること
が確認された。
以上説明した如く、本発明に係る原子力燃料棒端栓の製
造方法によれば鍛造で成型するので、作業性と材料の歩
留りが良く、しかもα＋β相領域からの水冷により耐ノ
ジユラーコロ−ジョン性と機械的特性の向上も図ること
ができる。
造方法によれば鍛造で成型するので、作業性と材料の歩
留りが良く、しかもα＋β相領域からの水冷により耐ノ
ジユラーコロ−ジョン性と機械的特性の向上も図ること
ができる。
第１図は原子力燃料棒の縦断面図、第２図（４）乃至同
図（Ｃ）は上部端栓を、加工工程に従って示す正面図、
第３図（４）乃至同図（Ｃ）は下部端栓を加工工程に従
って示す正面図、第４図は本発明による端栓と従来方法
による端栓の、加速腐食試験における腐食増量の時間変
化を示すグラフである０ １・・・被覆管、２・・・核燃料ペレット、３・・・上
部端栓、４・・・下部端栓、５・・・シャンク、６・・
・溶接部、７・・・円柱棒、８・・・小径部、９・・・
大径部、１０・・・テーパ一部。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦９− 第１図 第２図 第３図 （Ｂ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｃ） 第４図 喘全暗間 （ｈｌ
図（Ｃ）は上部端栓を、加工工程に従って示す正面図、
第３図（４）乃至同図（Ｃ）は下部端栓を加工工程に従
って示す正面図、第４図は本発明による端栓と従来方法
による端栓の、加速腐食試験における腐食増量の時間変
化を示すグラフである０ １・・・被覆管、２・・・核燃料ペレット、３・・・上
部端栓、４・・・下部端栓、５・・・シャンク、６・・
・溶接部、７・・・円柱棒、８・・・小径部、９・・・
大径部、１０・・・テーパ一部。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦９− 第１図 第２図 第３図 （Ｂ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｃ） 第４図 喘全暗間 （ｈｌ
Claims (1)
- ジルコニウム合金の円柱棒をα十β相以上の温度領域で
鍛造して端栓形状に成形した後、直ちに水冷することを
特徴とする原子力燃料棒端栓の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58182622A JPS6075567A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 原子力燃料棒端栓の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58182622A JPS6075567A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 原子力燃料棒端栓の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6075567A true JPS6075567A (ja) | 1985-04-27 |
Family
ID=16121504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58182622A Pending JPS6075567A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 原子力燃料棒端栓の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6075567A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009082939A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Ｚｒ又はＺｒ合金製段付軸状部品の製造法及び該製造法で得られた燃料棒端栓 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51110412A (ja) * | 1975-02-25 | 1976-09-30 | Gen Electric |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP58182622A patent/JPS6075567A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51110412A (ja) * | 1975-02-25 | 1976-09-30 | Gen Electric |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009082939A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Ｚｒ又はＺｒ合金製段付軸状部品の製造法及び該製造法で得られた燃料棒端栓 |
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