JPS61184485A - 燃料チヤンネルボツクス - Google Patents
燃料チヤンネルボツクスInfo
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- JPS61184485A JPS61184485A JP60023427A JP2342785A JPS61184485A JP S61184485 A JPS61184485 A JP S61184485A JP 60023427 A JP60023427 A JP 60023427A JP 2342785 A JP2342785 A JP 2342785A JP S61184485 A JPS61184485 A JP S61184485A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- channel box
- zirconium
- fuel
- corrosion resistance
- corrosion
- 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
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〕
本発明は新規なジルコニウム基合金に係り、特にその耐
食性を著しく向上させた新規な沸騰水型原子炉用燃料集
合体用チャンネルボックスに関する。
食性を著しく向上させた新規な沸騰水型原子炉用燃料集
合体用チャンネルボックスに関する。
ジルコニウム基合金は、その優れた耐食性と非常に小さ
い熱中性子吸収断面積により原子カプラントの燃料集合
体の構造材に使用されている。これらの部材は長時間炉
内で使用されるため、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。更に、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。
い熱中性子吸収断面積により原子カプラントの燃料集合
体の構造材に使用されている。これらの部材は長時間炉
内で使用されるため、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。更に、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。
この剥離による肉厚減少は構造部材の機械的強度の低下
が懸念される。このようなことから燃料集合体の部材は
耐食性がより重要である。
が懸念される。このようなことから燃料集合体の部材は
耐食性がより重要である。
ジルコニウム基合金の代表的なものとして「ジルカロイ
−２」 （ジルコニウムに錫を約１．５％。
−２」 （ジルコニウムに錫を約１．５％。
鉄を約０．１％、クロムを約０．１％、ニッケルを約０
．０５％含む）及び「ジルカロイ−４」 （ジルコニウ
ムに錫を約１．５％、鉄を約０．２％、クロムを約０．
１％含む）がよく知られている。
．０５％含む）及び「ジルカロイ−４」 （ジルコニウ
ムに錫を約１．５％、鉄を約０．２％、クロムを約０．
１％含む）がよく知られている。
軽水炉において、沸騰水型原子炉（Ｂ ’Ｗ Ｒ）では
燃料被覆管にジルカイロ−２、燃料チャンネルボックス
及びスペーサにジルカイロ−４が用いられている。一方
、加圧木型原子炉（ＰＷＲ）では燃料被覆管、制御棒案
内管及び炉内計装用案内管にジルカロイ−４が用いられ
ている。
燃料被覆管にジルカイロ−２、燃料チャンネルボックス
及びスペーサにジルカイロ−４が用いられている。一方
、加圧木型原子炉（ＰＷＲ）では燃料被覆管、制御棒案
内管及び炉内計装用案内管にジルカロイ−４が用いられ
ている。
このジルコニウム合金は現在の原子炉運転条件下ではそ
の機能に問題ないが、今後、経済性向上の点から原子炉
内での滞在期間が長期化するなど材料に対して更に過酷
な使用条件が加わることになる。このため現状より耐食
性のすぐれたジルコニウム基台金の開発が望まれている
。
の機能に問題ないが、今後、経済性向上の点から原子炉
内での滞在期間が長期化するなど材料に対して更に過酷
な使用条件が加わることになる。このため現状より耐食
性のすぐれたジルコニウム基台金の開発が望まれている
。
ＢＷＲ燃料集合体用燃料チャンネルボックスは燃料集合
体の外側に位置し、加熱された水及び蒸気をまとめて上
方に送り出すボックスで重要な燃料集合体の強度部材の
一つである。
体の外側に位置し、加熱された水及び蒸気をまとめて上
方に送り出すボックスで重要な燃料集合体の強度部材の
一つである。
第２図は燃料集合体の概要図を示す。本図に示すように
チャンネルボックス１は燃料集合体の外壁となり、その
内部にスペーサ２及びタイプレート４に固定された燃料
棒３を収納する構造をとる。
チャンネルボックス１は燃料集合体の外壁となり、その
内部にスペーサ２及びタイプレート４に固定された燃料
棒３を収納する構造をとる。
このようにチャンネルボックスは燃焼時に燃料棒から発
生する膨大な蒸気を炉上部へ導く働きをさせるため、チ
ャンネルボックス自体は膨出の応力が負荷される状態で
使用される。したがって当部材は強度部材としての特性
を有するとともに前述したように耐食性にもすぐれてい
る必要がある。
生する膨大な蒸気を炉上部へ導く働きをさせるため、チ
ャンネルボックス自体は膨出の応力が負荷される状態で
使用される。したがって当部材は強度部材としての特性
を有するとともに前述したように耐食性にもすぐれてい
る必要がある。
特に熱効率向上の観点からチャンネルボックスの薄肉化
が重要であり、高強度及び高耐性部材の開発が今後増々
要望される。
が重要であり、高強度及び高耐性部材の開発が今後増々
要望される。
このためジルカロイ合金に代るより耐食性のすぐれた材
料が検討されている。この中でＺｒ−Ｎｂ系合金はカナ
ダのＣＡＮＤＵ炉の圧力管に使用されてい、る。この材
料の機械的性質、照射成長を改善したと言われるＥＸＣ
ｔＥＬ合金（Ｚｒ−２，５〜４．０％Ｓ ｎ −０、５
〜ｌ 、 ５％Ｍ ｏ −０、５〜１ 、５％Ｎｂ）が
ある（特開昭５ｌ−１３４３０４）。また、ジルカロイ
合金より耐食性がすぐれているといわれるスカヌーク合
金（Ｚｒ−０，２５％〜１．５％Ｎ ｂ −０，０２５
〜０．２０％５ｎ−０，０２〜１．０％（Ｃｒ＋Ｍｏ）
、又はＺｒ−０，４５〜１．２０％Ｎｂ−０，０４〜０
．１％５ｎ−０，２５〜０．６％（Ｃｒ−Ｍｏ）−０，
７〜１．８％（Ｎｂ＋Ｃｒ＋Ｍ ｏ ）が知られている
（特開昭５０−１４８２１３号）にの他にＺｒ−０，５
〜５％ Ｎｂ合金（特開昭４７−４２２２０号）、また
ジルカロイ−４にＮｂを０．５％、１．０％添加したも
のが発表されている。
料が検討されている。この中でＺｒ−Ｎｂ系合金はカナ
ダのＣＡＮＤＵ炉の圧力管に使用されてい、る。この材
料の機械的性質、照射成長を改善したと言われるＥＸＣ
ｔＥＬ合金（Ｚｒ−２，５〜４．０％Ｓ ｎ −０、５
〜ｌ 、 ５％Ｍ ｏ −０、５〜１ 、５％Ｎｂ）が
ある（特開昭５ｌ−１３４３０４）。また、ジルカロイ
合金より耐食性がすぐれているといわれるスカヌーク合
金（Ｚｒ−０，２５％〜１．５％Ｎ ｂ −０，０２５
〜０．２０％５ｎ−０，０２〜１．０％（Ｃｒ＋Ｍｏ）
、又はＺｒ−０，４５〜１．２０％Ｎｂ−０，０４〜０
．１％５ｎ−０，２５〜０．６％（Ｃｒ−Ｍｏ）−０，
７〜１．８％（Ｎｂ＋Ｃｒ＋Ｍ ｏ ）が知られている
（特開昭５０−１４８２１３号）にの他にＺｒ−０，５
〜５％ Ｎｂ合金（特開昭４７−４２２２０号）、また
ジルカロイ−４にＮｂを０．５％、１．０％添加したも
のが発表されている。
しかし、これらの材料はＺｒ−２，５％Ｎｂ を除い
てはほとんど使用実績がなく、ジルカロイ合金にとって
代る程の材料でないと言われている。
てはほとんど使用実績がなく、ジルカロイ合金にとって
代る程の材料でないと言われている。
以上のような観点により、本発明の目的は従来の製造プ
ロセスで製造可能な部材で、かつ耐食性の著しくすぐれ
たジルコニウム基合金からなる煙流チャンネルボックス
を提供することにある。
ロセスで製造可能な部材で、かつ耐食性の著しくすぐれ
たジルコニウム基合金からなる煙流チャンネルボックス
を提供することにある。
前述したように、ジルコニウム基合金の中ではジルカロ
イ−２及び４が使用実績が特に多く、またその材料特性
もよく知られている。しかしながら長期間炉内に滞在し
た場合、ノジュラ腐食が問題になる懸念がある。そこで
、ジルカロイ合金の化学組成から大幅に変更することな
く耐ノジュラ腐食性を改善することを検討した結果法の
事実を見出した。
イ−２及び４が使用実績が特に多く、またその材料特性
もよく知られている。しかしながら長期間炉内に滞在し
た場合、ノジュラ腐食が問題になる懸念がある。そこで
、ジルカロイ合金の化学組成から大幅に変更することな
く耐ノジュラ腐食性を改善することを検討した結果法の
事実を見出した。
すなわち、ジルカロイ合金に微量のニオブ、チタン及び
バナジウムを添加することによって耐ノジュラ腐食性を
著しく改善できることを見出した。
バナジウムを添加することによって耐ノジュラ腐食性を
著しく改善できることを見出した。
次に本発明の化学成分の範囲を示す。
錫はジルコニウム基合金の窒素による耐食性低下の悪影
響を抑制する作用があるため１〜２％添加することが良
い。１％以下では低下が小さく、また２％以上添加して
もその効果は余り変りないが、靭性の面で劣化が起こり
やすくなるため、２％を越えないことが肝要である。
響を抑制する作用があるため１〜２％添加することが良
い。１％以下では低下が小さく、また２％以上添加して
もその効果は余り変りないが、靭性の面で劣化が起こり
やすくなるため、２％を越えないことが肝要である。
鉄、クロム及びニッケルの添加はジルコニウム基合金の
耐食性及び機械的性質の改善に効果がある。従って各元
素とも０．０５〜０．３％の範囲で含有することが望ま
しい。０．０５％以下ではその効果が小さく、また０、
３％以上では核特性上好ましくない。
耐食性及び機械的性質の改善に効果がある。従って各元
素とも０．０５〜０．３％の範囲で含有することが望ま
しい。０．０５％以下ではその効果が小さく、また０、
３％以上では核特性上好ましくない。
なおニッケルを全く添加しない材料は耐食性がやや低下
するが、水素吸収が少なく、靭性確保の点で効果的であ
る。
するが、水素吸収が少なく、靭性確保の点で効果的であ
る。
ニオブ、チタン及びバナジウムの添加は微量で耐食性改
善に効果がある。このため、これらの元素の一種又は二
種以上を０．０５〜０．５％含有することが好ましい。
善に効果がある。このため、これらの元素の一種又は二
種以上を０．０５〜０．５％含有することが好ましい。
概ね０．５％でその効果が飽和する傾向にあり、ノジュ
ラ腐食が非常に起こり難くなる。なお添加量を上限０．
５％ とした理由は金属組織上の第二相が多量に出現す
る等で延性低下がみられること並びにノジュラ腐食その
ものは起こさないが、均一腐食が多少加速される悪影響
が現われ易いので制限した。
ラ腐食が非常に起こり難くなる。なお添加量を上限０．
５％ とした理由は金属組織上の第二相が多量に出現す
る等で延性低下がみられること並びにノジュラ腐食その
ものは起こさないが、均一腐食が多少加速される悪影響
が現われ易いので制限した。
残部はジルコニウム及び不可避的な不純物、更に強度に
大きな影響を及ぼす酸素から成る。
大きな影響を及ぼす酸素から成る。
上記の成分範囲であれば従来の燃料チャンネルボックス
の製造プロセスで製造することが可能である。つまり本
発明の成分範囲では塑性加工性、熱処理性及び溶接性に
大きな変化はなく、しかしながら耐ノジュラ腐食性には
顕著な改善効果がみられる。
の製造プロセスで製造することが可能である。つまり本
発明の成分範囲では塑性加工性、熱処理性及び溶接性に
大きな変化はなく、しかしながら耐ノジュラ腐食性には
顕著な改善効果がみられる。
実施例その１
ジルコニウムに錫１゜４０％、鉄０．１７％、クロム０
．１２％、ニッケル０．０５％添加し、さらにニオブを
約０．０５％、０．３％、０．５％。
．１２％、ニッケル０．０５％添加し、さらにニオブを
約０．０５％、０．３％、０．５％。
１．０％、２．０％及び２．５％添加した合金を少量溶
製した。各々のインゴットは７５０℃で鍛造しその後に
１０００℃１００ｓｅｃ溶体化処理し、さらに冷間圧延
（加工度約３０％）と６００℃２ｈの焼なまし処理を２
回繰返して薄板に加工した。
製した。各々のインゴットは７５０℃で鍛造しその後に
１０００℃１００ｓｅｃ溶体化処理し、さらに冷間圧延
（加工度約３０％）と６００℃２ｈの焼なまし処理を２
回繰返して薄板に加工した。
薄板より腐食試験片を採取して高温水蒸気中でノジュラ
腐食感受性評価試験を行った。試験条件は５３０℃、１
０５ ｋｇ／ｆｆｌ蒸気中２０ｈ保持した。
腐食感受性評価試験を行った。試験条件は５３０℃、１
０５ ｋｇ／ｆｆｌ蒸気中２０ｈ保持した。
試験後、試験片の腐食増量ならびに外観観察を行った。
第１図は腐食増量とニオブ含有量の関係を示す。
本図よりニオブを添加すると著しく腐食増量が減少する
。特に微量の含有量でも効果が顕著であり０゜５％以上
ではその効果がほぼ飽和する。但し本発明ではミクロ組
織において第二相の析出を低レベルに抑えること並びに
核特性を阻害しないためにニオブ含有量を０．０５〜０
．５％の範囲に定めた。
。特に微量の含有量でも効果が顕著であり０゜５％以上
ではその効果がほぼ飽和する。但し本発明ではミクロ組
織において第二相の析出を低レベルに抑えること並びに
核特性を阻害しないためにニオブ含有量を０．０５〜０
．５％の範囲に定めた。
腐食試験後の代表的な試験片外観を観察した。
ニオブを添加しないものは白色斑点状のノジュラ腐食が
みられるが、ニオブを含有した０、５％添加材及び２．
０％添加材は黒色の均一酸化皮膜を呈している。即ち、
ニオブを含有することにより顕著に耐ノジュラ腐食性が
改善されることが判る。
みられるが、ニオブを含有した０、５％添加材及び２．
０％添加材は黒色の均一酸化皮膜を呈している。即ち、
ニオブを含有することにより顕著に耐ノジュラ腐食性が
改善されることが判る。
この微量添加元素の効果はチタン、バナジウムでも同様
に認められ、特にこれら元素の二種以上を極微量（約０
．１％）各々添加した方が、より効果的であった。
に認められ、特にこれら元素の二種以上を極微量（約０
．１％）各々添加した方が、より効果的であった。
実施例その２
ジルコニウムに錫１．５％、鉄０．１６％、クロム０．
１２％、ニッケル０．０５％及びニオブを約０．５％添
加した合金を大型溶解で溶製し、燃料チャンネルボック
スを製造した。第３図はその製造プロセスを示す。その
後燃料チャンネルボックスの端部から腐食試験片を採取
し、高温水蒸気中でノジュラ腐食感受性評価試験を行っ
た。試験条件は５１０℃、１０５ｋｇ／ａ＃蒸気中２０
ｈ保持した。試験機外観観察及び酸化皮膜深さの測定を
行つた。
１２％、ニッケル０．０５％及びニオブを約０．５％添
加した合金を大型溶解で溶製し、燃料チャンネルボック
スを製造した。第３図はその製造プロセスを示す。その
後燃料チャンネルボックスの端部から腐食試験片を採取
し、高温水蒸気中でノジュラ腐食感受性評価試験を行っ
た。試験条件は５１０℃、１０５ｋｇ／ａ＃蒸気中２０
ｈ保持した。試験機外観観察及び酸化皮膜深さの測定を
行つた。
その結果、試験片の内外表面ともに黒色の均一酸化皮膜
を呈し、溶接部を含むすべての部分でノジュラ腐食は認
められなかった。
を呈し、溶接部を含むすべての部分でノジュラ腐食は認
められなかった。
以上のように、ジルコニウムに錫１．４％、鉄を０．０
１７％、クロムを０．１２％、ニッケル０．０５％及び
ニオブ、チタン、バナジウムを一種もしくは二種以上０
゜０５〜０．５％含有するジルコニウム合金は耐ノジュ
ラ腐食性がすぐれ、かつ燃料チャンネルボックスの製造
プロセスにも適合することにより、本発明法により新規
な沸騰水型原子炉用燃料チャンネルボックスを提供でき
る。
１７％、クロムを０．１２％、ニッケル０．０５％及び
ニオブ、チタン、バナジウムを一種もしくは二種以上０
゜０５〜０．５％含有するジルコニウム合金は耐ノジュ
ラ腐食性がすぐれ、かつ燃料チャンネルボックスの製造
プロセスにも適合することにより、本発明法により新規
な沸騰水型原子炉用燃料チャンネルボックスを提供でき
る。
本発明によれば、従来の製造プロセスを用いて耐ノジュ
ラ腐食性の著しくすぐれたジルコニウム基合金製の燃料
スペーサが製造できるので高経済性の燃料集合体を製造
でき、燃料集合体の信頼性を向上できる効果がある。
ラ腐食性の著しくすぐれたジルコニウム基合金製の燃料
スペーサが製造できるので高経済性の燃料集合体を製造
でき、燃料集合体の信頼性を向上できる効果がある。
第１図は腐食増量とニオブ添加量の関係線図、第２図は
従来の燃料集合体の概要図、第３図は燃料チャンネルボ
ックスの製造プロセスの工程図である。 １・・・燃料チャンネルボックス、２・・・燃料スペー
サ、３・・・燃料棒、４・・・下部タイプレート。
従来の燃料集合体の概要図、第３図は燃料チャンネルボ
ックスの製造プロセスの工程図である。 １・・・燃料チャンネルボックス、２・・・燃料スペー
サ、３・・・燃料棒、４・・・下部タイプレート。
Claims (1)
- １、沸騰水型原子炉用燃料集合体を構成するチャンネル
ボックスにおいて、錫１〜２％、鉄０．１〜０．３％、
クロム０．０１〜０．２％及びニオブ、チタン、バナジ
ウムを一種又は二種以上０．０５〜０．５％を含有する
ジルコニウム基合金からなる板材を成形加工及び溶接に
よつて組立てられていることを特徴とする燃料チャンネ
ルボックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60023427A JPS61184485A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 燃料チヤンネルボツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60023427A JPS61184485A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 燃料チヤンネルボツクス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61184485A true JPS61184485A (ja) | 1986-08-18 |
Family
ID=12110204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60023427A Pending JPS61184485A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 燃料チヤンネルボツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61184485A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5017336A (en) * | 1988-01-22 | 1991-05-21 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Zironium alloy for use in pressurized nuclear reactor fuel components |
| JP2006234476A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Toshiba Corp | 沸騰水型原子炉用燃料集合体および沸騰水型原子炉用チャンネルボックス |
-
1985
- 1985-02-12 JP JP60023427A patent/JPS61184485A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5017336A (en) * | 1988-01-22 | 1991-05-21 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Zironium alloy for use in pressurized nuclear reactor fuel components |
| JP2006234476A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Toshiba Corp | 沸騰水型原子炉用燃料集合体および沸騰水型原子炉用チャンネルボックス |
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