JPS61253352A - ジルコニウム基合金の製造方法 - Google Patents
ジルコニウム基合金の製造方法Info
- Publication number
- JPS61253352A JPS61253352A JP60092838A JP9283885A JPS61253352A JP S61253352 A JPS61253352 A JP S61253352A JP 60092838 A JP60092838 A JP 60092838A JP 9283885 A JP9283885 A JP 9283885A JP S61253352 A JPS61253352 A JP S61253352A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- corrosion resistance
- alloy
- zirconium
- plastic working
- terminal plug
- 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
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (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
〔発明の利用分野〕
本発明は、ジルコニウム基合金の製造方法に係り、特に
燃料棒に用いるジルコニウム基合金を製造するのに好適
なジルコニウム基合金の製造方法に関する。
燃料棒に用いるジルコニウム基合金を製造するのに好適
なジルコニウム基合金の製造方法に関する。
ジルコニウム基合金は、優れた耐食性と小さい中性子吸
収断面積とを有しているため、第１図に示すように、原
子炉内構造部材である燃料被覆管１、チャンネルボック
ス２、スペーサ３、ウォータロッド４、上部端栓５及び
下部端栓６１等に使用されている。これら用途に使用さ
れている錫を含むジルコニウム合金としては、ジルカロ
イ−２（Ｓ ｎ ： １．２０〜１．７０ｗ ｔ％、
Ｆ ｅ ： ０．０７〜０．２０ｗｔ％ｅ Ｃｒ ：
０．０５〜０．１５ｗ ｔ％、 Ｎ ｉ ’： ０．０
３〜０．０８ｗ ｔ％、 Ｏ： ９００〜１４００ｐ
ｐ ｍ、残Ｚｒ。 但しＦ ｅ ＋ Ｃｒ ＋ Ｎ ｉ ： ０．１８〜０
．３８ｗ ｔ％）、ジルカロイ−４（Ｓ ｎ ： １．
２０〜１．７０ｗ ｔ％、Ｆｅ：０、ＩＪ１〜０．２４
ｗ ｔ％、 Ｃｒ ： ０．０７〜０．１３ｗ ｔ％、
０： １０００〜１６００ ｐ ｐ ｍ 、残Ｚｒ、但
し、Ｆ ｅ ＋ Ｃｒ： ０．２８〜０．３８ｗｔ％）
等がある。 合金元素のうち、Ｓｎは機械的性質の改善と溶解原料で
あるジルコニウムスポンジ中に含まれる窒素が耐食性に
及ぼす悪影響を防止するために添加される。酸素の添加
は引張強さを向上させる。 Ｆａ、Ｃｒ及びＮｉは耐食性を向上させるために添加さ
れる。 耐食性向上に顕著な効果を有するＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの
うち、Ｎｉの添加量が増加すると高温高圧水中あるいは
高温高圧水蒸気中での水素吸収量が増加すると言われて
おり例えば「ザ メタロシイ オブ ジルコニウム」
（ディー・エル・ダグラス著）ｐ、３６０“Ｔｈｅ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆＺｉｒｃｏｎｉｕｍ” （Ｄ
、Ｌ、ＤＯＵＧＬＡＳＳ著） ｐ、３６０）に記載さ
れている。吸収された水素は水素化物として板状に析出
し材料の強度低下の原因となる。このためＮｉは、ジル
カロイ−２材では、約０．０５ｗｔ％と添加量が少く、
ジルカロイ−４材では添加されていない。 Ｆｅ及びＣｒは０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％添加するこ
とにより耐食性が向上すると言われており例えばメタロ
シイ オブ ジルコニウム（ミラー著）ｐ 、 ３
２ ５ （Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆ Ｚｉｒ
ｃｏｎｉｕｍ、 （？！１ｌｌａｒ著）Ｐ、３２５）
に記載されているａ Ｆ ｅ ｇ Ｃｒ及びＮｉの中性
子吸収断面積はＺｒに比べて大であり、できる限り添加
量は少い方が好ましい。 以上述べた理由により、現用のジルコニウム合金の組成
が選定されている。 しかし、耐食性が優れたこれら市販ジルコニウム合金も
、炉内で長時間高温高圧の水にさらされると、丘疹状の
局部腐食（以後ノジュラ腐食と記す）が発生する。ノジ
ュラ腐食の発生は、健全部の肉厚を減少させるので強度
低下の原因となり、ノジュラ腐食が全肉厚を貫通すると
被覆管内の放射性物質が炉水中に漏れる。ｍ予力燃料の
高燃焼度化、運転サイクルの長期化をはかるためには、
現用ジルコニウム合金の耐食性をさらに高める必要があ
る。 現用のジルカロイ−２材及びジルカロイ−４材の高耐食
化技術としては例えば特開昭５１−１１０４１１号公報
及び特開昭５１−１１０４１２号公報に記載されている
βクエンチと呼ばれる熱処理技術が公知である。βクエ
ンチとは、ジルコニウム基合金を〔α＋β〕相温度範囲
あるいはβ相温度範囲で溶体化処理しつづいてその温度
範囲から急冷（冷却温度＝３０℃／秒〜３００℃／秒）
する熱処理であり。 βクエンチすることにより合金中に析出しているＺｒ
（Ｃｒ、Ｆａ）、、Ｚｒ、（Ｎｉ、Ｆｅ）等の金属化金
相はマトリックス中に固溶し、冷却過程で析出する金属
間化合物相はβクエンチする前のものより微細化する。 上記の如く、〔α＋β〕もしくは〔β〕相湿温度領域ら
急冷することにより、ジルコニウム基合金の耐食性は著
しく向上する。しかし、上記公知例は、従来製造工程の
途中で、高耐食化処理（焼入処理）工程を追加したもの
であり、焼入処理工程と加工工程とは、完全に分離され
たものであった。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、高耐食性を有する上部端栓及び下部端
栓の製造方法及び製品を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、熱間塑性加工と高耐食化処理とを同時に施す
ものである。熱間塑性加工を施すと、一般的にジルコニ
ウム基合金部材の耐食性は劣化するが、熱間塑性加工前
のジルコニウム基合金部材の加熱温度を７５０℃以上と
することにより耐食性は向上する。 〔発明の実施例〕 本発明の一実施例を第２図により説明する。第２図は、
核燃料要素を構成する下部端栓の熱間塑性加工による製
造方法を示したものである。 端栓用ジルコニウム基合金丸棒８．を電気炉にて加熱し
、その後、押し捧９．及びダイス１０゜により熱間塑性
加工を施し中間製品１１、を製造した。その後、機械加
工を施し、下部端栓６、を製造した。 第３図に上記製造方法により製造した端栓の高温腐食試
験結果を示す、腐食試験条件としては、５００℃×２４
時間、１０５ ｋｇｆ／ｃ＋ａ”なる高温高圧水蒸気と
した。腐食試験には、熱間塑性加工前加熱温度の異なる
種々端栓を供した。第３図より明らかなように、熱間塑
性加工前加熱温度（鍛造直前）が６００℃から７５０℃
までの間は、熱間塑性加工前加熱温度の上昇とともに端
栓の腐食増量は増加する傾向にあるが、７５０℃以上に
なると端栓の腐食増量は、温度の上昇とともに減少する
傾向にある。 本実施例より、熱間塑性加工前加熱温度を７５０℃以上
特に８００℃とすることにより端栓の耐食性が向上する
傾向にあることは明らかである。 実施例２ 実施例１に示す端栓製造工程において、熱間塑性加工後
、中間製品に急冷処理を施して端栓を製造した。熱間塑
性加工前加熱温度は８００℃以上とした。急冷処理は、
冷却ガス噴射あるいは冷却水噴射により施した０本方法
によっても耐食性の優れた端栓を製造することができた
。 上記実施例は、下部端栓のものであるが、上部端栓につ
いても同様の結果が得られている。又、上記実施例１及
び２に示す方法で製造した端栓と、従来端栓（ジルコニ
ウム基合金丸棒に機械加工を施し端栓形状としたもの）
とをより厳しい５３０℃×１６時間１０５ｋｇｆ／ｃ＋
ａ”なる高温高圧木蓋気中腐食試験に供したところ、実
施例２に示した端栓の耐食性が最も優れており、外表面
には全くノジュラ腐食は発生しなく、黒色の光沢ある酸
化被膜を程した。一方、実施例１にて製造した端栓は、
熱間塑性加工前加熱温度が８００℃以上の場合、外表面
にはノジュラ腐食はほとんど発生しなかった。しかし、
従来端栓の表面にはノジュラ腐食が多数発生した。 〔発明の効果〕 本発明によれば、熱間塑性加工と高耐食化処理とを同時
に施すことができるので、高耐食ジルコニウム基合金部
材を経済的に製造することができる。
収断面積とを有しているため、第１図に示すように、原
子炉内構造部材である燃料被覆管１、チャンネルボック
ス２、スペーサ３、ウォータロッド４、上部端栓５及び
下部端栓６１等に使用されている。これら用途に使用さ
れている錫を含むジルコニウム合金としては、ジルカロ
イ−２（Ｓ ｎ ： １．２０〜１．７０ｗ ｔ％、
Ｆ ｅ ： ０．０７〜０．２０ｗｔ％ｅ Ｃｒ ：
０．０５〜０．１５ｗ ｔ％、 Ｎ ｉ ’： ０．０
３〜０．０８ｗ ｔ％、 Ｏ： ９００〜１４００ｐ
ｐ ｍ、残Ｚｒ。 但しＦ ｅ ＋ Ｃｒ ＋ Ｎ ｉ ： ０．１８〜０
．３８ｗ ｔ％）、ジルカロイ−４（Ｓ ｎ ： １．
２０〜１．７０ｗ ｔ％、Ｆｅ：０、ＩＪ１〜０．２４
ｗ ｔ％、 Ｃｒ ： ０．０７〜０．１３ｗ ｔ％、
０： １０００〜１６００ ｐ ｐ ｍ 、残Ｚｒ、但
し、Ｆ ｅ ＋ Ｃｒ： ０．２８〜０．３８ｗｔ％）
等がある。 合金元素のうち、Ｓｎは機械的性質の改善と溶解原料で
あるジルコニウムスポンジ中に含まれる窒素が耐食性に
及ぼす悪影響を防止するために添加される。酸素の添加
は引張強さを向上させる。 Ｆａ、Ｃｒ及びＮｉは耐食性を向上させるために添加さ
れる。 耐食性向上に顕著な効果を有するＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの
うち、Ｎｉの添加量が増加すると高温高圧水中あるいは
高温高圧水蒸気中での水素吸収量が増加すると言われて
おり例えば「ザ メタロシイ オブ ジルコニウム」
（ディー・エル・ダグラス著）ｐ、３６０“Ｔｈｅ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆＺｉｒｃｏｎｉｕｍ” （Ｄ
、Ｌ、ＤＯＵＧＬＡＳＳ著） ｐ、３６０）に記載さ
れている。吸収された水素は水素化物として板状に析出
し材料の強度低下の原因となる。このためＮｉは、ジル
カロイ−２材では、約０．０５ｗｔ％と添加量が少く、
ジルカロイ−４材では添加されていない。 Ｆｅ及びＣｒは０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％添加するこ
とにより耐食性が向上すると言われており例えばメタロ
シイ オブ ジルコニウム（ミラー著）ｐ 、 ３
２ ５ （Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆ Ｚｉｒ
ｃｏｎｉｕｍ、 （？！１ｌｌａｒ著）Ｐ、３２５）
に記載されているａ Ｆ ｅ ｇ Ｃｒ及びＮｉの中性
子吸収断面積はＺｒに比べて大であり、できる限り添加
量は少い方が好ましい。 以上述べた理由により、現用のジルコニウム合金の組成
が選定されている。 しかし、耐食性が優れたこれら市販ジルコニウム合金も
、炉内で長時間高温高圧の水にさらされると、丘疹状の
局部腐食（以後ノジュラ腐食と記す）が発生する。ノジ
ュラ腐食の発生は、健全部の肉厚を減少させるので強度
低下の原因となり、ノジュラ腐食が全肉厚を貫通すると
被覆管内の放射性物質が炉水中に漏れる。ｍ予力燃料の
高燃焼度化、運転サイクルの長期化をはかるためには、
現用ジルコニウム合金の耐食性をさらに高める必要があ
る。 現用のジルカロイ−２材及びジルカロイ−４材の高耐食
化技術としては例えば特開昭５１−１１０４１１号公報
及び特開昭５１−１１０４１２号公報に記載されている
βクエンチと呼ばれる熱処理技術が公知である。βクエ
ンチとは、ジルコニウム基合金を〔α＋β〕相温度範囲
あるいはβ相温度範囲で溶体化処理しつづいてその温度
範囲から急冷（冷却温度＝３０℃／秒〜３００℃／秒）
する熱処理であり。 βクエンチすることにより合金中に析出しているＺｒ
（Ｃｒ、Ｆａ）、、Ｚｒ、（Ｎｉ、Ｆｅ）等の金属化金
相はマトリックス中に固溶し、冷却過程で析出する金属
間化合物相はβクエンチする前のものより微細化する。 上記の如く、〔α＋β〕もしくは〔β〕相湿温度領域ら
急冷することにより、ジルコニウム基合金の耐食性は著
しく向上する。しかし、上記公知例は、従来製造工程の
途中で、高耐食化処理（焼入処理）工程を追加したもの
であり、焼入処理工程と加工工程とは、完全に分離され
たものであった。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、高耐食性を有する上部端栓及び下部端
栓の製造方法及び製品を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、熱間塑性加工と高耐食化処理とを同時に施す
ものである。熱間塑性加工を施すと、一般的にジルコニ
ウム基合金部材の耐食性は劣化するが、熱間塑性加工前
のジルコニウム基合金部材の加熱温度を７５０℃以上と
することにより耐食性は向上する。 〔発明の実施例〕 本発明の一実施例を第２図により説明する。第２図は、
核燃料要素を構成する下部端栓の熱間塑性加工による製
造方法を示したものである。 端栓用ジルコニウム基合金丸棒８．を電気炉にて加熱し
、その後、押し捧９．及びダイス１０゜により熱間塑性
加工を施し中間製品１１、を製造した。その後、機械加
工を施し、下部端栓６、を製造した。 第３図に上記製造方法により製造した端栓の高温腐食試
験結果を示す、腐食試験条件としては、５００℃×２４
時間、１０５ ｋｇｆ／ｃ＋ａ”なる高温高圧水蒸気と
した。腐食試験には、熱間塑性加工前加熱温度の異なる
種々端栓を供した。第３図より明らかなように、熱間塑
性加工前加熱温度（鍛造直前）が６００℃から７５０℃
までの間は、熱間塑性加工前加熱温度の上昇とともに端
栓の腐食増量は増加する傾向にあるが、７５０℃以上に
なると端栓の腐食増量は、温度の上昇とともに減少する
傾向にある。 本実施例より、熱間塑性加工前加熱温度を７５０℃以上
特に８００℃とすることにより端栓の耐食性が向上する
傾向にあることは明らかである。 実施例２ 実施例１に示す端栓製造工程において、熱間塑性加工後
、中間製品に急冷処理を施して端栓を製造した。熱間塑
性加工前加熱温度は８００℃以上とした。急冷処理は、
冷却ガス噴射あるいは冷却水噴射により施した０本方法
によっても耐食性の優れた端栓を製造することができた
。 上記実施例は、下部端栓のものであるが、上部端栓につ
いても同様の結果が得られている。又、上記実施例１及
び２に示す方法で製造した端栓と、従来端栓（ジルコニ
ウム基合金丸棒に機械加工を施し端栓形状としたもの）
とをより厳しい５３０℃×１６時間１０５ｋｇｆ／ｃ＋
ａ”なる高温高圧木蓋気中腐食試験に供したところ、実
施例２に示した端栓の耐食性が最も優れており、外表面
には全くノジュラ腐食は発生しなく、黒色の光沢ある酸
化被膜を程した。一方、実施例１にて製造した端栓は、
熱間塑性加工前加熱温度が８００℃以上の場合、外表面
にはノジュラ腐食はほとんど発生しなかった。しかし、
従来端栓の表面にはノジュラ腐食が多数発生した。 〔発明の効果〕 本発明によれば、熱間塑性加工と高耐食化処理とを同時
に施すことができるので、高耐食ジルコニウム基合金部
材を経済的に製造することができる。
第１図は燃料集合体の縦断面図、第２図は本発明の一実
施例の製造工程を示すフロー図、第３図は腐食試験結果
を示す特性図である。 １・・・燃料棒、２・・・チャンネルボククス、３・・
・スペーサ、４・・・ウォータロッド、５・・・上部端
栓、６・・・下部端栓、７・・・燃料バンドル、８・・
・ジルコニウム基合金丸棒、９・・・押し棒、１０・・
・ダイス、１１・・・中間製品。 病２０ 磯′末ベカロエ
施例の製造工程を示すフロー図、第３図は腐食試験結果
を示す特性図である。 １・・・燃料棒、２・・・チャンネルボククス、３・・
・スペーサ、４・・・ウォータロッド、５・・・上部端
栓、６・・・下部端栓、７・・・燃料バンドル、８・・
・ジルコニウム基合金丸棒、９・・・押し棒、１０・・
・ダイス、１１・・・中間製品。 病２０ 磯′末ベカロエ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニウム基合金を高温に加熱し引続いて冷却す
る高耐食化処理工程において、高温に加熱した後、高温
におけるジルコニウム基合金の延性を利用し、熱間塑性
加工を施すことを特徴とするジルコニウム基合金の製造
方法。 ２、前記熱間塑性加工前のジルコニウム基合金の温度が
７５０℃以上である特許請求の範囲第１項記載のジルコ
ニウム基合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60092838A JPS61253352A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ジルコニウム基合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60092838A JPS61253352A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ジルコニウム基合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61253352A true JPS61253352A (ja) | 1986-11-11 |
Family
ID=14065569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60092838A Pending JPS61253352A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ジルコニウム基合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61253352A (ja) |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60092838A patent/JPS61253352A/ja active Pending
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