JPS6217146A - 耐蝕性ジルコニウム合金 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐蝕性ジルコニウム合金に関し、さらに詳しく
は、ｉｔ／デュラー腐蝕性に優れた耐蝕性ジルコニウム
合金に関する。

［従来技術］ ジルコニウム合金は小さい中性子吸収断面積および優れ
た耐蝕性を有していることから、沸騰水型軽水炉の構造
材料である燃料チャネルボックスや燃料被覆管として広
く使用されている。これまでに、最も普通に使用されて
いるジルコニウム合金として１よ、ジルカロイ−２（Ｓ
ｎ　１．２〜１．７ｗｔ％、Ｆｅ　０．０７０．１７ｕ
＋ｔ％、Ｃｒ　０．０５−０，１５ｗｔ％、Ｎｉ０．０
３〜０，０８）、ジルカロイ−４（Ｓｎ　１．２−１，
７ｕ＋ｔ％、Ｆｅ０．１８〜０．２４１１１ｔ％、Ｃｒ
　０．０７−０，１３１１１ｔ％、Ｎｉ＜　０．００５
ｗｔ％）、Ｎｂ１ｗｔ％含有のＺｒ　　１ｕｓｔ％Ｎｂ
合金、Ｎｂ　２，５ｕｌｔ％含有のＺｒ　　２．５ｗｔ
％Ｎｂ合金、０ｚｈｅｎｉｔｅ−０，５（Ｎｂ　０．１
ｗｔ％、Ｎｉ　０．１ｕ＋ｔ％、Ｆｅｏｏｌｕｓｔ％、
Ｓｎ　００２ｗｔ％）がある。

しかし、これらの合金の耐蝕性は必ずしも充分なものと
はいえず、例えば、沸騰水型軽水炉のチャネルボックス
（ジルカロイ−４）、燃料被覆管（ツルカロイ−２）に
使用すると、／デュラー腐蝕と呼ばれる白色斑点状の腐
蝕が発生することがある。

そして、このノデュラー腐蝕が進展すると時には剥離現
象を起して肉減りし、構造材料として機械的強度の低下
をもたらす恐れがあり、また、剥離した腐蝕生成物は放
射能を有し取扱い上好ましくない。そのため、原子炉の
構造材料としてのジルコニウム合金の耐ノデュラー腐蝕
特性を改善することが注目されるようになってきた。

本発明において、／デュラー腐蝕ということは、一般に
いわれている均一腐蝕と呼ばれる腐蝕とは異なる腐蝕で
あり、この均一腐蝕は酸化膜のスポーリング特性（耐剥
離性）、腐蝕速度（特に、ｔｒａｎｓ　ｉ　ｔ　ｉｏｎ
後の腐蝕、即ち、腐蝕速度が変化する時期があり、腐蝕
増量値と腐蝕時間の関係に屈曲点が表われ、この屈曲点
後の腐蝕速度）を問題にするが、このノデュラー腐蝕は
最近特に問題にされ重要視されてきており、腐蝕挙動も
局部的な加速腐蝕であり、かつ、このノデュラー腐蝕は
斑点状の白色酸化物（ノデュールという）を発生するも
ので、ノデュール部の酸化膜も非常に剥離し易く、また
、ノデュールの発生により金属の水素吸収量も急増し、
水素脆性により機械的強度が低下し、さらに、ノデュー
ルの成長は径方向、深さ方向であり、腐蝕の進行につれ
て全面が白色酸化膜で覆われるようになる。そして、耐
ノデュラー腐蝕性を調査する腐蝕試験では高温（５００
℃近辺）で短時間（２４時間位）の試験であるが、上記
の均一腐蝕の耐蝕性調査では比較的低温（４５０℃）で
長期間行なわれるもので相当具なっている。

そして、この７デユラー腐蝕対策として、βまたは（α
＋β）領域での熱処理が広く行なわれており、この熱処
理は製造工程の途中または最終で行なわれているが、製
造工程途中で実施する場合、後続の熱処理、加工により
耐蝕性の劣化が起り、また、最終工程で実施する場合、
熱処理時の歪の発生は避けられない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者はこのようなジルコニウム合金の７デユラー腐
蝕にについて研究を進めているうちに、通常の耐蝕性ジ
ルコニウム合金の製造工程において、熱処理を行なわな
くても優れた耐ノデュラー腐蝕特性を有する耐蝕性ジル
コニウム合金を開発したのである。

本発明においては、上記に説明したように、ジルコニウ
ム合金、例えば、ジルカロイ−２およびジルカロイ−４
により製造されたチャネルボックスや燃料被覆管に発生
する単なる均一腐蝕とは腐蝕挙動の異なるノデュラー腐
蝕を問題とし、このノデュラー腐蝕の発生を極力防止す
ることができる耐蝕性、特に、耐ノデュラー腐蝕性に優
れたジルコニウム合金を提供するものである。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明に係る耐蝕性ジルコニウム合金の特徴とするとこ
ろは、 Ｖ　０．７−３，０ｗｔ％、Ｎｂ　０．２５〜１．０ｗ
ｔ％、Ｔａ　０．３〜２，５ｗｔ％ の中から選んだ１種 を含有し、残部Ｚｒよりなることにある。

本発明に係る耐蝕性ジルコニウム合金について詳細に説
明する。

先ず、本発明に係る耐蝕性ジルコニウム合金の含有成分
および成分割合について説明する。

ＺｒＸボンジにＶを０．７−３．０ｕ＋ｔ％、Ｎｂ　０
．２５−１，０ｗｔ％、Ｔａ　０．３〜２，５ｗｔ％の
含有量となるよう夫々１種を配合し、プレスして約２０
０ｇのブリケットを作成し、その後、７−り溶解、鍛造
、１回の熱間圧延、２回の冷間圧延を行なって、厚さ１
．８ｎ＋ｍの板状試験片を３個作成した。

このようにして作成された試験片を、５００℃の温度で
１０５気圧の水蒸気中で２４時間の腐蝕試験を行なった
。

その腐蝕増量を第１図に示す。

この第１図かられかるように、ジルコニウム合金の耐蝕
性は、■、ＴａおよびＮｂを含有させることにより着し
く改善されるのである。

即ち、■は含有量が０，７ｕ＋ｔ％程度までは急激に腐
蝕増量値が低下し、０．７ｗｔ％から３ｕ＋ｔ％に至る
まで腐蝕増量値には変化がなく、よって、■含有量は０
．７〜３．Ｏａ＋ｔ％とする。

Ｔａは含有量が０．３ｗｔ％程度までは腐蝕増量値が極
端に低下し、０．３から２．５ｗｔ％まではあまり変化
がないが、含有量が２，５ｗｔ％を越えると急に腐蝕増
量値が大きくなる。よって、Ｔａ含有量は０．３〜２，
５ｗｔ％とする。

Ｎｂは含有量が０，２５ｗｔ％程度までは腐蝕増量値が
著しく低下し、０，２５ｗｔ％から３．０１ｌｌｔ％程
度までは腐蝕増量値には変化がないが、Ｚｒ−１ｗｔ％
Ｎｂ合金が知られていることから、上限は１．０ｗｔ％
までとする。よって、Ｎｂ含有量は０．２５〜１．ｏｕ
＋ｔ％とする。

なお、■およびＴａの上限の含有量は、＠１表に示すボ
ロン当量（熱中性子の損失の度合を示したもの。）およ
び冷間加工性からも決定することができる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る耐蝕性ノルコニウム
合金は上記の構成を有しているものであるから、原子炉
の燃料被覆管、チャネルボックス等の炉心構造材として
極めて優れた耐ノデュラー腐蝕性を有しており、かつ、
高温水、水蒸気中でも優れた耐蝕性を有し、原子炉用以
外にも耐蝕性り よ 第１図は■、Ｔａ、Ｎｂ含有量と腐蝕増量との関鍼− 係を示す図である。　　　　　　　　　　　　　　　　
　空部 一 總 才１　図 宮青量（、ｙｔ％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｖ０．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｂ０．２５〜１．０ｗｔ％
   、Ｔａ０．３〜２．５ｗｔ％ の中から選んだ１種 を含有し、残部実質的にＺｒからなることを特徴とする
   耐蝕性ジルコニウム合金。