JPS6338553A

JPS6338553A - 熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金

Info

Publication number: JPS6338553A
Application number: JP18208986A
Authority: JP
Inventors: Yagorou Hirose; 広瀬　弥五郎; Yoshimitsu Miyaki; 美光宮木; Mitsuo Hino; 光雄日野; Tetsuya Iida; 哲也飯田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1986-08-01
Publication date: 1988-02-19

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】［産業上の利用分野コ本発明は熱中性子吸収能に浸れたアルミニウム合金に関
するものである。

［従来技術な説明［産業上の利用分野］本発明は熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金に関
する。

［従来技術］一般に、各種原子炉施設、再処理施設および＋り燃料物
質貯蔵施設等の核燃料物質を使用する施設やそれを運搬
する設備等では、核燃料物質の″未臨界性の確保“が最
も基本的な要求項目である。

そして、Ｕ−２３５、Ｐｕ−２３９等の核分裂性物質は
熱中性子（〜数ｅＶ）に対して、核分裂を起こし易いた
めこれを吸収し、熱中性子束を下げて未臨界性を高めろ
必要があり、そのため、これらの施設や設備では熱中性
子吸収能の高い金属オ科が多く使用されている。

さらに、近年、商業用原子炉では（亥燃料の高燃焼化に
伴う高濃縮度化が進んでおり、また、研究用原子炉等で
は遥かに濃縮度の高い核燃料が使用され、そのため、使
用済核燃料等の輸送／貯蔵設備（下単にバスケットとい
うことがある。）においてら、従来よりさらに熱中性子
吸収能の高い金属材料が必要になっている。

このような金属材料として、いままでにＢの熱中性子吸
収能の優れた特性をｆｌＩ用して、製作されているが、
以下説明するように性能的に限界かある。

（１）ボラールＢ、ＣとＡｔとを混合焼結し、これをＡｌ仮で挟込んで
圧延したしので、混合焼結部のみを考えると可なり高い
Ｂ含有量が得られるか、挟込んでいる両側のＡ１を考ｒ
ｌするとＢ含有量は低下し、Ｂ４Ｃの含有量は３．５ｗ
ｔ％て、Ｂ含ＦＴｍは２．７ｗｔ％と低くなり、熱中性
子吸収能に限界かある。

（２）Ｂ、Ｃと銅の混合焼結材を鋳ぐろんだアルミニウ
ム合金熱中性子吸収能を高めろｆニめにＢ４Ｃ含ａ量を多くす
る必要があり、焼結材そのらのは約２８ｗｔ％の高いボ
ロン含有量の材料が得られるか、鋳ぐるんでいるｒこめ
Ａｌを４處するとＢの比率はさらに低下し、また、鋳ぐ
るむため形状的な制約が大きい。

（３）Ｂ含有アルミニウム合金３２〜５ｗｔ％含有のＡｉＢ系合金の展伸材や鋳物が現
在使用されているが、ＡｌにＢが含（Ｔすると著しく融
点が高くなるため、量産的に製造可能なり含有量は５ｗ
ｔ％以下と考えられろ。

（４）Ｂ自行ステンレス鋼およびＢ含打藷ステンレス鋼
および炭素鋼にＢを含有させｆこ乙のであり、これらＢ
含存鋼はＢ含有量が増加するにつれて加工性が劣り、熱
間鍛造成いは熱間圧延が極めて困難となり、現状、Ｂは
炭素鋼の場合でも含’（−１−ｆｆｉは２ｔｖｔ％以下
、ステンレス鋼の場合はそれよりさらに低くせざるを得
ない。

このように、Ａｌ系およびＦｅ系等の合金にＢを熱中性
子吸収材として含有させた材料が実用化されでいるが、
そのいずれら、Ｂ含有量を多くして熱中性子吸収能を高
くすると、寸法、形状上の制約、並びに、製造上の困難
さが増加するため、実用化が錐しいとされている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記に説明したような従来における熱中性子吸
収能を存する材料の種々の問題点に鑑み、本発明者が鋭
意研究を行い、検討を重ねた結渠、熱中性子吸収能に非
常に優れ、かつ、鋳造、圧延、押出し、鍛造等のあらゆ
る製造法において鋳造性、展伸加工性の極めて優れた熱
中性子吸収能に没れｆニアルミニウム合金を開発したの
でヨ５る。

Ｕ問題点を解決するための手段」本発明に係る熱中性子吸収能に優れＩこアルミニウム合
金は、（１）　　Ｇｄ０．２〜３０ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
する熱中性子吸収能に浸れたアルミニウム合金を第１の
発明とし、（２）　　Ｇｄ０．２〜３０ｗｔ％を含有し、さらに、Ｂ　５ｗｔ％以下、Ｌｉ５ｗｔ％以下、Ｍｇ　ｈｔ％以
下、Ｓｉ１５ｗｔ％以下、Ｚｎ６ｖｔ％以下、Ｃｕ６ｗ
ｔ％以下、Ｍｎ２ｗｔ％以下、Ｃｒ１ｗｔ％以下、Ｚｒ
　１ｗｔ％以下、Ｖ　１ｗｔ％以下、Ｐｂ２ｗｔ％以下
、Ｔｉ１ｗｔ％以下、Ｎｉ３ｗｔ％以下の中から還んだ１種または２種以上を含灯し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
する熱中性子吸収能に浸れたアルミニウム合金を第２の
発明とする２つの発明よりなるものである。

本発明に係る熱中性子吸収能に殴れたアルミニウム合金
について以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る熱中性子吸収能に優れたアルミニウ
ム合金の含有成分および含有割合について説明する。

Ｇｄは熱中性子吸収能を付与する不可欠の元素であり、
含有量が０．２ｗｔ％未満ではこの効果が少なく、また
、３ｏｗｔ％を越えて含有されると圧延や成形加工性が
悪くなり、鋳物の場合は鋳造性が悪く、キャビティが多
くなって熱中性子吸収能や強度が劣化する。よって、Ｇ
ｄ含有量は０，２〜３０ｗｔ％とする。

ＢはＧｄと同様に熱中性子吸収能を有する元素であり、
熱中性子６群の吸収傾向が異なるためにＧｄと共に含有
されることによって吸収能範囲が広くなる相乗効果があ
り、かつ、Ａｌ−Ｇｄ合金に存在するＧｄＡ１．の晶出
化合物が微細・均一に分散され、熱中性子吸収能の偏在
を軽減し、含有量が５ｗｔ％を越えて含有されろと鋳造
性が極めて悪くなり、ＧｄＡＬ＋晶出化合物の微細・均
一化効果ら飽和する。よって、Ｂ含１は５ｗｔ％以下と
する。

ＬｉはＢと同様に熱中性子吸収能をａし、かつ、強度向
上に寄与する元素であり、３ｗｔ％を越えて含ａされる
と、圧延、押出し等の成形加工性が著しく劣るようにな
り、また、伸びが著しく低下して延性が劣化し構造材と
しての性能を失う。よって、Ｌｉ含有量は３ｗｔ％以下
とする。

Ｍｇはバスケット等の（Ｉ′Ｉｔ造ｔ４として強度を付
与する元素であり、含Ｋｍが６ｗｔ％を越えて含有され
ると耐蝕性（耐応力腐蝕割れ性、剥離腐蝕性）や圧延、
押出し等の成形加工性か劣るようになる。

よって、Ｍｇ含有量は８ｗｔ％以下とする。

Ｓｉは強度を付与し、鋳物では鋳造性を良好とする元素
であり、含有量が１５ｗｔ％を越えて含（了されると圧
延、押出し等の成形加工性や鋳造性が劣るようになり、
かつ、切削加工性ら著しく劣るようになる。よって、Ｓ
ｉ含ｋｍは１５ｗｔ％以下とする。

Ｚｎは強度を付与する元素であり、含有量か６ｖｔ％を
越えて含有されると耐蝕性（一般耐蝕性、耐応力腐蝕割
れ性）か著しく劣化し、また、鋳造割れが発生するよう
になる。よって、Ｚｎ含有はｈｔ％以下とする。

Ｃｕは強度を付与する元素であり、含有量が６ｗｔ％を
越えて含有されろと耐蝕性（一般耐蝕性、耐応力腐蝕割
れ性）が著しく劣化し、また、鋳造割れ、溶接割れが発
生するようになる。よって、Ｃｕ含有量は６ｗｔ％以下
とする。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ５Ｖは強度、靭性、耐蝕性を向上させ
る元素であり、Ｍｎ含有ｆｆｉ　２ｗｔ％、Ｏｒ含有ｆ
ｍ１ｗｔ％、Ｚｒ含有量ｔｗｊ％、■含有量　１ｗｔ％
を越えて含有されると巨大な晶出化合物が生成して靭性
が劣化するようになり、かつ、耐蝕性や溶接性も劣化す
る。しかし、Ｃｒは放射能化するため含有させる必要が
なければない方がよい。よって、Ｍｎ含有量は２ｗｔ％
以下、Ｃ「含有量は１ｗｔ％以下、Ｚｒ含有重は１ｗｔ
％以下、■含有量は１ｗｔ％以下とする。

Ｐｂは核燃料の崩壊時やＧｄの（ｎ、γ）反応によって
発生する７枚射線の遮蔽として必要な元素であり、含有
量か２ｗｔ％を越えて含有されると鋳造性、溶接性が著
しく低下する。よって、Ｐｂ含有量は２ｗｔ％以下とす
る。

Ｔｉは鋳塊組織を微細化して、鋳造割れ防止や靭性の改
善に有効な元素であり、含有量が１ｗｔ％を越えて含有
されるとＴ　ｉＡ　１．の品出化合物が多くなり、靭性
が劣るようになる。よって、Ｔｉ含有量は１ｗｔ％以下
とする。

Ｎｉは耐熱性を向上させ、崩壊熱による材料の温度上昇
に対して有効な元素であり、含有量が３Ｗ【％を越えて
含有されるとこのような効果は飽和すると共に圧延や押
出し等の成形加工性や耐蝕性を劣化さける。よって、Ｎ
ｉ含有量はｈｔ％以下とする。

なお、不純物としてＦｅ　１ｗｔ％以下およびその他の
元素を０．５ｗｔ％以下の含有は、熱中性子吸収能の特
性に影響を与えることがない。

［実　施　例］本発明に係る熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金
の実施例について説明する。

実施例　Ｉ第１表に示すＮｏ、　１−Ｎｏ、　Ｉ　８の含有成分お
よび含有割合のアルミニウム合金を通常の方法により溶
解・鋳造して、厚さ５０ｍｍの鋳塊とし、この鋳塊を４
５０℃ｘ２４Ｈｒの均熱処理を行っｆコ後、熱間圧延に
より板ＦＪ３ｍｍの仮付をフッ作した。

次いで、３５０℃ｘ２１−［ｒの焼鈍を行い供試材とし
た。

この供試材について、熱中性子吸収能、機械的性質、耐
蝕性（水浸浸１ケ年）、溶接性（溶接割れ性）を調査し
、第１表にその結果を示す。

この第１表より、本発明に係る熱中性子吸収能に優れた
アルミニウム合金は比較例に比べて熱中性子吸収能か著
しく優れ、機械的性質、耐蝕性、溶接性も構造材として
優れた特性を示していることがわかる。

第１表（２）＊３・・侵Δ＞Ｂ＞Ｃ。

実施例２第２表にＮｏ、　１　＝Ｎｏ、　６の含有成分および含
有割合のアルミニウム合金溶湯を１００℃の鋳鉄製金型
に鋳込み、２０ｔＸ２００ｗＸ３００Ｈの鋳塊を製作し
、供試材とした。

鋳込み温度はＮ０．Ｉ、２．４．５は７５０℃、Ｎｏ、
３は８５０℃、Ｎｏ、６．７は９５０℃とした。

Ｎｏ、８は８４ＣとＣｕの焼結材をＡｌ−１２ｗｔ％Ｓ
ｉの溶湯で７５０℃の温度で鋳込んだ厚さ２０ｍｍの鋳
物で、Ｂ含有量は２０ｗｔ％である。

これらの供試材について熱中性子吸収能、高温強度（３
００℃ｘ１００Ｈｒ後の３００℃における強度）、耐蝕
性（水浸漬１ケ年）、鋳造性を調査し、第２表にその結
果を示す。

この第２表より、本発明に係る熱中性子吸収能に優れた
アルミニウム合金は、比較例に比べて熱中性子吸収能、
鋳造性、機械的性質および耐蝕性に没れていることがわ
かる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る熱中性子吸収能に優
れたアルミニウム合金は上記の購成を有しているしので
あるから、熱中性子吸収能に優れているばかりでなく、
機械的性質、耐蝕性、溶接性等に優れ構造材としての材
料特性にも優れ、さらに、鋳造性、展伸加工性、成形加
工性に優れ、特に、優れた鋳造性は気泡が少なく美麗な
鋳肌が得られ、使用時のコスト低減効果が大きく、かつ
、構造物の製作が容易であるという（をれた効果を合し
ている。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｇｄ０．２〜３０ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
する熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金。
（２）Ｇｄ０．２〜３０ｗｔ％を含有し、さらに、Ｂ５ｗｔ％以下、Ｌｉ３ｗｔ％以下、Ｍｇ６ｗｔ％以下、Ｓｉ１５ｗｔ％以下、Ｚｎ６ｗｔ％以下、Ｃｕ６ｗｔ％以下、Ｍｎ２ｗｔ％以下、Ｃｒ１ｗｔ％以下、Ｚｒ１ｗｔ％以下、Ｖ１ｗｔ％以下、Ｐｂ２ｗｔ％以下、Ｔｉ１ｗｔ％以下、Ｎｉ３ｗｔ％以下の中から選んだ１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
する熱中性子吸収能に優れたアルミニウム合金。