JPS6360248A - 高耐食ジルコニウム合金製品の製造法 - Google Patents
高耐食ジルコニウム合金製品の製造法Info
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- JPS6360248A JPS6360248A JP61201396A JP20139686A JPS6360248A JP S6360248 A JPS6360248 A JP S6360248A JP 61201396 A JP61201396 A JP 61201396A JP 20139686 A JP20139686 A JP 20139686A JP S6360248 A JPS6360248 A JP S6360248A
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Classifications
-
- 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
- Arc Welding In General (AREA)
- Laminated Bodies (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は新規な高耐食ジルコニウム基合金部材に係わり
、特にノジュラ腐食並びに白色状の全面腐食が発生しな
い、優れた耐食性を存する原子炉?、料料金合体部材関
する。
、特にノジュラ腐食並びに白色状の全面腐食が発生しな
い、優れた耐食性を存する原子炉?、料料金合体部材関
する。
BWR燃料集合体は第3図の断面概略図で示すように多
数の燃料棒(燃料ぺVブト1とそれを被覆している燃料
被覆管2及び端栓3に大別される、第4図の部分断面図
参照)、それらを相互に所定の間隔で保持するスペーサ
4、更にそれらを収納する角筒のチャンネルボックス5
で構成されている。符号6は上部タイプレート、7は下
部タイプレートを意味する。またこれら燃料集合体の製
造に際しては複雑な製造工程を経ており、各構造共溶液
で組立てられる。
数の燃料棒(燃料ぺVブト1とそれを被覆している燃料
被覆管2及び端栓3に大別される、第4図の部分断面図
参照)、それらを相互に所定の間隔で保持するスペーサ
4、更にそれらを収納する角筒のチャンネルボックス5
で構成されている。符号6は上部タイプレート、7は下
部タイプレートを意味する。またこれら燃料集合体の製
造に際しては複雑な製造工程を経ており、各構造共溶液
で組立てられる。
燃料被覆管は強度部材であると共に第4図に示すように
内聞が燃料ベレットに接し、外側が炉水と接するので燃
焼時に発生する腐食性ガス並びに高温高圧の水及び蒸気
の腐食環境下で使用される。
内聞が燃料ベレットに接し、外側が炉水と接するので燃
焼時に発生する腐食性ガス並びに高温高圧の水及び蒸気
の腐食環境下で使用される。
特に炉水に接する外表面のノジュラ腐食防止が重要とさ
れている。溶接個所は上下の端栓と燃料被覆管との接合
個所である。符号1Gは溶接部を意味する。
れている。溶接個所は上下の端栓と燃料被覆管との接合
個所である。符号1Gは溶接部を意味する。
スペーサは、第5図に平面図で示すような格子状の枠体
であり、燃料棒は各スペーサ格子の中に挿入される。か
かるスペーサは、BWR燃料集合体では長手方向に沿っ
て7個所膜けられ、多数の燃料棒を所定の間隔に保ち、
かつ固定しており、燃料棒の横振動、長手方向の曲がり
などを防止している。第5図はスペーサの平面図を示し
ておシ、燃料被覆管2はスペーサパー9とランタン型板
バネ8によって固定される。なおスペーサは溶接部10
で組立てられる。このためスペーサは燃料棒からの応力
が負荷された状態で使用される。また同部材は炉水に接
することからノジュラ腐食を生ずる懸念がある。
であり、燃料棒は各スペーサ格子の中に挿入される。か
かるスペーサは、BWR燃料集合体では長手方向に沿っ
て7個所膜けられ、多数の燃料棒を所定の間隔に保ち、
かつ固定しており、燃料棒の横振動、長手方向の曲がり
などを防止している。第5図はスペーサの平面図を示し
ておシ、燃料被覆管2はスペーサパー9とランタン型板
バネ8によって固定される。なおスペーサは溶接部10
で組立てられる。このためスペーサは燃料棒からの応力
が負荷された状態で使用される。また同部材は炉水に接
することからノジュラ腐食を生ずる懸念がある。
チャンネルボックスはスペーサで束ねられた燃料棒を内
部に収納する角筒体であシ、第3図において上部タイブ
レート6と下部タイプソードアで燃料棒を固定し、その
上からかぶせるようにチャンネルボックス5が挿入され
る。第6図にチャンネルボックスを拡大した斜視図を示
すが、2分割した板加工材を溶接部10で接合した角筒
形状を呈する。当部材はプラント運転時に燃料棒で発生
した高温水及び蒸気を強制的に上部へ導く働きをさせる
ものであり、角筒が外側に広がる応力が常時負荷される
状態で長期間使用される。この部材も炉水に接すること
からノジュラ腐食が発生する懸念がある。更にこの部材
に対してはジルコニウム基合金の酸化反応の際に水素が
発生(Zr+2H20→ZrO2+ 2H2) L、コ
ノ水素が材料中に取込まれることにより水素ぜい化する
懸念がある。
部に収納する角筒体であシ、第3図において上部タイブ
レート6と下部タイプソードアで燃料棒を固定し、その
上からかぶせるようにチャンネルボックス5が挿入され
る。第6図にチャンネルボックスを拡大した斜視図を示
すが、2分割した板加工材を溶接部10で接合した角筒
形状を呈する。当部材はプラント運転時に燃料棒で発生
した高温水及び蒸気を強制的に上部へ導く働きをさせる
ものであり、角筒が外側に広がる応力が常時負荷される
状態で長期間使用される。この部材も炉水に接すること
からノジュラ腐食が発生する懸念がある。更にこの部材
に対してはジルコニウム基合金の酸化反応の際に水素が
発生(Zr+2H20→ZrO2+ 2H2) L、コ
ノ水素が材料中に取込まれることにより水素ぜい化する
懸念がある。
以上水した様に燃料構造体を構成する燃料被覆管、チャ
ンネルボックス並びにスペーサ用材料には主として耐食
性並びに+rJt水素ぜい化性が要求される。従来、燃
料集合体の部材として燃料被覆管にはZr−3n−Fe
−Cr−Ni合金であるジルカロイ−2(ts!ft%
sn 、(L1重i%Fe、α1重量%Cr及びQ、0
5重ft % N i残Zr )、チャンネルボックス
及びスペーサにはNiを除いたジルカロイ−4(1,5
重ji1%sn、Q、2重fk % F e及び1lL
1重量%Cr残Zr )が用いられている。これらは
現状の原子炉の運転条件下ではその機能を果している。
ンネルボックス並びにスペーサ用材料には主として耐食
性並びに+rJt水素ぜい化性が要求される。従来、燃
料集合体の部材として燃料被覆管にはZr−3n−Fe
−Cr−Ni合金であるジルカロイ−2(ts!ft%
sn 、(L1重i%Fe、α1重量%Cr及びQ、0
5重ft % N i残Zr )、チャンネルボックス
及びスペーサにはNiを除いたジルカロイ−4(1,5
重ji1%sn、Q、2重fk % F e及び1lL
1重量%Cr残Zr )が用いられている。これらは
現状の原子炉の運転条件下ではその機能を果している。
しかしながら、今後、原子力発電プラントの経済性向上
の観点から運転期間の長期化(又は燃料棒の高燃焼度化
)がなされると、更に過酷な使用条件が加わることが予
測される。
の観点から運転期間の長期化(又は燃料棒の高燃焼度化
)がなされると、更に過酷な使用条件が加わることが予
測される。
このための部材の特性は従来材に比べ、高強度でかつ耐
食性に優れたジルコニウム基合金が望まれている。
食性に優れたジルコニウム基合金が望まれている。
すなわち、ジ〃カロイを用いたBWR燃料集合体の構造
部材においては、ノジュラ腐食と呼ばれる班点状の灰白
色の腐食生成物が表面に生ずる場合があり、このノジュ
ラ腐食は長期間使用することにより、腐食が更に促進さ
れて、ついにははく離し肉厚減少をきたす恐れがある。
部材においては、ノジュラ腐食と呼ばれる班点状の灰白
色の腐食生成物が表面に生ずる場合があり、このノジュ
ラ腐食は長期間使用することにより、腐食が更に促進さ
れて、ついにははく離し肉厚減少をきたす恐れがある。
放射化したはく嘔酸化膜が炉水中に混入することも好ま
しくない。スペーサにおいては低圧損構造を図るために
、部材を薄肉化する必要がある。この場合は耐食性はも
とよシ、高強度を有する必要もある。またチャンネルボ
ックスにおいては、長期間使用に対し、強度、特にクリ
ープ強度に優れること々ど、高燃焼度用部材としては従
来よシ厳しい条件が加わる。
しくない。スペーサにおいては低圧損構造を図るために
、部材を薄肉化する必要がある。この場合は耐食性はも
とよシ、高強度を有する必要もある。またチャンネルボ
ックスにおいては、長期間使用に対し、強度、特にクリ
ープ強度に優れること々ど、高燃焼度用部材としては従
来よシ厳しい条件が加わる。
この条件を満す高強度高耐食性の材料としては従来のν
μカロイでは必ずしも十分でない。高強度材の1つとし
て、Zr−2,5Nb合金、Zr−3Nb−ISn
合金及びエクセA/ (Excel)合金(Zr−5S
n−(L8Nb−(L8MO)等のZr−Nb 合金が
挙げられる。
μカロイでは必ずしも十分でない。高強度材の1つとし
て、Zr−2,5Nb合金、Zr−3Nb−ISn
合金及びエクセA/ (Excel)合金(Zr−5S
n−(L8Nb−(L8MO)等のZr−Nb 合金が
挙げられる。
その中でZr−2,5重量’IGNI:+合金はカナダ
のプラントの圧力管に使用されている。しかしZr−3
Nb−I Sn合金及びZr−2,5Nb合金はプロシ
ーデインダス オプ ジ インターナショナμ シンポ
ジウム オン 工ンヴアイロンメンタ〃 デグフデ−7
ョン オプ マチリアμズ イン ニュクリア パワー
システムズ 1983年8月(Proceeding
s of the International Sy
mposiumon Environmental D
egradation of Mstarialsin
Nuclear Power Systems Wa
ter Reactors MytleBeach、5
outh Corolina August 22−
25(1983))第274〜294頁に記載されてい
るように、溶接部及びその熱影響部においてBWR環境
下で白色の全面腐食が発生することが知られており、エ
クセル合金は、酸化膜の成長速度がりμカイロに比べて
著しく速いことが知られている。
のプラントの圧力管に使用されている。しかしZr−3
Nb−I Sn合金及びZr−2,5Nb合金はプロシ
ーデインダス オプ ジ インターナショナμ シンポ
ジウム オン 工ンヴアイロンメンタ〃 デグフデ−7
ョン オプ マチリアμズ イン ニュクリア パワー
システムズ 1983年8月(Proceeding
s of the International Sy
mposiumon Environmental D
egradation of Mstarialsin
Nuclear Power Systems Wa
ter Reactors MytleBeach、5
outh Corolina August 22−
25(1983))第274〜294頁に記載されてい
るように、溶接部及びその熱影響部においてBWR環境
下で白色の全面腐食が発生することが知られており、エ
クセル合金は、酸化膜の成長速度がりμカイロに比べて
著しく速いことが知られている。
当構造部材は前回(第4図〜第6図)で示したように複
雑な形状を示すことから溶接施工は避けられない。した
がって、これら高強度Zr−Nb 系合金は高強度であ
るが、その溶接部の耐食性に対する配慮はなされていな
いことがわかる。
雑な形状を示すことから溶接施工は避けられない。した
がって、これら高強度Zr−Nb 系合金は高強度であ
るが、その溶接部の耐食性に対する配慮はなされていな
いことがわかる。
また、従来材でスカヌーク合金(特願昭50−1482
13号、特公昭54−7494号)、オーインナイト(
0zheunite ) 0. 5合金(0,1重量%
Nb−(L 2重量%8n−(L1重量’1kFe−
0.重量%Ni)及びZr−1,0重量%Nb−to重
fkssn−IILs重量−F給金などがある。しかし
これら低Nb含有のZr合金では溶接部の白色腐食が生
じ難いものの、高強度を得ることができない。
13号、特公昭54−7494号)、オーインナイト(
0zheunite ) 0. 5合金(0,1重量%
Nb−(L 2重量%8n−(L1重量’1kFe−
0.重量%Ni)及びZr−1,0重量%Nb−to重
fkssn−IILs重量−F給金などがある。しかし
これら低Nb含有のZr合金では溶接部の白色腐食が生
じ難いものの、高強度を得ることができない。
このように燃料集合体用材料として従来開発されている
材料は長期使用に対する配慮がなされていなかった。し
たがって運転の長期化に対応する部材の特性は強度、加
工性及び溶接性など特性を具備していることはもちろん
のこと、特に溶接によって耐食性が低下しないことが重
要である。
材料は長期使用に対する配慮がなされていなかった。し
たがって運転の長期化に対応する部材の特性は強度、加
工性及び溶接性など特性を具備していることはもちろん
のこと、特に溶接によって耐食性が低下しないことが重
要である。
上記従来技術はプラントの経済性向上の観点から運転期
間の長期化に対し、使用中ノジュラ腐食による部材の減
肉及び水素吸収による劣化の問題、高強度Zr−Nb合
金の使用に対する溶接部の白色腐食発生の可能性があゐ
などの問題があった。
間の長期化に対し、使用中ノジュラ腐食による部材の減
肉及び水素吸収による劣化の問題、高強度Zr−Nb合
金の使用に対する溶接部の白色腐食発生の可能性があゐ
などの問題があった。
本発明の目的は溶接によって耐食性が低下せず、かつ高
強度を有するジルコニウム合金部材を提供することにあ
る。
強度を有するジルコニウム合金部材を提供することにあ
る。
本発明を概説すれば、本発明の第1の発明は高耐食ジル
コニウム合金部材に関する発明であって、重量で、ニオ
ブ1.0〜1.5 %未満、すずα5〜z2%、モリブ
デンα2〜1.0%、及び不可避の不純物を除いた残部
がジルコニウムからなることを特徴とする。
コニウム合金部材に関する発明であって、重量で、ニオ
ブ1.0〜1.5 %未満、すずα5〜z2%、モリブ
デンα2〜1.0%、及び不可避の不純物を除いた残部
がジルコニウムからなることを特徴とする。
そして、本発明の第2の発明は他の高耐食ジルコニウム
合金部材に関する発明であって、重量で、ニオブ1゜0
〜t5%未満、すずQ、5〜λ2%、鉄(104〜1.
0%、−E−リブデン0.2〜1.0%、及び不可避の
不純物を除いた残部がジルコニウムからなることを特徴
とする。
合金部材に関する発明であって、重量で、ニオブ1゜0
〜t5%未満、すずQ、5〜λ2%、鉄(104〜1.
0%、−E−リブデン0.2〜1.0%、及び不可避の
不純物を除いた残部がジルコニウムからなることを特徴
とする。
本発明者らはジμカロイ及びZr−Nb系の合金組成を
改良することによって、合金溶接部の耐食性を改善する
ことを見出した。
改良することによって、合金溶接部の耐食性を改善する
ことを見出した。
Zr−Nb系にSn、Fa及びMoの単独添加若しくは
複合添加したインゴットを鋳造、熱間塑性加工、焼なま
し、溶体処理、冷間塑性加工、焼なまし並びに溶接の工
程を経て試料に加工しその後特性試験を行った。その結
果第1図に示すように、Zr−Nb系合金にSn+Mo
と8n+Mo+Fe の2種類の複合添加した合金は
約1.5重量−未満のNb含有量であれば白色腐食は発
生せず、耐白色腐食性が著しく改善されることを見出し
た。一方、部材の引張特性においてNb含有量が増すに
従ってIi!!7度が高くなる反面、延性低下が生じる
ことが判明した。すなわち、第1図は腐食増量(■/d
m’、縦軸)及び伸び(%、縦Qllll)とNb量(
重量%、横軸)との関係を示すグラフである。
複合添加したインゴットを鋳造、熱間塑性加工、焼なま
し、溶体処理、冷間塑性加工、焼なまし並びに溶接の工
程を経て試料に加工しその後特性試験を行った。その結
果第1図に示すように、Zr−Nb系合金にSn+Mo
と8n+Mo+Fe の2種類の複合添加した合金は
約1.5重量−未満のNb含有量であれば白色腐食は発
生せず、耐白色腐食性が著しく改善されることを見出し
た。一方、部材の引張特性においてNb含有量が増すに
従ってIi!!7度が高くなる反面、延性低下が生じる
ことが判明した。すなわち、第1図は腐食増量(■/d
m’、縦軸)及び伸び(%、縦Qllll)とNb量(
重量%、横軸)との関係を示すグラフである。
なお、部材溶接後の工程に450〜700℃の後熱処理
を組入れることによって溶接部の白色腐食を十分に防止
できることを見出した。
を組入れることによって溶接部の白色腐食を十分に防止
できることを見出した。
部材の化学組成を定めたのは次に述べる理由からでちる
。8mの添加はジルコニウム基合金の窒素による耐食性
低下の働きを抑えること、並びにSnの添加は溶接部の
組織におけるZr −α相を安定化しα−Zr相中のN
bの固溶を増すなどして謂食性を保つ働きである。りま
シ、Zr−Nb系合金(Nb(20重量%)の室温にお
ける平衡相は、0.6重量%以下のNbを固溶したα−
Zr相と1.5重量%以下のZrを固溶したβ−Nb相
であり、β相温度から徐冷すると610℃以上で、初析
のα−Zr相とβ−Zr相とに分屋し、更に冷却すると
β−Zr相からβ−Nb相が析出する。
。8mの添加はジルコニウム基合金の窒素による耐食性
低下の働きを抑えること、並びにSnの添加は溶接部の
組織におけるZr −α相を安定化しα−Zr相中のN
bの固溶を増すなどして謂食性を保つ働きである。りま
シ、Zr−Nb系合金(Nb(20重量%)の室温にお
ける平衡相は、0.6重量%以下のNbを固溶したα−
Zr相と1.5重量%以下のZrを固溶したβ−Nb相
であり、β相温度から徐冷すると610℃以上で、初析
のα−Zr相とβ−Zr相とに分屋し、更に冷却すると
β−Zr相からβ−Nb相が析出する。
組織観察すると丸みを帯びたα−Zr相及び、析出物が
β−Nb相が微細に析出したNb−’Jツチ相とが識別
できる。Zr−1,0重量%Nb −1,0重量%Sn
合金のα−Zr相部分上部分添加のないZr −1,0
獣t%Nbの2元合金のそれより多くなっている。これ
はα安定化元素であるSnの添加により平衡状態図にお
けるα−Zr相領域が拡大したためである。Zr−Nb
系合金溶接部においては溶接時の熱サイクルによって高
温度から急冷される部分が過飽和にNbを固溶しα−Z
r相ちるいは残留β−Zr相の非平衡相になりやすいが
、Snの添加によりこのβ−Zr相は、β−Nb 相と
α−Zr相とに分解しやすくなる。このα−Zri[1
lI)領域の拡大、つま!ll腐食が生じ難いα相の安
定化が耐食性向上に寄与することが明らかとなった。
β−Nb相が微細に析出したNb−’Jツチ相とが識別
できる。Zr−1,0重量%Nb −1,0重量%Sn
合金のα−Zr相部分上部分添加のないZr −1,0
獣t%Nbの2元合金のそれより多くなっている。これ
はα安定化元素であるSnの添加により平衡状態図にお
けるα−Zr相領域が拡大したためである。Zr−Nb
系合金溶接部においては溶接時の熱サイクルによって高
温度から急冷される部分が過飽和にNbを固溶しα−Z
r相ちるいは残留β−Zr相の非平衡相になりやすいが
、Snの添加によりこのβ−Zr相は、β−Nb 相と
α−Zr相とに分解しやすくなる。このα−Zri[1
lI)領域の拡大、つま!ll腐食が生じ難いα相の安
定化が耐食性向上に寄与することが明らかとなった。
Snの添加量は[17〜zot*sの範囲が好ましく0
.5fjftチを下回る場合ではその効果がない。
.5fjftチを下回る場合ではその効果がない。
2.2重量%を超える添加では耐食性に問題ないものの
部材の延性及び加工性の低下が生じ薄板構造部材として
適用できない。
部材の延性及び加工性の低下が生じ薄板構造部材として
適用できない。
MOは微量添加によって著しく強度を向上させる効果を
有する。更にSnあるいは8n+Feと複合添加すると
とにより、耐食性を改善する効果もある。Mo を添加
することにより強度が上昇するのはMo2Zrの金属間
化合物相が@細析出するためである。
有する。更にSnあるいは8n+Feと複合添加すると
とにより、耐食性を改善する効果もある。Mo を添加
することにより強度が上昇するのはMo2Zrの金属間
化合物相が@細析出するためである。
このMo添加の効果を第2図に示す。すなわち第2図は
酸化皮膜厚さくμm、縦軸)とMo添加i(重i%、横
軸)との関係を示すグラフである。
酸化皮膜厚さくμm、縦軸)とMo添加i(重i%、横
軸)との関係を示すグラフである。
第2図に示すように[12重量−未満の添加では小さい
。一方、上限値を設定した理由は硬さが上昇し、加工性
が低下すること並びに部材の延性が低くなるからである
。また同時に多量の)iom加は核特性に対してもよく
ない。つまりこれら元素は熱中性子吸収断面積がZrに
比べて著しく大きいことから、中性子経済性が低下する
悪い影響を及ぼす。
。一方、上限値を設定した理由は硬さが上昇し、加工性
が低下すること並びに部材の延性が低くなるからである
。また同時に多量の)iom加は核特性に対してもよく
ない。つまりこれら元素は熱中性子吸収断面積がZrに
比べて著しく大きいことから、中性子経済性が低下する
悪い影響を及ぼす。
Fe の添加はジルコニウム基合金の腐食における酸化
皮膜の改質効果がある。これら元素は金属間化合物相と
して析出し、α相の安定化と相まつて耐食性を改善する
。つまシSnの添加によシα−Zr相が安定化し、β−
Nbの析出が促進されたこと及びα−Zr相中に固溶で
きないFeがFe−NbあるいはFe−Zrの金属間化
合物相として析出し、非平衡相中のNb固溶量を低下さ
せるためである。Fe添加によっても非平衡相が認めら
れるが、Nbの固溶量は無添加の合金に比べればかなり
低い。Zr中においてFeは不純物として約0.03重
量%含有するが少なくとも0.O4重漬チを上まわるF
e添加でないと、それらの効果が得られない。Fe m
加による金属間化合物相の析出は強度向上にも寄与する
。しかしα1東澁チを上回る多量のFe g加は合金の
延性並びに核特性に悪影響を及ぼす。
皮膜の改質効果がある。これら元素は金属間化合物相と
して析出し、α相の安定化と相まつて耐食性を改善する
。つまシSnの添加によシα−Zr相が安定化し、β−
Nbの析出が促進されたこと及びα−Zr相中に固溶で
きないFeがFe−NbあるいはFe−Zrの金属間化
合物相として析出し、非平衡相中のNb固溶量を低下さ
せるためである。Fe添加によっても非平衡相が認めら
れるが、Nbの固溶量は無添加の合金に比べればかなり
低い。Zr中においてFeは不純物として約0.03重
量%含有するが少なくとも0.O4重漬チを上まわるF
e添加でないと、それらの効果が得られない。Fe m
加による金属間化合物相の析出は強度向上にも寄与する
。しかしα1東澁チを上回る多量のFe g加は合金の
延性並びに核特性に悪影響を及ぼす。
NbはZr−Nb糸の基本化学組成であり、時効処理に
よってβ−Nbを析出せしめ強度向上を得るものである
。前述の第1図は合金溶接部(溶接のまま)の謁食増漬
とNb含有ftとの関係を示す。
よってβ−Nbを析出せしめ強度向上を得るものである
。前述の第1図は合金溶接部(溶接のまま)の謁食増漬
とNb含有ftとの関係を示す。
Zr−Nb2元合金では白色腐食の6受注が著しく高く
、0.1重値−の添加で既に白色腐食が生じ、それ以上
のNb添加では更に腐食が苅む。
、0.1重値−の添加で既に白色腐食が生じ、それ以上
のNb添加では更に腐食が苅む。
一方、本発明のZrZr−Nb−8n−の4元合金及び
ZrZr−Nb−8n−Fe−の5元合金では1.5重
量多未満のNbでは白色腐食が生じないが、それを超え
た多量のNb添加では2元合金と同じく白色腐食が生ず
る。Nt)含有量が増すと腐食が生じやすくなる理由は
、その組織が非平衡相のα−Zrあるいはβ−Zr相を
形成しやすくなるためでちり、多量のNbを固溶したも
のとなる。これはZr−Nbの2元合金で顕著である。
ZrZr−Nb−8n−Fe−の5元合金では1.5重
量多未満のNbでは白色腐食が生じないが、それを超え
た多量のNb添加では2元合金と同じく白色腐食が生ず
る。Nt)含有量が増すと腐食が生じやすくなる理由は
、その組織が非平衡相のα−Zrあるいはβ−Zr相を
形成しやすくなるためでちり、多量のNbを固溶したも
のとなる。これはZr−Nbの2元合金で顕著である。
これに対し、本発明のSn%Fe及びMOの4元合金若
しくは5元合金は8ni加によるβ−Nb析出の促進及
びFe−Nb%Fe−Zr、Mo−Nbなどの金属間化
合物の析出によって非平衡相中のNb固溶量が低下した
定め耐食性及び強度が高い。しかj、 N b含有量が
、1.8N量チを超えるとその添加の効果が失われる。
しくは5元合金は8ni加によるβ−Nb析出の促進及
びFe−Nb%Fe−Zr、Mo−Nbなどの金属間化
合物の析出によって非平衡相中のNb固溶量が低下した
定め耐食性及び強度が高い。しかj、 N b含有量が
、1.8N量チを超えるとその添加の効果が失われる。
ただしβ−Nbの析出による耐食性の向上は通常の時効
処理(約500℃、24時間)で顕著に向上し高Nb含
有(約3重量%)でも白色腐食は生じない。
処理(約500℃、24時間)で顕著に向上し高Nb含
有(約3重量%)でも白色腐食は生じない。
一方、高Nb含有は強度を増す反面、延性の低下が起る
。燃料集合体の製造工程を考慮した場合、薄肉となるこ
とから部材の加工性が重要となる。
。燃料集合体の製造工程を考慮した場合、薄肉となるこ
とから部材の加工性が重要となる。
したがって加工性を重視した製品部材に対してはNb含
有の上限値を1.5重賦チ未満とし、伸び約20%確保
するのが好ましい。また下限値(1,0重址チ)に対し
ては、1.0重量−未満のNb量では強度不足が生じ、
更にノジュラ腐食感受性が増すことなどから制限した。
有の上限値を1.5重賦チ未満とし、伸び約20%確保
するのが好ましい。また下限値(1,0重址チ)に対し
ては、1.0重量−未満のNb量では強度不足が生じ、
更にノジュラ腐食感受性が増すことなどから制限した。
な分合金の残部はZr及び不可坦的な不純物からなる。
従来の燃料被覆管、スペーサ及びチャンネルボックスは
その形状の複雑さのため製造工程を賀史するのは容易で
なく、溶接も不可避である。
その形状の複雑さのため製造工程を賀史するのは容易で
なく、溶接も不可避である。
本発明の化学組成範囲であれば従来材に比べ、塑性加工
性、溶接性に大・瓜な変化がないことが判った。また1
耐食性に対しては通常の製造工程(浴接が可能)で製造
した場合で耐ノジュラ偏食、耐白色腐食を改善できる。
性、溶接性に大・瓜な変化がないことが判った。また1
耐食性に対しては通常の製造工程(浴接が可能)で製造
した場合で耐ノジュラ偏食、耐白色腐食を改善できる。
更に十分な耐食性を付与するには溶jな後450〜70
0℃、3〜30時間程度の後熱処理を施すことで可能と
なる。溶接後の後熱処理を設定した理由は合金のマトリ
・ソクスに固溶しているNbを十分に析出させるためで
あり、450℃を下回るとその析出が十分得られず、ま
た700℃を上回るとNbの再固溶が起υ、その効果が
減少することによる。なお本発明合金は燃0棒端栓材と
しても有効であり、溶接後の熱処理を行わなくとも優れ
た耐食性を有する。
0℃、3〜30時間程度の後熱処理を施すことで可能と
なる。溶接後の後熱処理を設定した理由は合金のマトリ
・ソクスに固溶しているNbを十分に析出させるためで
あり、450℃を下回るとその析出が十分得られず、ま
た700℃を上回るとNbの再固溶が起υ、その効果が
減少することによる。なお本発明合金は燃0棒端栓材と
しても有効であり、溶接後の熱処理を行わなくとも優れ
た耐食性を有する。
なお、より強度を必要とする部材に対しては、製品の最
終工程近くで再度β若しくはα+β温度から焼入し、更
に450〜700℃、5〜30時間程度の後熱処理を施
すことが好適である。
終工程近くで再度β若しくはα+β温度から焼入し、更
に450〜700℃、5〜30時間程度の後熱処理を施
すことが好適である。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例1
材料に工業用純ジルコニウムを用い、第1表に示すジル
コニウム合金を各々溶製した。なお溶解にはアーク溶解
炉を用いた。各々の試料は10100℃溶体化処理し、
その後750℃で熱間塑性加工、冷iハjrf延と焼な
ましく650℃)金峰返して2wtの薄板にした。次に
880℃1時間溶体化処理し、更に10チ冷間加工した
後に溶接し、最終的に後熱処理(500℃、24時時間
分施した。
コニウム合金を各々溶製した。なお溶解にはアーク溶解
炉を用いた。各々の試料は10100℃溶体化処理し、
その後750℃で熱間塑性加工、冷iハjrf延と焼な
ましく650℃)金峰返して2wtの薄板にした。次に
880℃1時間溶体化処理し、更に10チ冷間加工した
後に溶接し、最終的に後熱処理(500℃、24時時間
分施した。
溶接継手材より腐食試験片を採取して高温蒸気中試験を
行ってノジュラ腐食感受性、高温水中腐食試験を行って
白色腐食感受性をそれぞれ評価した。高温水中腐食試験
は510℃、” 5 kl/cm”過熱蒸気中に20時
間保持した。また高温水中腐食試験は288℃、85
kg/cm”高温水中に約300時間保持した。耐食性
の評価は試験後の外観に察、腐食増量及び酸化皮膜厚さ
を測定して行った。
行ってノジュラ腐食感受性、高温水中腐食試験を行って
白色腐食感受性をそれぞれ評価した。高温水中腐食試験
は510℃、” 5 kl/cm”過熱蒸気中に20時
間保持した。また高温水中腐食試験は288℃、85
kg/cm”高温水中に約300時間保持した。耐食性
の評価は試験後の外観に察、腐食増量及び酸化皮膜厚さ
を測定して行った。
腐食試験の結果、第1表に示すように本発明材はノジュ
ラ腐食並びに白色腐食が発生せず、耐食性に優れている
ことがわかる。
ラ腐食並びに白色腐食が発生せず、耐食性に優れている
ことがわかる。
なお本発明材の引張特性は80ゆ/*”前後の引張強さ
を有し、かつ30チ伸びがあり、高強度高延性をもつ。
を有し、かつ30チ伸びがあり、高強度高延性をもつ。
また水累吸収による延性低下現象は本発明合金ではみら
れなかった。
れなかった。
次に前述の溶接工程において、溶接施工前に500℃2
4時間の熱処理を行い、溶接後熱処理しない試料につい
ても同様な耐食性評価を行った。
4時間の熱処理を行い、溶接後熱処理しない試料につい
ても同様な耐食性評価を行った。
その結果、溶接後熱処理なし材のi耐食性は従来のZr
−2,5i量チNbでは白色腐食が馨しく生じたが、本
発明では黒色のち密な均−酸化及模を呈し、白色腐食が
発生せず耐食性に優れていることがわかった。
−2,5i量チNbでは白色腐食が馨しく生じたが、本
発明では黒色のち密な均−酸化及模を呈し、白色腐食が
発生せず耐食性に優れていることがわかった。
実施例2
本発明部材を用い、スペーサに適用した例について述べ
る。$7図はスペーサの形状(第7−1図は平面図、第
7−2図は第7−1図のY方向よりみた例1面図である
)を示し、第8図はスペーサの製造プロセスを示す工程
図でちる。スペーサの構造はスペーサバンド0.、スペ
ーサパー9、スペーサデバイダ−12、及びランタン型
板バネ8からなり、格子点及びスペーサパー9とスペー
サバンド0.とはスポット溶接されている。
る。$7図はスペーサの形状(第7−1図は平面図、第
7−2図は第7−1図のY方向よりみた例1面図である
)を示し、第8図はスペーサの製造プロセスを示す工程
図でちる。スペーサの構造はスペーサバンド0.、スペ
ーサパー9、スペーサデバイダ−12、及びランタン型
板バネ8からなり、格子点及びスペーサパー9とスペー
サバンド0.とはスポット溶接されている。
部材は実、1例1で官製した本発明材2のインゴットを
分割して用いた。約750℃の熱間圧延を2回繰返し厚
さ3瓢の板とし、更に冷開圧延と焼なましく650℃)
の繰返しで厚さ約0.7mの板とした。この板より打抜
き加工でスペーサバンド及びスペーサバー用板を加工し
た。ゾにスペーサバンドにはデインプ/L/13加工及
び曲げ加工を施した。その後ランタン型板バネ8と共に
組立加工を行い、所定の位置をTrG溶接10し、スペ
ーサを組立てた。このスペーサを腐食試験に供すると共
に、一方では更に500℃、20時間後熱処理を施した
スペーサを製布して、実施例1と同様な腐食試験を行っ
た。
分割して用いた。約750℃の熱間圧延を2回繰返し厚
さ3瓢の板とし、更に冷開圧延と焼なましく650℃)
の繰返しで厚さ約0.7mの板とした。この板より打抜
き加工でスペーサバンド及びスペーサバー用板を加工し
た。ゾにスペーサバンドにはデインプ/L/13加工及
び曲げ加工を施した。その後ランタン型板バネ8と共に
組立加工を行い、所定の位置をTrG溶接10し、スペ
ーサを組立てた。このスペーサを腐食試験に供すると共
に、一方では更に500℃、20時間後熱処理を施した
スペーサを製布して、実施例1と同様な腐食試験を行っ
た。
その結果、いずれのスペーサも白色腐食は発生せず、高
い耐食性を示した。
い耐食性を示した。
実施例5
本発明はBWRプラントばかりでなく、PWRプラント
史にATRプラントや高転換炉用の燃料構造部材として
も適用できる。また燃料構造部材のみならず高温高圧水
が接し、高速中性子(E>1M e V )照射敞がI
X 10” n/cn”以上照射される環境下で使用
される構造部材として適用することが可能である。
史にATRプラントや高転換炉用の燃料構造部材として
も適用できる。また燃料構造部材のみならず高温高圧水
が接し、高速中性子(E>1M e V )照射敞がI
X 10” n/cn”以上照射される環境下で使用
される構造部材として適用することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば新規なジルコニウ
ム合金部材が提供され、それによシ持に耐食性の著しく
優れたジルコニウム合金製の燃料被覆管及びその端栓、
スペーサ、チャンネルボックスがulQ造できるので、
高経済性の燃料集合体を製造でき、かつ信頼性の向上が
可能でちる。
ム合金部材が提供され、それによシ持に耐食性の著しく
優れたジルコニウム合金製の燃料被覆管及びその端栓、
スペーサ、チャンネルボックスがulQ造できるので、
高経済性の燃料集合体を製造でき、かつ信頼性の向上が
可能でちる。
第1図は腐食増量及び伸びとNb Bとの関係を示すグ
ラフ、第2図は酸化皮痕厚さとMo添加量との関係を示
すグラフ、第3図は燃料集合体の断面概略図、第4図は
燃料棒の部分断面概略図、第5図はスペーサの平面図、
第6図はチャンネルボックスの斜視図、第7−1図はス
ペーサの構造を示す平面図、第7−2図はそのY方向か
ら見た側面図、第8図はスペーサ製造工程図である。
ラフ、第2図は酸化皮痕厚さとMo添加量との関係を示
すグラフ、第3図は燃料集合体の断面概略図、第4図は
燃料棒の部分断面概略図、第5図はスペーサの平面図、
第6図はチャンネルボックスの斜視図、第7−1図はス
ペーサの構造を示す平面図、第7−2図はそのY方向か
ら見た側面図、第8図はスペーサ製造工程図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、重量で、ニオブ1.0〜1.5%未満、すず0.5
〜2.2%、モリブデン0.2〜1.0%、及び不可避
の不純物を除いた残部がジルコニウムからなることを特
徴とする高耐食ジルコニウム合金部材。 2、該部材が、燃料集合体用燃料スペーサである特許請
求の範囲第1項記載の高耐食ジルコニウム合金部材。 3、該部材が、燃料集合体用チャンネルボックスである
特許請求の範囲第1項記載の高耐食ジルコニウム合金部
材。 4、該部材が、燃料集合体用燃料被覆管である特許請求
の範囲第1項記載の高耐食ジルコニウム合金部材。 5、該部材が、溶接後に450〜700℃で再加熱処理
したものである特許請求の範囲第2項〜第4項のいずれ
か1項に記載の高耐食ジルコニウム合金部材。 6、重量で、ニオブ1.0〜1.5%未満、すず0.5
〜2.2%、鉄0.04〜1.0%、モリブデン0.2
〜1.0%、及び不可避の不純物を除いた残部がジルコ
ニウムからなることを特徴とする高耐食ジルコニウム合
金部材。 7、該部材が、燃料集合体用燃料スペーサである特許請
求の範囲第6項記載の高耐食ジルコニウム合金部材。 8、該部材が、燃料集合体用チャンネルボックスである
特許請求の範囲第6項記載の高耐食ジルコニウム合金部
材。 9、該部材が、燃料集合体用燃料被覆管である特許請求
の範囲第6項記載の高耐食ジルコニウム合金部材。 10、該部材が、溶接後に450〜700℃で再加熱処
理したものである特許請求の範囲第7項〜第9項のいず
れか1項に記載の高耐食ジルコニウム合金部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61201396A JPH0762225B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 高耐食ジルコニウム合金製品の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61201396A JPH0762225B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 高耐食ジルコニウム合金製品の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6360248A true JPS6360248A (ja) | 1988-03-16 |
JPH0762225B2 JPH0762225B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=16440395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61201396A Expired - Fee Related JPH0762225B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 高耐食ジルコニウム合金製品の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0762225B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH024945A (ja) * | 1988-06-10 | 1990-01-09 | Hitachi Ltd | 中性子照射下で高温高圧水にさらされるオーステナイト鋼及びその用途 |
JP2018514649A (ja) * | 2015-04-14 | 2018-06-07 | ケプコ ニュークリア フューエル カンパニー リミテッド | 優れた腐食抵抗性を有する核燃料被覆管用ジルコニウム合金及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61170552A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-08-01 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | スズおよび第3の合金元素を含有するジルコニウムーニオブ合金からなる物品の製造方法 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP61201396A patent/JPH0762225B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61170552A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-08-01 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | スズおよび第3の合金元素を含有するジルコニウムーニオブ合金からなる物品の製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH024945A (ja) * | 1988-06-10 | 1990-01-09 | Hitachi Ltd | 中性子照射下で高温高圧水にさらされるオーステナイト鋼及びその用途 |
JP2018514649A (ja) * | 2015-04-14 | 2018-06-07 | ケプコ ニュークリア フューエル カンパニー リミテッド | 優れた腐食抵抗性を有する核燃料被覆管用ジルコニウム合金及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0762225B2 (ja) | 1995-07-05 |
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