SE429562B - Forlegering for framstellning av zirkoniumbaserade legeringar - Google Patents

Description

l0 15 20 50 HO 7800127-8 alltför tidigt och tenderar att rinna genom den kompakterade elektro- den i götet som har bildats redan vid smältningsoperationens början.

När götet smältes i en kokill, som vanligen är av koppar och som kyles utvändigt genom cirkulation av fluidum, upprätthålles en liten del av detta göt i flytande tillstånd, vilket omöjliggör en homogeni- sering vid slutet av smältningsprocessen.

För att undvika att tennet fördelas alltför heterogent, använder sig fackmannen på området vanligen av olika hjälpmedel, t.ex. använd- ning av solida och på regelbundet avstånd från varandra placerade skärmar i elektroden eller användning i elektroden av en viss pro- centuell andel avfall eller avskrap av den legering som skall fram- ställas.

Ingen av dessa lösningar är emellertid helt tillfredsställande utan hög dispersion uppträder i alla händelser.

Det har vidare föreslagits att man i de förbrukningsbara elek- troderna skall införliva tennet i form av en binär förlegering Zr Sn innehållande approximativt 50 viktprocent av var och en av dessa båda beståndsdelar.

Denna legering, som är svår att framställa eftersom dess smält- punkt är högre än den för zirkonium, kräver lämpliga smältningsorgan, såsom en argonsmältugn med förbrukningsbar elektrod, och uppvisar den allvarliga nackdelen att den ytterst lätt oxideras, speciellt när den utsättes för den omgivande luftens fuktighet. Legeringen fixerar eller binder stora mängder vatten, vilket gör att den gradvis sönder- delas, och dessutom är de bildade pulvren pyrofora och de kan fatta eld av sig själva. Dessa egenskaper gör att legeringen är svår att krossa eller mala och att den är riskabel att lagra.

Användningen av denna förlegering för framställning av legering- ar baserade på zirkonium kräver sålunda mycket stora försiktighets- åtgärder, och i alla händelser kan man inte undvika en viss konta- minering av de erhållna legeringarna med syre. En sådan kontamina- tion är aldrig acceptabel.

Medelst förlegeringen enligt föreliggande uppfinning undviker man helt och hållet dessa olägenheter med den binära Zr- Sn-legeringen.

Den medger även ett införlivande i göten av tillsatser av järn och/el- ler krom, vilket i många fall är en mycket stor fördel. Den nya förlegeringen har avsevärt mycket högre smältpunkt än tenn och smält- punkten kommer i närheten av smältpunkterna för sådana metaller som krom och järn. Härigenom undviker man helt och hållet fenomenen med alltför tidig smältning, och i praktiken har man konstaterat KT! 10 15 20 25 BO ka! MN HO 7800127-8 att zirkonium smälter praktiskt taget samtidigt som denna legering.

I realiteten är skillnaden mellan smälttemperaturerna mellan ca H50°C och 60000 för förlegeringarna enligt föreliggande uppfinning i stället för av storleksordningen l60OOC,såsom är fallet för rent tenn.

Försök har visat, att detta är helt acceptabelt och att det inte för- orsakar någon heterogenitet i smältningsögonblicket.

Den nya förlegeringen är lätt att framställa, vilket t.ex. kan ske med hjälp av en induktionsugn, genom att dess beståndsdelar smältes under vakuum eller i neutral atmosfär eller t.o.m. i luft. I sist- nämnda fall bildas emellertid ett oxidskikt på ytan av den flytande legeringen, men syrehalten i det inre av förlegeringen förblir mycket låg.

Slutligen gäller att den nya förlegeringen på samma gång upp- visar fördelen att vara ytterst stabil i luft under normala lagrings- betingelser och tillräcklig skörhet för att utan svårighet kunna krossas eller malas till korn, vars dimensioner kan vara av storleks- ordningen 5-20 mm uttryckt som diametert Det är i denna finfördelade form som legeringen införlivas i de övriga beståndsdelarna för den förbrukningsbara elektroden, som där- efter utsättes för bågsmältning till bildning av götet av zirkonium- legeringen.

Förlegeringens allmänna sammansättning är följande: Sn 50 - 85 viktprocent Zr 5 - SO -"- Fe o - zo -"- cr o - 20 -fl- med Fe + Cr 5 - 50 viktprocent Denna förlegering innehåller även de föroreningar som är när- varande i de råmaterial som användes för dess framställning. För t.ex. kärnkraftstillämpningar är det lämpligt eller tillräckligt att välja råmaterial, vars halt av föroreningar är tillräckligt låg för att de produkter, i vilka förlegeringen skall införlivas, skall upp- fylla gällande bestämmelser.

Det har sålunda helt överraskande konstaterats, att det är när- varon i förlegeringen av små kvantiteter järn och/eller krom som förlänar den beständighet mot oxidation samt stabilitet, vilka egen- skaper saknas i frånvaro av det ena och/eller det andra av dessa båda element.

I dessa förlegeringar kan man reglera eller välja halten av tenn, järn och/eller krom som en funktion av sammansättningen hos de 10 15 20 25 30 55 H0 7800127-8 önskade legeringarna och sammansättningen hos råmaterialen. I rea- liteten kan i många fall huvudråmaterialet, zirkoniumsvamp, innehålla små kvantiteter järn, och dessutom införlivar man ofta avskrap från zirkoniumlegeringar i chargen, och detta avskrap innehåller likaså små kvantiteter järn och/eller krom och/eller tenn. Det är dessutom ofta lämpligt att reglera sammansättningen hos förlegeringen med andra förhållanden §n och/eller §n än de som önskas för den legering Fe Cr som skall framställas. Halterna av Fe och Cr regleras därefter genom direkta tillsatser till chargen, varvid man tar hänsyn till eventu- ellt närvarande kvantiteter i råmaterialen och i utvunnet avskrap.

Den totala kvantiteten tenn som skall tillsättas tillföres emeller- tid i form av en förlegering.

Bland föredragna sammansättningar kan följande syralegeringar nämnas» all. w fel C1~_% Legering nr l 70 20 l0 Legering nr 2 77 17,5 5,5 Legering nr 3 70 20 5 I 5 Legering nr 4 77 17,5 5,5 Dessa sammansättningar anges emellertid enbart i illustrations- syfte, och det är lämpligt att reglera dem som en funktion av de legeringar som skall framställas och av de råmaterial som skall an- vändas. Legering nr 1, som är rikast på järn, har den lägsta smält- punkten och bör framställas vid ca 120000. Legeringarna nr 2, nr 3 och nr U, vilka innehåller mindre andel järn eller vilka innehåller krom, bör framställas vid ca 135o°c.

Nedanstående icke begränsande exempel beskriver en utföringsform av uppfinningen för framställning av ett göt av en zirkoniumlegering som är känd under namnet zircaloy H, vars sammansättning har angivits ovan. Två göt av zircaloy Ä framställdes under användning av zir- koniumsvamp av nukleärkvalitet och vars järnhalt var 220 ppm. Inne- hållet av Sn och Cr i denna svamp var försumbart. Två förbruknings- bara elektroder, vilka markerade A resp. B och vilka var och en vägde ca 1080 kg, framställdes i cylindrisk form, varvid var och en var 2,7 m lång och hade en diameter av 320 mm.

Dessa elektroder formades av cylindriska sektorer med en vinkel av l200 vid spetsen, en radie av 160 mm och en höjd av 150 mm, var- vid de formades genom komprimering i en press och sammanfogades genom svetsning medelst metoder som är välkända för fackmannen på området.

För framställning av var och en av sektorerna av elektroden A uppvägdes 5H satser, som var och en innehöll; 10 l5 20 25 50 35 7800127-8 15,3 kg Zr-svamp O,2U kg Sn-korn 0,003 kg Fe i form av stycken av tråd 0,018 kg Cr-korn U,H kg spån av zircaloy Ä med känd sammansättning.

Varje sats blandades noggrant och komprimerades därefter i pressen till de dimensioner som angivits ovan.

För framställning av var och en av sektorerna av elektroden B uppvägdes SU satser, som var och en innehöll: 19,5 kg zirkoniumsvamp 0,588 kg förlegeríqgmed samma samansättning som för legering nr 2 0,0lM kg Fe i form av stycken av tråd 0,025 kg Cr-kron Varje sats blandades och komprimerades därefter på samma sätt som för elektrod A.

Efter sammanfogning genom svetsning av de komprimerade detaljer som bildade var och en av de båda elektroderna, utsattes elektroderna för bågsmältning under vakuum i en ugn med förbrukningsbar elektrod enligt metoder kända för fackmannen på området, först i en degel med en diameter av N00 mm och därefter en andra gång i en degel med en diameter av 500 mm.

Operationerna utfördes under exakt likartade betingelser. Spe- ciellt utfördes de andra smältningarna vid en spänning av 30 volt och en strömstyrka av 12500 ampere under det att smältningsperioden var ca 80 minuter.

Två göt, vilka benämndes LA och LB och vilka motsvarade elektro- derna A resp. B, erhölls härvid, vilka göt hade en diameter av 500 mm och en längd av 8UO mm och vägde ca l08O kg. Efter avskrapning av ytskiktet togs tre provbitar från sídoytan av dessa göt.

Det första provet togs ca 50 mm från den övre änden.

Det andra provet togs på mitten.

Det tredje provet togs ca 50 mm från den undre änden.

Provbitarnas halt av Sn, Fe och Cr analyserades, och de erhållna resultaten anges i nedanstående tabell: 10 15 20 25 7800127-8 I Analyserade element: halt i vikt-% 1 Sn i Fe Cr Provet togs: LA LB LA LB LA LB i Nära den Övre änden 1,61 1,117 0,20 0,22 0,11 0,10 På mitten 71,45 1,51 0,22 0,22 0,11 0,10 gära den undre än- 1,73 1,51 0,2U 0,21 0,15 0,10 en Dessa resultat visar en mycket kraftig spridning ifråga om ana- lysvärden för götet LA. Beträffande tennhalten kan man t.o.m. kon- statera att detta element ligger utanför det önskade sammansättninge- omr-ådet för Zircaioy u (sn = 1,2 - 1,7%) vid ett ställe på göres, och detta även om detta element delvis tillsattes i form av spån av zircaloy H. Även för de övriga elementen, såsom järn, föreligger en spridning, vilken emellertid är något mindre besvärande. För götet LB ser man att spridningen är avsevärt mycket mindre och att värdena ligger inom normerna.

Användningen av den nya förlegeringen innebär sålunda avsevärda fördelar jämfört med den konventionella tekniken, samtidigt som man undviker de allvarliga olägenheter som är förknippade med de binära Zr- Sn-legeringarna, vilka förorsakas av deras oxiderbarhet och vilka gör att deras användning blir besvärlig, Dessutom möjliggör förle- geríngarna enligt föreliggande uppfinning inte enbart en förbättrad fördelning av tennet utan även en förbättrad fördelning av järnet och/eller av krometh Dessa fördelar är synnerligen värdefulla, eftersom det allt ökande behovet av zirkoniumlegeringar, speciellt för inkapsling av kärnbränslen, gör det nödvändigt att framställa Zr-legeringar med mycket exakta sammansättningar, vilka ligger inom mycket inskränkta intervall.

Det är vidare möjligt att, om detta skulle vara önskvärt, in- förliva ytterligare legeringselement i förlegeringen, t.ex. nickel.

Dessa tillsatser göres därvid såsom en funktion av sammansättningen hos de legeringar som skall framställas med hjälp av förlegeringen.

Claims (3)

1. l. ringar, Sn Zr Fe Cr 7800127-8 PATENTKRAV. Förlegering för framställning av zirkoniumbaserade lege- k ä 50 5 _ 0 _ Q _ fl varvid halten

2. Förlegering enligt krav l, n e t e c k n a d av att den innehåller: 85 viktprocent 30 _n_ 20 -"- 20 -"- Fe + Cr ligger mellan 3 och 30 viktprocent. k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller ca 70 viktprocent Sn, 20 viktprocent Zr och 10 viktprocent Fe.

3. att den innehåller ca 77 viktprocent Förlegering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av Sn, 17,5 viktprocent Zr och 5,5 viktprocent Fe. M. att den procent 5. att den Förlegering enligt krav l, innehåller ca 70 viktprocent k ä n n e t e c k n a d av Sn, 20 viktprocent Zr, 5 vikt- Fe och 5 viktprocent Cr. Förlegering enligt krav l, innehåller ca 77 viktprocent k ä n n e t e c k n a d av Sn, 17,5 viktprocent Zr och 5,5 viktprocent Cr.