SE436047B - THERMOMECHANICAL PROCEDURE FOR MANUFACTURING COMPOSITION COATING PIPES AND COMPOSITION COATING PIPES - Google Patents
THERMOMECHANICAL PROCEDURE FOR MANUFACTURING COMPOSITION COATING PIPES AND COMPOSITION COATING PIPESInfo
- Publication number
- SE436047B SE436047B SE8000838A SE8000838A SE436047B SE 436047 B SE436047 B SE 436047B SE 8000838 A SE8000838 A SE 8000838A SE 8000838 A SE8000838 A SE 8000838A SE 436047 B SE436047 B SE 436047B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- zirconium
- tube
- composite
- temperature
- zirconium alloy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/16—Details of the construction within the casing
- G21C3/20—Details of the construction within the casing with coating on fuel or on inside of casing; with non-active interlayer between casing and active material with multiple casings or multiple active layers
-
- 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
Description
80110838-6 2 vid den konventionella processen för framställning av kaps- lingsrör med ett spärrskikt bundet till innerytan förses ett ihåligt ämne av zirkoniumlegering med en hylsa av zirkonium- metallen för spärrskiktet och kompositföremålet samextruderas. In the conventional process for manufacturing casing tubes with a barrier layer bonded to the inner surface, a hollow zirconium alloy blank is provided with a zirconium metal sleeve for the barrier layer and the composite article is coextruded.
Kompositkroppen reduceras därefter till slutdiameter genom kallbearbetning ett flertal steg genom en reduktionsanordning, exempelvis ett stegvalsverk.The composite body is then reduced to the final diameter by cold working a plurality of steps through a reduction device, for example a step rolling mill.
Efter varje reduktionssteg underkastar man konventionellt kompositprodukten glödgning genom värmebehandling vid en temperatur och under en tidrymd som är tillräcklig för i huvudsak fullständig rekristallisering av zirkoniumlegeringen.After each reduction step, the composite product is conventionally subjected to annealing by heat treatment at a temperature and for a period of time sufficient for substantially complete recrystallization of the zirconium alloy.
Det har emellertid visat sig att glödgningstemperaturen och glödgningstiden som erfordras för fullständig rekristallise- ring av zirkoniumlegeringen medför en icke önskad korntill- växt i zirkoniummetallspärrskiktet.However, it has been found that the annealing temperature and annealing time required for complete recrystallization of the zirconium alloy results in an undesired grain growth in the zirconium metal barrier layer.
Enligt en aspekt av uppfinningen genomföres därför värmebe- handlingen av kompositprodukten efter slutliga dimensions- reduktionssteget vid en temperatur och under en tidrymd som tillåter i huvudsak fullständig rekristallisering av zirko- niummetallskiktet och ger en finkornig mikrostruktur i detta samtidigt som värmebehandlingen ger spänningsutlösning men icke fullständig rekristallisering av zirkoniumlegeringen.According to one aspect of the invention, therefore, the heat treatment of the composite product is carried out after the final dimension reduction step at a temperature and for a period of time which allows substantially complete recrystallization of the zirconium metal layer and gives a fine-grained microstructure therein while heat treatment gives stress release but not complete recovery. of the zirconium alloy.
Enligt en annan aspekt av uppfinningen kan den kristallogra- - fiska texturen hos zirkoniummetallskiktet om så önskas för- bättras genom kompressionsdeformation av ytan-av skiktet, exempelvis genom kulblästring, utan deformation av zirkonium- legeringen i kompositröret.According to another aspect of the invention, the crystallographic texture of the zirconium metal layer can, if desired, be improved by compression deformation of the surface of the layer, for example by ball blasting, without deformation of the zirconium alloy in the composite tube.
Uppfinningen beskrives i det följande utförligare under hän- visning till bifogade ritning.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing.
Figur l är en sidovy, delvis i sektion, genom ett kärnbränsle- element. 8000838-6 3 Figur 2 är en tvärsektion genom bränsleelementet enligt figur l.Figure 1 is a side view, partly in section, through a nuclear fuel element. 8000838-6 3 Figure 2 is a cross section through the fuel element according to figure 1.
Figur 3 är en tabelluppställning av ett exempel på rörreduk- tion och behandling enligt uppfinningen.Figure 3 is a table layout of an example of pipe reduction and treatment according to the invention.
Ett kärnbränsleelement ll som visas på figurerna l och 2 innefattar ett långsträckt kompositkapslingsrör l2 innehål- lande en pelare av bränslekutsar 13 och är tillslutet vid båda ändar med nedre och övre ändpluggar 14 och l6.A nuclear fuel element 11 shown in Figures 1 and 2 comprises an elongate composite housing tube 12 containing a column of fuel pellets 13 and is closed at both ends with lower and upper end plugs 14 and 16.
Ett plenumrum 17 är utformat för att tillåta expansion i längdriktningen av kärnbränslet och ge ett utrymme för gaser som frigöres från bränslet under drift av reaktorn. En fjäder l8 mellan toppen av bränslepelaren och den övre änd- pluggen 16 kvarhåller bränslepelaren i läge. Såsom bäst visas på figur 2 är kompositkapslingsröret ll dimensionerat i förhållande till diametern av bränslekutsarna så att ett ringformigt mellanrum eller gap 19 bildas mellan bränsle- styckena och innerytan av kapslingsröret.A plenum space 17 is designed to allow longitudinal expansion of the nuclear fuel and to provide a space for gases released from the fuel during operation of the reactor. A spring 18 between the top of the fuel column and the upper end plug 16 holds the fuel column in position. As best shown in Figure 2, the composite housing pipe 11 is dimensioned relative to the diameter of the fuel pellets so that an annular gap 19 is formed between the fuel pieces and the inner surface of the housing pipe.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar kompositkapslingsröret ll ett kapslingsrör 21 utfört av en zirkoniumlegering och ett spärrskikt 22 av zirkoniummetall, som är metallurgiskt bunden till innerytan av röret 2l.According to a preferred embodiment of the invention, the composite housing tube 11 comprises a housing tube 21 made of a zirconium alloy and a barrier layer 22 of zirconium metal, which is metallurgically bonded to the inner surface of the pipe 211.
Bland zirkoniumlegeringar som är lämpliga för röret 21 kan nämnas Zircaloy-2 och Zircaloy-4. Zircaloy-2 innehåller, räknat på vikten, ca 1,5 % tenn, 0,12 % järn, 0,09 % krom, 0,005 % nickel och resten zirkonium. Zircaloy-4 innehåller mindre mängd nickel än Zircaloy-2 men innehåller något mer järn. Båda dessa legeringar innehåller andra element än zirkonium i en mängd överstigande 5000 milliondelar.Zirconium alloys suitable for tube 21 include Zircaloy-2 and Zircaloy-4. Zircaloy-2 contains, by weight, about 1.5% tin, 0.12% iron, 0.09% chromium, 0.005% nickel and the rest zirconium. Zircaloy-4 contains less nickel than Zircaloy-2 but contains slightly more iron. Both of these alloys contain elements other than zirconium in an amount exceeding 5,000 parts per million.
Spärrskiktet 22, som kan utgöra från ca l till ca 30 % av tjockleken av kompositkapslingen, är utfört av zirkonium- metall med begränsad föroreningshalt varierande från högrent eller väsentligen rent zirkonium med mindre än 500 million- 8000838-6 4. delar (ppm) föroreningar till en föroreningshalt av upp till 5000 ppm men företrädesvis en föroreningshalt understigande ca 4200 ppm.The barrier layer 22, which may comprise from about 1 to about 30% of the thickness of the composite enclosure, is made of zirconium metal with limited impurity content ranging from high purity or substantially pure zirconium with less than 500 million parts (ppm) of impurities. to a contaminant content of up to 5000 ppm but preferably a contaminant content of less than about 4200 ppm.
Av föroreningar bör halten syre minimeras och hållas inom ett intervall av 200 ppm eller mindre till ett maximum av ca l200 ppm. Andra föroreningar kan ligga inom det normala intervallet för zirkoniumsvamp av kommersiell reaktorkvalitet och anges i det följande: Aluminium 75 ppm eller mindre, bor 0,4 ppm eller mindre, kadmium 0,4 ppm eller mindre, kol 270 ppm eller mindre, krom 200 ppm eller mindre, kobolt 20 ppm eller mindre, koppar 50 ppm eller mindre, hafnium 100 ppm eller mindre, väte 25 ppm eller mindre, järn 1500 ppm eller mindre, magnesium 20 ppm eller mindre, mangan 50 ppm eller mindre, molybden 50 ppm eller mindre, nickel 70 ppm eller mindre, niob 100 ppm eller mindre, kväve 80 ppm eller mindre, kisel 120 ppm eller mindre, tenn 50 ppm eller mindre, volfram lO0 ppm eller mindre, titan 50 ppm eller mindre samt uran 3,5 ppm eller mindre.Of contaminants, the oxygen content should be minimized and kept within a range of 200 ppm or less to a maximum of about 1200 ppm. Other pollutants may be within the normal range for commercial reactor grade zirconium sponges and are listed below: Aluminum 75 ppm or less, boron 0.4 ppm or less, cadmium 0.4 ppm or less, carbon 270 ppm or less, chromium 200 ppm or less, cobalt 20 ppm or less, copper 50 ppm or less, hafnium 100 ppm or less, hydrogen 25 ppm or less, iron 1500 ppm or less, magnesium 20 ppm or less, manganese 50 ppm or less, molybdenum 50 ppm or less , nickel 70 ppm or less, niobium 100 ppm or less, nitrogen 80 ppm or less, silicon 120 ppm or less, tin 50 ppm or less, tungsten 100 ppm or less, titanium 50 ppm or less and uranium 3.5 ppm or less .
Spärrskiktet 22 av zirkoniummetall är metallurgiskt bundet till zirkoniumlegeringsröret 21 med tillräcklig tvärdiffusion mellan dessa skikt för att ge en stark bindning men icke så stor diffusion att spärrskiktet 22 förorenas till mer än ca l2,7-25,4 /xm från bindningsgränsytan.The barrier layer 22 of zirconium metal is metallurgically bonded to the zirconium alloy tube 21 with sufficient transverse diffusion between these layers to provide a strong bond but not so great a diffusion that the barrier layer 22 is contaminated to more than about 1.2.7-25.4 μm from the bonding interface.
Det har visat sig att ett spärrskikt av zirkoniummetall med en tjocklek av storleksordningen 5-15 % av kompositkapslingen samt med en särskilt föredragen tjocklek av ca lO % förhindrar att zirkoniumlegeringen i kapslingsröret 21 utsättes för in- verkan av de korrosiva klyvningsprodukterna.It has been found that a barrier layer of zirconium metal with a thickness of the order of 5-15% of the composite enclosure and with a particularly preferred thickness of about 10% prevents the zirconium alloy in the encapsulation tube 21 from being exposed to the corrosive fission products.
Spärrskiktet skiljer även zirkoniumlegeringskapslingsröret från direkt mekanisk inverkan med bränslekutsarna och minskar de spänningar som kan orsakas härav. Spärrskiktet visar sig bibehålla sina önskvärda strukturegenskaper, såsom sträck- gräns och hårdhet vid nivåer som är väsentligt lägre än hos konventionella zirkoniumlegeringar. Sålunda härdas metall- 8000838-6 spärrskiktet icke lika mycket som konventionella zirkonium- legeringar vid inverkan för bestrålning, och detta tillsam- mans med den ursprungligen låga sträckgränsen möjliggör att metallspärrskiktet deformeras plastiskt och ger efter för av kutsarna inducerade spänningar i bränsleelementet under effekttoppar eller effekttransienter. Av bränslepelletar eller bränslestycken inducerade spänningar i bränsleelementet kan uppkomma exempelvis genom svällning av kärnbränsle- styckena vid reaktorns arbetstemperatur, så att bränsle- styckena kommer i kontakt med kapslingen.The barrier layer also separates the zirconium alloy housing tube from direct mechanical action with the fuel pellets and reduces the stresses that can be caused by this. The barrier layer is found to retain its desirable structural properties, such as yield strength and hardness at levels that are significantly lower than conventional zirconium alloys. Thus, the metal barrier layer does not cure as much as conventional zirconium alloys upon exposure to radiation, and this together with the initially low yield strength allows the metal barrier layer to be plastically deformed and yield to the stresses induced by the pellets in the power peak elements or power transients. . Voltages induced by fuel pellets or fuel pieces in the fuel element can arise, for example, by swelling the nuclear fuel pieces at the working temperature of the reactor, so that the fuel pieces come into contact with the housing.
Kompositkapslingen enligt uppfinningen kan framställas med någon av i det följande angivna metoder.The composite housing according to the invention can be manufactured by any of the methods set forth below.
Enligt en metod införes ett ihâligt rör av zirkoniummetall som valts såsom spärrskikt i ett ihåligt ämne av zirkonium- legering som valts till kapslingsröret. Denna enhet under- kastas därefter explosionsbindning av röret till ämnet.According to one method, a hollow tube of zirconium metal selected as the barrier layer is introduced into a hollow blank of zirconium alloy selected for the cladding tube. This unit is then subjected to explosion bonding of the pipe to the substance.
Kompositkroppen strängpressas vid förhöjd temperatur av ca 538-760°C med användning av konventionella metoder för rörsträngpressning. Det strängpressade kompositröret under- kastas därefter en process innefattande konventionell rör- reduktion tills den önskade storleken hos kompositkapslingen uppnåtts.The composite body is extruded at an elevated temperature of about 538-760 ° C using conventional tubular extrusion methods. The extruded composite tube is then subjected to a process involving conventional tube reduction until the desired size of the composite housing is reached.
Enligt en annan metod införes ett ihâligt rör av zirkonium- metall, som valts för spärrskiktet, i ett ihåligt ämne av zirkoniumlegering, som valts för framställning av kapslings- röret. Enheten underkastas därefter ett upphettningssteg, exempelvis vid 760°C under ca 8 timmars tid, för åstadkom- mande av diffusionsbindning mellan zirkoniummetallröret och ämnet. Kompositkroppen strängpressas därefter med användning av konventionell rörsträngpressningsteknik och det sträng- pressade kompositröret underkastas ett förfarande innefat- tande konventionell rörreduktion tills den önskade storleken hos kapslingen uppnåtts.According to another method, a hollow tube of zirconium metal selected for the barrier layer is inserted into a hollow blank of zirconium alloy selected for the manufacture of the casing tube. The unit is then subjected to a heating step, for example at 760 ° C for about 8 hours, to effect diffusion bonding between the zirconium metal tube and the blank. The composite body is then extruded using conventional tube extrusion technology and the extruded composite tube is subjected to a process involving conventional tube reduction until the desired size of the enclosure is reached.
Enligt ytterligare en annan metod införes ett ihåligt rör av 8000838 -6 6 det zirkoniummetallmaterial som valts såsom spärrskikt i ett ihåligt ämne av den zirkoniumlegering som valts för fram- ställning av kapslingsröret. Denna enhet strängpressas där- efter med användning av konventionell rörsträngpressnings- teknik. Den strängpressade kompositkroppen underkastas där- efter ett förfarande innefattande konventionell rörreduktion tills den önskade storleken hos kapslingen uppnåtts.According to yet another method, a hollow tube of the zirconium metal material selected as the barrier layer is inserted into a hollow blank of the zirconium alloy selected for making the casing tube. This unit is then extruded using conventional tube extruding technology. The extruded composite body is then subjected to a process involving conventional pipe reduction until the desired size of the enclosure is reached.
Dimensionerna hos utgångsmaterialen bestämmas av förhållande- na mellan tvärsektionsareorna hos spärrskiktet och zirkonium- legeringsdelarna av den önskade kompositkapslingsprodukten.The dimensions of the starting materials are determined by the ratios between the cross-sectional areas of the barrier layer and the zirconium alloy parts of the desired composite encapsulation product.
Såsom exempel anges den totala tvärsektionsarean.av den färdiga kapslingen av _ 2 2 ATP '77/4 (ODTF ' IDTF )' i vilken ATF är arean hos den färdiga produkten, ODTF är ytterdiametern hos slutprodukten och IDTF är innerdiametern hos slutprodukten. Tvärsektionsarean hos det önskade spärr- skiktet anges av _ 2 _a I? ABF ' 77/4 (ODBF IDBF )' i vilken ABF är tvärsektionsarean hos metallspärrskiktet, OD BF innerdiametern hos metallspärrskiktet. Den totala tvärsek- tionen hos det ursprungliga ämnet för kapslingsröret anges av är ytterdiametern hos metallspärrskiktet och IDBF är ATI :77/4 (ODTI2 _ IDTI2) ' i vilken ATI är den totala tvärsektionsarean hos utgângsämnet innefattande metallspärrskiktet, ODTI är ytterdiametern hos utgångsämnet samt IDTI är innerdiametern hos utgångsämnet.By way of example, the total cross-sectional area of the finished enclosure is given by ATP '77 / 4 (ODTF 'IDTF)' in which ATF is the area of the finished product, ODTF is the outer diameter of the final product and IDTF is the inner diameter of the final product. The cross-sectional area of the desired barrier layer is indicated by _ 2 _a I? ABF '77/4 (ODBF IDBF)' in which ABF is the cross-sectional area of the metal barrier layer, OD BF the inner diameter of the metal barrier layer. The total cross-section of the original blank for the casing tube is indicated by is the outer diameter of the metal barrier layer and IDBF is ATI: 77/4 (ODTI2 - IDTI2) 'in which ATI is the total cross-sectional area of the blank comprising the metal barrier layer, the ODT is the ODT is the inside diameter of the starting material.
Den önskade tvärsektionsarean hos utgångsspärrskiktet anges av A :A ABF (--) .The desired cross-sectional area of the output barrier layer is indicated by A: A ABF (-).
BI TI ATF 8000838-6 Exempel.BI TI ATF 8000838-6 Example.
Ett exempel på framställning av ett kompositkapslingsrör ll enligt uppfinningen är följande.An example of the manufacture of a composite housing tube 11 according to the invention is as follows.
Ett ämne för zirkoniumlegeringskapslingsröret och insatsen för zirkoniummetallspärrskiktet maskinbearbetas, rengöres och sammanföres med standardmetoder, varvid dimensionerna väljes för strängpressning av kompositenheten i en varmsträngpress. Ämnet för kapslingsröret utgöres av normal Zircaloy-2-lege- ring enligt ASTM B353, Grade RA-1, och insatsen för spärr- skiktet utgöres av zirkoniummetall med föroreningshalter inom de i det föregående angivna gränserna. Hålen i ämnet och insatsen är utformade med en konicitet av 8 tusendelar och sammanpressas för att säkerställa god kontakt mellan de anslutande ytorna.A blank for the zirconium alloy encapsulation tube and the insert for the zirconium metal barrier layer are machined, cleaned and combined by standard methods, the dimensions being selected for extruding the composite unit in a hot extruder. The material for the encapsulation pipe consists of normal Zircaloy-2 alloy according to ASTM B353, Grade RA-1, and the insert for the barrier layer consists of zirconium metal with impurity contents within the limits specified above. The holes in the blank and the insert are designed with a conicity of 8 thousandths and are compressed to ensure good contact between the connecting surfaces.
Exempel på dimensioner hos de maskinbearbetade delarna är följande: för kapslingsrörämnet, längd 229 mm, ytterdiameter 146 mm, innerdiameter 62,0 mm; för spärrskiktsinsatsen, ytterdiameter 62,0 mm, innerdiameter 42,2 mm.Examples of dimensions of the machined parts are the following: for the casing blank, length 229 mm, outer diameter 146 mm, inner diameter 62.0 mm; for the barrier layer insert, outer diameter 62.0 mm, inner diameter 42.2 mm.
Före sammanfogningen underkastas de anliggande ytorna hos ämnet och insatsen försiktig etsning för avlägsnande av spår av föroreningar. En lämplig etslösning är 70 ml H20, 30 ml HNO3 (70 % akv) och 5 ml HF (48 % akv).Prior to joining, the adjacent surfaces of the blank and insert are subjected to careful etching to remove traces of contaminants. A suitable etching solution is 70 ml H 2 O, 30 ml HNO 3 (70% aq) and 5 ml HF (48% aq).
För säkerställande av tillfredsställande bindning under strängpressningen kan enheten för-bindas genom pressning av den koniska insatsen in i det koniska hålet i ämnet i ett vakuum í 20_pm kvicksilver med upprätthållande av en tempe- ratur av ca 760°C under 8 timmars tid med en ursprunglig presskraft av 13.600-20.400 kp. Detta har visat sig ge bindning över 20-25 % av gränsytarean.To ensure satisfactory bonding during extrusion, the unit can be bonded by pressing the conical insert into the conical hole in the blank in a vacuum in 20_pm mercury while maintaining a temperature of about 760 ° C for 8 hours with an initial pressing force of 13,600-20,400 kp. This has been shown to provide binding over 20-25% of the interface area.
För att minska ändförlusterna under strängpressningen kan stycken av Zircaloy-2 med längden 5 cm svetsas vid vardera änden av den för-bundna enheten och maskinbearbetas till anslutning. 8000838-6 8 Strängpressningen av den för-bundna ämnesenheten till ett kapslingsrörskal åstadkommes med användning av följande para- metrar: strängpressningshastighet l5 cm/minut, reduktions- förhållande 6:1, temperatur 595°C och strängpresskraft 3500 ton.To reduce the end losses during extrusion, pieces of Zircaloy-2 with a length of 5 cm can be welded at each end of the connected unit and machined for connection. 8000838-6 8 The extrusion of the bonded blank unit into an encapsulation tube shell is accomplished using the following parameters: extrusion speed l5 cm / minute, reduction ratio 6: 1, temperature 595 ° C and extrusion force 3500 tons.
Samtliga ämnesytor med undantag av hålet och den flytande dornen kan smörjas med ett vattenlösligt smörjmedel, som brännes på vid 70É°C under en timmes tid. Efter strängpress- ning renskäres båda ändarna av röret för avlägsnande av de tillsatta ändstyckena och innerytan honas för avlägsnande av eventuella ytrepor och för förbättrande av ytfinheten.All blanks with the exception of the hole and the liquid mandrel can be lubricated with a water-soluble lubricant, which is fired at 70 ° C for one hour. After extrusion, both ends of the pipe are trimmed to remove the added end pieces and the inner surface is honed to remove any surface scratches and to improve the surface finish.
Den slutliga reduktionen av kompositröret.till-ett rör med lämplig dimension till bränsleelementkapsling åstadkommes genom kallbearbetning i tre steg genom ett i och för sig välkänt stegvalsverk för rörreduktion med.värmebehandling och rengöring mellan stegen. Stegen vid en representativ reduk- tionsprocess anges i tabell l. nn» aoooazs-6 >m~OH Nw.Ofl mw.mH m@\m~ ww.a« MWBWEQHQ IZHZZH EE wßOO~O I mw0.0 ~ßw¥MflMmHHmmm m0Q MmHxUOfiuQflHm mN.NH Nm~NH ~m_o~ m.mm m.mm MMBNZGHQ IMWBBN .T Hæ.o Am Hfiflu mmpm n « _uo~w« .m:flHøamnwn@a»m> mcflH©cmnmnwEum> Anu ummcwm fiflntflhwflflfi >ß .ÜGHHNMWH QHÜM «æ_O uwmwummcoflvxdwwu wwwwufi n H .uoflmw _m=ficm@@Hw maflamumflm www uwmcmm H«.~ uwmøummcoflvxøøwu muwcm Q H .oofiww .mcflcmøwfio mcflnmflmflm mmm uwmswm mm.m uwmwummøofivxdumu mumußm Q H .ooßßw .maficmønfiw Aflmwmå umfiuflmsflmxonwmß umummmQHm>v .w:Hauuwu>mV mcflflmußflm mmm uwmcwm Nm.OH wflfiwhßh UGE mfinwm ZMBMDQOmm Umfim |BHmOmZOM WOW MWQMUOÜH OZHQQZ H QAWNÅH Åmav Amflv AHHV AOHV Am.The final reduction of the composite pipe to a pipe of suitable dimension for fuel element enclosure is achieved by cold working in three steps by a per se well-known step rolling mill for pipe reduction with heat treatment and cleaning between the steps. The steps of a representative reduction process are given in Table l. Nn »aoooazs-6> m ~ OH Nw.O fl mw.mH m @ \ m ~ ww.a« MWBWEQHQ IZHZZH EE wßOO ~ OI mw0.0 ~ ßw ¥ M fl MmHHmmm m0Q MmHxUO fi uQ fl Hm mN.NH Nm ~ NH ~ m_o ~ m.mm m.mm MMBNZGHQ IMWBBN .T Hæ.o Am H fifl u mmpm n «_uo ~ w« .m: fl Høamnwn @ a »m> mc fl H © cmnmnwEw> Anu m> Anu .ÜGHHNMWH QHÜM «æ_O uwmwummco al vxdwwu wwwwu f n H .uo al mw _m = f cm @@ Hw ma al Amum fl m www uwmcmm H '. ~ uwmøummco al vxøøwu muwcm QH .oo fi ww .mc al cmøw f o mc al nm al etc. m mmm uwmswm mm.m uwmwummøo fi vxdumu mumußm QH .ooßßw .ma fi cmon f w A fl mwmå um f u al ms al mxonwmß umummmQHm> v. w: Hauuwu> mV mc flfl must fl m mmm uwmcwm Nm.OH w flfi whßh UGE m fi nwm ZMBMDQOmm Um fi m | BHmOmZOM WOW MWQMUOÜH OZHQQZ H QAWNÅH Åmav Am fl v AHHV AHHV A.
Aæv .ßv Amy Amv fiwv Am.Aæv .ßv Amy Amv ß wv Am.
AN.AN.
AH.AH.
MZ OWBW 8000838-6 Reduktionsprocessen är konventionell med undantag för modifi- ul kationer enligt uppfinningen. Underlaget för dessa modifika- tioner och de fördelaktiga resultaten som erhålles med dessa diskuteras i det följande.MZ OWBW 8000838-6 The reduction process is conventional with the exception of modifications according to the invention. The basis for these modifications and the beneficial results obtained with them are discussed below.
Den kraftiga kallbearbetning som äger rum vid rörreduktions- stegen medför deformation av metallkristalliternas form och åstadkommer många kristalldefekter i kristalliterna. Kall- bearbetade metaller föreligger sålunda i ett relativt hög- energitillstånd som icke är termiskt stabilt. Vid glödgning av metaller användes värme för att ge metallens atomer rör- lighet och tillåta dessa att omfördela sig till en konfigura- tion med lägre energi, och denna glödgning är en funktion av både temperaturen och tiden varvid temperaturen är den mer känsliga parametern. I allmänhet väljes glödgningstemperatur och glödgningstid så att de är tillräckliga för att ge i huvudsak fullständig rekristallisering men otillräckliga för att tillåta alltför kraftig kristall- eller korntillväxt.The heavy cold working that takes place during the pipe reduction steps causes deformation of the shape of the metal crystallites and causes many crystal defects in the crystallites. Cold-worked metals are thus present in a relatively high energy state which is not thermally stable. In annealing of metals, heat is used to give the atoms of the metal mobility and allow them to redistribute to a lower energy configuration, and this annealing is a function of both temperature and time, with temperature being the more sensitive parameter. In general, annealing temperature and annealing time are selected so that they are sufficient to provide substantially complete recrystallization but insufficient to allow excessive crystal or grain growth.
För glödgningsstegen 5 och 8 vid reduktionsprocessen enligt tabell l väljes sålunda temperatur och tid så att i huvudsak fullständig rekristallisering av zirkoniumlegeringen i röret 21 erhålles.Thus, for the annealing steps 5 and 8 in the reduction process according to Table 1, the temperature and time are selected so that substantially complete recrystallization of the zirconium alloy in the tube 21 is obtained.
Den förhållandevis renare metallen i spärrskiktet 22 rekris- talliserar emellertid vid lägre temperatur och det visar sig att konventionella glödgningstemperaturer och glödgnings- tider som är lämpade för zirkoniumlegeringen, såsom vid stegen 5 och 8, orsakar korntillväxt i spärrskiktsmetallen i en grad som är olämplig i den färdiga produkten.However, the relatively purer metal in the barrier layer 22 recrystallizes at a lower temperature and it is found that conventional annealing temperatures and annealing times suitable for the zirconium alloy, such as in steps 5 and 8, cause grain growth in the barrier metal to a degree unsuitable in the barrier. finished product.
Enligt en aspekt av uppfinningen underkastas därför komposit- röret efter det slutliga reduktionssteget värmebehandling vid lägre temperatur såsom visas med steg l2.According to one aspect of the invention, therefore, the composite tube is subjected to heat treatment at a lower temperature after the final reduction step as shown in step 12.
Temperaturen och tiden vid värmebehandlingen vid steg l2 väljes därför så att zirkoniummetallen i spärrskiktet 22 eoooaza-6 ll blir i huvudsak helt rekristalliserad utan korntillväxt.The temperature and time of the heat treatment at step 12 are therefore chosen so that the zirconium metal in the barrier layer 22 eoooaza-611 is substantially completely recrystallized without grain growth.
Detta ger ett spärrskikt med finkornig likaxlig mikrostruktur med förbättrad hållfasthet och duktilitet, ökad beständighet mot spänningskorrosionssprickning och hög plastisk stabilitet.This provides a barrier layer with fine-grained uniaxial microstructure with improved strength and ductility, increased resistance to stress corrosion cracking and high plastic stability.
Temperaturen och tiden vid värmebehandlingssteget 12 väljes även för att ge fullständig spänningsutlösning men icke full- ständig rekristallisering av zirkoniumlegeringen i röret 21.The temperature and time at the heat treatment step 12 are also selected to provide complete stress release but not complete recrystallization of the zirconium alloy in the tube 21.
Detta medför den ytterligare fördelen att zirkoniumlegeringen bibehåller den långsträckta kornstruktur som âstadkommes genom reduktionsprocessen och har högre hâllfasthet vid hög töjningshastighet eller töjningsgrad men fortfarande befrias från inre spänningar.This has the additional advantage that the zirconium alloy maintains the elongated grain structure produced by the reduction process and has higher strength at high elongation rate or degree of elongation but is still released from internal stresses.
Lämpliga temperaturer och tider för glödgningsstegen 2, 5 och 8 ligger inom området från ca 538 till 704°C under ca l-15 timmars tid och företrädesvis under ca l-4 timmars tid.Suitable temperatures and times for annealing steps 2, 5 and 8 are in the range from about 538 to 704 ° C for about 1 to 15 hours and preferably for about 1 to 4 hours.
Lämpliga temperaturer och tider för värmebehandlingssteget l2 ligger inom intervall-en från ca 440 till 5lo°c under ca 1-4 timmars tid.Suitable temperatures and times for the heat treatment step 12 are in the range from about 440 to 5 ° C for about 1-4 hours.
Enligt en annan aspekt av uppfinningen kan om så önskas den kristallografiska texturen (dvs. graden av föredragen kris- tallografisk orientering) hos zirkoniummetallspärrskiktet förbättras genom mekanisk, komprimerande deformering av ytan.According to another aspect of the invention, if desired, the crystallographic texture (ie the degree of preferred crystallographic orientation) of the zirconium metal barrier layer can be improved by mechanical, compressive deformation of the surface.
Sålunda kan exempelvis före det slutliga värmebehandlings- steget 12 spärrskiktet kulblästras från enhetens insida så att komprimerande deformation av detta skikt åstadkommas utan väsentlig deformation av zirkoniumlegeringsröret.Thus, for example, prior to the final heat treatment step 12, the barrier layer may be ball blasted from the inside of the unit so that compressive deformation of this layer is accomplished without significant deformation of the zirconium alloy tube.
Sådan mekanisk behandling före den slutliga värmebehandlingen, visad såsom steg 10 i tabell l, ger förbättrad kristallogra- fisk struktur med baspolerna (0002) kraftigt inriktade i radiell riktning hos komposítkapslingsröret.Such mechanical treatment prior to the final heat treatment, shown as step 10 in Table 1, provides improved crystallographic structure with the base poles (0002) strongly aligned in the radial direction of the composite housing tube.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US4522579A | 1979-06-04 | 1979-06-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE8000838L SE8000838L (en) | 1980-12-05 |
SE436047B true SE436047B (en) | 1984-11-05 |
Family
ID=21936702
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE8000838A SE436047B (en) | 1979-06-04 | 1980-02-01 | THERMOMECHANICAL PROCEDURE FOR MANUFACTURING COMPOSITION COATING PIPES AND COMPOSITION COATING PIPES |
SE9402593A SE9402593D0 (en) | 1979-06-04 | 1994-07-28 | Thermomechanical treatment of composite enclosure for nuclear fuel elements |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9402593A SE9402593D0 (en) | 1979-06-04 | 1994-07-28 | Thermomechanical treatment of composite enclosure for nuclear fuel elements |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JPS6055036B2 (en) |
BE (1) | BE881341A (en) |
CA (1) | CA1139023A (en) |
CH (1) | CH644709A5 (en) |
DE (1) | DE3003610C2 (en) |
ES (2) | ES8207643A1 (en) |
FR (1) | FR2458876A1 (en) |
GB (1) | GB2050206B (en) |
IT (1) | IT1129692B (en) |
MX (1) | MX6773E (en) |
SE (2) | SE436047B (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE426890B (en) * | 1981-07-07 | 1983-02-14 | Asea Atom Ab | SET TO MANUFACTURE Capsules of Zirconium-Based Alloy for Fuel Rods for Nuclear Reactors |
SE426891B (en) * | 1981-07-07 | 1983-02-14 | Asea Atom Ab | SET TO MANUFACTURE Capsules of Zirconium-Based Alloy COMBUSTION RODS FOR NUCLEAR REACTORS |
EP0071193B1 (en) * | 1981-07-29 | 1988-06-01 | Hitachi, Ltd. | Process for producing zirconium-based alloy |
GB2104711B (en) * | 1981-08-24 | 1985-05-09 | Gen Electric | Nuclear fuel element and method of producing same |
IT1153911B (en) * | 1982-05-03 | 1987-01-21 | Gen Electric | ZIRCONIUM ALLOY BARRIER HAVING IMPROVED CORROSION RESISTANCE |
US4770847A (en) * | 1982-06-01 | 1988-09-13 | General Electric Company | Control of differential growth in nuclear reactor components by control of metallurgical conditions |
DE3248686A1 (en) * | 1982-12-30 | 1984-07-12 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | METHOD FOR PRODUCING A SUCTION TUBE FROM A ZIRCONIUM ALLOY FOR CORE REACTOR FUEL OF A CORE REACTOR FUEL ELEMENT |
JPS60165580A (en) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | 株式会社日立製作所 | Coated tube for reactor fuel and manufacture thereof |
FR2579122B1 (en) * | 1985-03-19 | 1989-06-30 | Cezus Co Europ Zirconium | PROCESS FOR PRODUCING COMPOSITE SHEATH TUBES FOR NUCLEAR FUEL AND PRODUCTS OBTAINED |
DE3522646A1 (en) * | 1985-06-25 | 1987-01-08 | Wiederaufarbeitung Von Kernbre | MOLDED BODY FROM BAD WELDABLE MATERIAL |
US5383228A (en) * | 1993-07-14 | 1995-01-17 | General Electric Company | Method for making fuel cladding having zirconium barrier layers and inner liners |
US5341407A (en) * | 1993-07-14 | 1994-08-23 | General Electric Company | Inner liners for fuel cladding having zirconium barriers layers |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3287111A (en) * | 1965-10-14 | 1966-11-22 | Harold H Klepfer | Zirconium base nuclear reactor alloy |
US3865635A (en) * | 1972-09-05 | 1975-02-11 | Sandvik Ab | Method of making tubes and similar products of a zirconium alloy |
FR2404898B2 (en) * | 1974-11-11 | 1986-05-02 | Gen Electric | COMPOSITE SHEATH FOR A NUCLEAR FUEL ELEMENT |
GB1525717A (en) * | 1974-11-11 | 1978-09-20 | Gen Electric | Nuclear fuel elements |
GB1528142A (en) * | 1974-11-11 | 1978-10-11 | Gen Electric | Nuclear fuel elements |
FR2334763A1 (en) * | 1975-12-12 | 1977-07-08 | Ugine Aciers | PROCESS FOR IMPROVING THE HOT RESISTANCE OF ZIRCONIUM AND ITS ALLOYS |
JPS5332298A (en) * | 1976-09-06 | 1978-03-27 | Toshiba Corp | Fuel element |
GB1569078A (en) * | 1977-09-30 | 1980-06-11 | Gen Electric | Nuclear fuel element |
-
1979
- 1979-11-09 CA CA000339612A patent/CA1139023A/en not_active Expired
-
1980
- 1980-01-02 GB GB8000027A patent/GB2050206B/en not_active Expired
- 1980-01-18 ES ES487846A patent/ES8207643A1/en not_active Expired
- 1980-01-25 BE BE0/199103A patent/BE881341A/en not_active IP Right Cessation
- 1980-01-25 CH CH62980A patent/CH644709A5/en not_active IP Right Cessation
- 1980-01-31 IT IT19592/80A patent/IT1129692B/en active
- 1980-02-01 SE SE8000838A patent/SE436047B/en not_active Application Discontinuation
- 1980-02-01 FR FR8002290A patent/FR2458876A1/en active Granted
- 1980-02-01 DE DE3003610A patent/DE3003610C2/en not_active Expired
- 1980-02-04 JP JP55011571A patent/JPS6055036B2/en not_active Expired
- 1980-02-04 MX MX808629U patent/MX6773E/en unknown
- 1980-08-12 ES ES494204A patent/ES494204A0/en active Granted
-
1987
- 1987-02-12 JP JP62028406A patent/JPS62272188A/en active Granted
-
1994
- 1994-07-28 SE SE9402593A patent/SE9402593D0/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3003610C2 (en) | 1986-07-10 |
ES487846A0 (en) | 1982-09-16 |
DE3003610A1 (en) | 1980-12-11 |
IT8019592A0 (en) | 1980-01-31 |
SE9402593D0 (en) | 1994-07-28 |
ES8301046A1 (en) | 1982-11-01 |
MX6773E (en) | 1986-07-08 |
JPS62272188A (en) | 1987-11-26 |
FR2458876B1 (en) | 1983-12-16 |
JPS6055036B2 (en) | 1985-12-03 |
ES8207643A1 (en) | 1982-09-16 |
FR2458876A1 (en) | 1981-01-02 |
JPS6313160B2 (en) | 1988-03-24 |
CA1139023A (en) | 1983-01-04 |
SE8000838L (en) | 1980-12-05 |
GB2050206A (en) | 1981-01-07 |
JPS55164396A (en) | 1980-12-22 |
CH644709A5 (en) | 1984-08-15 |
GB2050206B (en) | 1982-11-10 |
BE881341A (en) | 1980-05-16 |
ES494204A0 (en) | 1982-11-01 |
IT1129692B (en) | 1986-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4390497A (en) | Thermal-mechanical treatment of composite nuclear fuel element cladding | |
SE436047B (en) | THERMOMECHANICAL PROCEDURE FOR MANUFACTURING COMPOSITION COATING PIPES AND COMPOSITION COATING PIPES | |
US5383228A (en) | Method for making fuel cladding having zirconium barrier layers and inner liners | |
EP0674800B1 (en) | Manufacture of zirconium cladding tube with internal liner | |
CN107847994B (en) | Titanium composite material and titanium material for hot rolling | |
US4606778A (en) | Joining method | |
JP5275998B2 (en) | Method for producing and forming erbium-containing zirconium alloy, and structural member containing the alloy | |
US20210292871A1 (en) | Titanium composite material and titanium material for hot working | |
US5517540A (en) | Two-step process for bonding the elements of a three-layer cladding tube | |
US3634190A (en) | Annular composite members and processes for producing the same | |
US4502884A (en) | Method for producing fiber-shaped tantalum powder and the powder produced thereby | |
EP0047082B1 (en) | Method of production of cladding tube for nuclear fuel element | |
DE2550029A1 (en) | NUCLEAR FUEL ELEMENT | |
JPS63119927A (en) | Die for pilger device | |
CN113025857A (en) | Soluble magnesium alloy material for all-metal bridge plug rubber cylinder and preparation method thereof | |
JPS6361989A (en) | Manufacture of composite coated tube for nuclear fuel | |
JPS61250122A (en) | Production of metal body comprising amorphous alloy | |
Lambert et al. | Refractory metals and alloys | |
KR910007917B1 (en) | Process for the production of composition sheath tubes fornuclear fuel and the products | |
US2794241A (en) | Fabrication of intricate shapes from beryllium | |
Rosenbaum et al. | Nuclear fuel element cladding | |
Wyder | Warm hydroforming of iridium+ 0.3 wt% tungsten hemishells | |
Kemper et al. | Fabrication of Zircaloy-2 Clad Thorium-Uranium Alloy Fuel Elements | |
RU2267551C2 (en) | Method for manufacture of laminated material | |
Goldberg | Beryllium manufacturing processes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NAV | Patent application has lapsed |
Ref document number: 8000838-6 |