SE445689B - Sett att tillverka kapslingsror av zirkoniumbaslegering for brenslestavar till kernreaktorer - Google Patents

Description

isso24ee-1 vattnet under en längre tidsperiod än vad som tidigare varit normalt, vilket innebär en ökad risk för korrosionsskador. Det har därför varit ett önskemål att åstadkomma bättre korrosionsegen- skaper hos de använda legeringarna utan att detta medför föränd- ringar av de mekaniska egenskaperna.

Det är tidigare känt, bl a genom den amerikanska patentskriften 4 238 251, att man genom (n+3)-släckning eller genom B-släckning av ett färdigtillverkat rör av Zircaloy kan förbättra rörets beständig- het mot s k accelererad nodulär korrosion i vatten och ånga av högt tryck. Rör av Zircaloy med goda mekaniska egenskaper kan, såsom framgår av den amerikanska patentskriften 3 865 635, åstadkommas genom B-släckning av den extruderade produkten, innan denna under- kastas efterföljande kallvalsning till färdig dimension.

Den exakta orsaken till den förbättrade beständigheten mot accelere- rad nodulär korrosion som uppnås genom (a+B)-släckning eller genom B-släckning har ännu inte helt klarlagts. Det anses dock att för- bättringen är relaterad till storlek och fördelning av intermetal- liska föreningar i materialet. De intermetalliska föreningarna, s k sekundärfaser, utgöres av kemiska föreningar innehållande förutom zirkonium främst elementen järn, krom och nickel och de förekommer i form av partiklar. Dessa partiklar upplöses helt vid en tempera- tur av ca 820°C. Den vid (a+B)-släckning eller B-släckning åstad- komna upplösnings- och âterutskiljningsprocessen resulterar dels i en förfining av partiklarnas storlek, dels i en omfördelning från jämnt fördelade partiklar till partiklar utgörande stråk i materia- let. Dessa stråk är sammanhängande efter (d+B)-släckning, vilket bedöms vara den mest gynnsamma fördelningen,och osammanhängande efter 5-släckníng.

En (u+ß)-släckning eller en n~släckning av det färdiga kapslings- röret medför en sänkning av duktiliteten hos röret, vilket innebär en nackdel hos metoderna. En H-släckning av den extruderade produk- ten före kallvalsning till färdig dimension ger mindre försämringar av det färdiga rörets mekaniska egenskaper. En (Q+B)-släckníng eller en B-släckning på ett färdigtillverkat rör eller en B-släckning före det sista kallvalsningssteget ger dessutom en utbytesförsämring pga ökad kassatíon och vidare materialförluster pga att Û-släckning medför bildning av ett oxidskikt på rörets yta, som mäste avlägsnas. 83024-66-1 Den svenska patentansökningen 8104213-7 beskriver en metod att tillverka kapslingsrör för bränslestavar till kärnreaktorer, som har minst lika god resistens mot nodulär korrosion som de bästa tidigare kända kaplingsrören. I jämförelse med tidigare kända tillverkningsmetoder för kapslingsrör under användning av (d+5)~ eller S-släckning efter extrusionen erhålles vid användning av den i den nämnda svenska patentansökningen föreslagna metoden, som också innefattar en 5-släckning, en viss utbytesförbättring pga minskad kassation och vidare minskade materialförluster pga att bildade oxider kan avlägsnas pà mindre yta genom att 5-släckningen utföres i ett tidigare skede av tillverkningsprocessen.

En 5-släckning enligt den svenska patentansökan 81042l3~7 ger pga den höga temperaturen vid 5-släckningen kraftig oxidbildning och därmed relativt höga materialförluster trots att B-släckningen utföres på ett tidigare skede av tillverkningsprocessen. Vidare uppnås inte den mest gynnsamma fördelningen av små partiklar i ett mer eller mindre helt sammanhängande mönster.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att tillverka kapslingsrör för bränslestavar till kärnreaktorer, som har minst lika god resistens mot nodulär korrosion som de bästa tidigare kända kapslingsrören och samtidigt en bättre duktilitet än efter (d+ß)- eller B-släckning av det färdiga kapslingsröret. I jämförelse med tidigare kända tillverkningsmetoder för kapslingsrör under användning av (d+ß)-släckning eller 5-släckning efter extrn~ sionen erhålles vid användning av den föreliggande uppfinningen. som innefattar en (u+B)-släckning, en utbytesförbättring pga minskad kassation och vidare minskade materialförluster pga dels att bildade oxider kan avlägsnas på en mindre yta dels att ett tunnare oxidskikt bildas genom att (d+B)-släckningen utföres i ett tidigare skede av tillverkningsprocessen och vid lägre temperatur.

Uppfinningen avser ett sätt att tillverka ett kapslingsrör av zirkoniumbaslegering för bränslestavar till kärnreaktorer, varvid zirkoniumbaslegeringen extruderas och den extruderade produkten underkastas kallvalsningar och åtminstone en glödgning, mellan» glödgning, mellan två på varandra följande kallvalsningar och en m+B)-släckning före den sista kallvalsningen, kännetecknat därav, att (@+B)-släckningen utföres före en kallvalsning, efter vilken isso24ee-1 åtminstone en mellanglödgning utföres vid en temperatur av 500-675°C. Den föredragna temperaturen för mellanglödgningen ligger vid 550-eoo°c.

Extrusionen kan utföras vid godtycklig temperatur i Q-fasomràdet.

Efter sista kallvalsningen underkastas den extruderade produkten en slutglödgning vid en temperatur av 400-675°C, företrädesvis av 400-61o°c. (q+3)-släckningen på den extruderade produkten utföres genom att produkten värmes upp till en temperatur i (@+3)-fasomràdet, lämpli- gen till en temperatur av 800-l0l0°C och företrädesvis till en temperatur av 825-975°C och därefter snabbkyles till en tempera- tur i a~fasområdet. Kylningen från den använda temperaturen i (d+ß)-fasomràdet till temperaturen 80000 sker därvid lämpligen med en hastighet av 20-400°C/sekund och kylningen från 800OC till SOOOC eller därunder, lämpligen med en hastighet av mer än SCC/minut.

Vid tillverkning av kapslingsrör enligt den föreliggande uppfin- ningen har det visat sig, att sekundärfaspartiklarnas storlek i det färdiga kapslingsröret, liksom fallet är då (d+B)-släckning av färdig produkt eller 6-släckning av färdig produkt eller extruderad produkt före kallvalsning användes, är avsevärt mindre än vid konventionell tillverkning. Sekundärfaspartiklarna ligger dock i motsats till vad fallet är efter släckning vid tidigare kända metoder fördelade i ett sammanhängande vid kallvalsningen utdraget mönster. Det är tänkbart att det är den enligt den föreliggande upp- finningen uppnàdda minimala storleken hos sekundärfaspartiklarna tillsammans med den sammanhängande utdragna fördelningen av dem som ger den gynnsamma kombinationen av god resistens mot nodulär korro- 'sion och goda mekaniska egenskaper.

Zirkoniumbaslegeringen utgöres företrädesvis_av en zirkonium- 'tennlegering, t ex de under handelsnamnen Zircaloy 2 och Zircaloy 4 _.-,......._.-.. _.. . l V, kända legeringarna, vilkas innehåll av legeringsämnen ligger inom gränserna 1.2-1.7 % för tenn, 0.07-0.24 $ för järn, 0.05-0.15 % för krom och 0-0.08 % för nickel, rest zírkonium och eventuellt före- kommande föroreningar av vanligt slag, där angivna procent likS0m 83132466-1 angivna procent i ansökningen i övrigt avser viktprocent.

Zircaloy 2 innehåller 1.2-1.7 % tenn, 0.07-0.20 % järn, 0.05-0.15 % krom och 0.03~0.08 % nickel. Zircaloy 4 innehåller l.2-1.7 % tenn, 0.18-0.24 % järn, 0.07-0.13 % krom och ingen nickel.

Zirkoniumbaslegeringen underkastas företrädesvis en Brsläckning före extrusionen, dvs den värmes upp till en temperatur i B-fasomrádet och snabbkyles till en temperatur i a-fasomràdet. Det är dock möjligt att använda zirkoniumbaslegeringen utan att den underkastas B-släckning. S-släckning före extrusionen utföres genom att legeringen uppvärmes till en temperatur av lämpligen 950-1250°C och företrädesvis 1000~1150°C och snabbkyles till en temperatur i u-fasområdet. Kylningen från den använda temperaturen i B-fasområdet till temperaturen 80000 sker därvid lämpligen med en hastighet av 1-50°C/sekund och kylningen frán BOOOC till 500°C eller därunder, lämpligen med en hastighet av mer än SOC/minut.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexempel.

Ett göt av Zircaloy 2 smides till en stäng med en dimension av 150~200 mm. Stàngen underkastas B-släckning genom uppvärmning till en temperatur av JOSOOC under 15 minuter och kylning till rums- temperatur med en hastighet av 5-l0°C/sekund. Av stången till- verkas extrusionsämnen. Dessa extruderas vid en temperatur av 700-740OC, dvs i Q-fasområdet. Den extruderade produkten under- kastas därefter tre kallvalsningar, varigenom rörets slutliga ytterdiameter blir 12.3 mm. Mellan den första och andra valsningen underkastas den extruderade produkten en (n+ß)-släckning genom att den värmes upp till 900°C under nägra sekunder'maien amuingcænsama anordnad högfrekvensslinga, varefter den genom vattenbesprutning kyles med en hastighet av 200°C/sekund till rumstemperatur.

Mellan den andra och sista valsningen glödgas den extruderade produkten vid en temperatur av 565oC. Efter sista kallvalsningen slutglödgas röret vid en temperatur av 565°C. Såväl mellanglödg- ningar som slutglödgning kan utföras i evakuerad ugn. I det färdiga röret har sekundärfaspartiklarna en storlek, som i huvudsak ligger. i intervallet 0.05-0.4/um och en medelpartikelstorlek av omkring 0.15/um. I ett kapslingsrör, som tillverkats på konventionellt 83132466-“1 sätt och som inte underkastats släckning i färdigtillverkat skick eller tidigare i extruderat skick har sekundärpartiklarna en stor- lek, som i huvudsak ligger i intervallet 0.1-0.6/um och en medel- partikelstorlek av omkring 0.3/um.

Vid korrosionsprov, som visat sig väl simulera betingelserna vid reaktordrift, uppvisar kapslingsrör tillverkade enligt den förelig- gande uppfinningen en viktökning, som endast är en bråkdel av den som uppnås vid konventionell tillverkning utan användning av 3-släckning efter extrusionen och ungefär lika stor som den som uppnås vid tillverkning med användning av (q+5)- eller B-släckning efter extrusionen, 50-100 mg/dmz enligt uppfinningen respektive 350-4000 mg/dmz vid konventionell tillverkning utan användning av B-släckning. Duktiliteten hos ett kapslingsrör tillverkat enligt uppfinningen är bättre än hos rör som underkastats (u+5)- eller -släckning i färdigtillverkat tillstånd och hos rör som underkastats B-släckning närmast före sista kallvalsningen.

Ovan nämnda korrosionsprov utföres i autoklav med vattenånga vid ett tryck av 10 MPa och en temperatur av 500°C. Viktökningen är ett mått på den korrosion som röret àsamkats.

Claims (5)

8382466-1 223293511!

1. Sätt att tillverka kapslingsrör av zirkoniumlegering för bränslestavar till kärnreaktorer, varvid zirkonium- legeringen extruderas och den extruderade produkten under- kastas kallvalsningar och åtminstone en glödgning, mellan- glödgning, mellan tvá pá varandra följande kallvalsningar och en (0(+/Q)-släckning, vid en temperatur av 800-l010°C och företrädesvis vid en temperatur av 825-97500, före den sista kallvalsningen, k ä n n e t e c k n a t därav, att QX +/3)-släckningen utföres före en kallvalsning, efter vilken àtminstone en mellanglödgning utföres vid en tempe- ratur av 5oo~675°c.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellanglödgningen utföres vid en temperatur av 550-OOOOC.

3. Sätt enligt nagot av kraven 1 och 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att zirkoniumbaslegeringen inne- haller 1.2 - 1.7 viktprocent tenn, 0.07 - 0.24 viktprocent järn, 0.05 - 0.15 viktprocent krom och 0 - 0.08 viktprocent nickel, rest zirkonium och eventuellt förekommande förore- ningar av vanligt slag.

4. Sätt enligt nagot av kraven l - 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att den vid extruderingen använda zirkonlum- baslegerjngen är /3-släckt.

5. Satt enligt nagot av kraven 1 - 4, k a n n e t e c k- n a t därav, att daiextruderade produkten underkastas en slutglödgning vid en temperatur av 400-675oC efter sista kallvalsningen;