SE502866C2 - Bränsleelement för tryckvattenreaktor vars ledrör är slutvärmebehandlade i två steg - Google Patents

Description

40 :Û . ' .

JUL OQO I) därför ledrörens växning bestämmande för vilken utbranníng ett bränsle element kan designas för.

Det är känt , enligt EP 296 972 , att värmebehandla kapslingsrör för PWR- bränsle för att minska korrosionen och även växningen i axiell led genom att som sista steg i tillverkningen upphetta kapslingsröret till en temperatur i intervallet 950 °C till 1250 °C och därefter snabbkyla röret, s k beta- släckning. Enligt patentskriften ska kapslingen vara av en zirkonium- legering, företrädesvis Zircaloy-4 och av en viss sammansättning inom specifikationen för den legeringen.

För bränsleelement avsedda för kokarvattenreaktorer , BWR, är det enligt den amerikanska patentskriften 4 770 847 känt att bränslestavar har snabbare tillväxt än vattenstavar. För att åstadkomma en likformig tillväxt hos bränslestavar och vattenstavar anges att ett bränslekapslingsrör med mindre benägenhet att växa kan tillverkas genom kallbearbeming i ett slutsteg för att erhålla lämplig dimension följt av värmebehandling vid omkring 538 - 705 °C i 1 till 15 timmar. Ett vattenrör med något högre benägenhet att växa tillverkas genom att efter kall bearbetning värmebehandla röret vid 440 - 510 °C i 1 till 4 timmar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning erhålls ettbränsleelement för en PWR, vilket kan nyttjas till högre utbränning änvad dagens teknik medger, genom att elementets ledrör kan göras mindre växningsbenägna och samtidigt korrosionsresistenta.

Detta kan åstadkommas enligt vad som anges i patentkraven .

Vid tillverkning av ledrör ska röret vid dimensionsmässigt sluttillstånd för huvuddelen av röret eller efter det att röret erhålligt samtliga önskade dimensioner beta-släckas genom att upphettas till en temperatur i betafas- området, exempelvis 950 till 1200 °C och därefter snabbt kylas. Efter beta- släckningsoperationen ska ytterligare minst en värmebehandling genom- föras genom att ledröret värmebehandlasi alfafastemperaturområdet, understigande ca 840 °C .

Beta-släckning av ledröret i slutdimension påverkar växningsegenskaperna på ett gynnsamt sätt , däremot kommer ledrörets korrosionsegenskaper att 40 3 5 0 2 8 6 6 försämras av en sådan värmebehandling. Enligt föreliggande uppfinning har det visat sig att det är möjligt att genom att beta-släcka ett ledrör i färdig eller med huvudelen av röret i färdig dimension och därefter värme- behandla röret i alfafasornrådet, så kan rörets korrosionsegenskaper väsentligt förbättras och en gynnsammare påverkan på växningsegen- skaperna erhållas. Värmebehandlingen kan för ett rör som beta-släckts då huvudelen av röret är i färdig dimension utföras antingen direkt efter beta- släckningen eller efter det att rörets samtliga önskade dimensioner är färdigställda. Den slutliga värmebehandlingen äger företrädesvis rum vid 600 till 800 °C .

Värmebehandlingen kan utföras på så' sätt att ledröret utsättes för en lång- sam temperaturstegring upp till önskad värmebehandlingstemperatur understigande 840 °C och företrädesvis till en temperatur i intervallet 600 till 800 °C. Röret kan också först värmebehandlas vid en lägre temperatur och sedan vid en något högre temperatur, varvid den lägre temperaturen kan understiga 600 °C och den högre vara i intervallet 600 till 840 °C.

Genom att genomföra värmebehandlingen medelst långsam temperatur- uppgång eller medelst stegvisa värmebehandlingar vid successivt högre temperatur kan en gynnsam .omfördelning av legeringselement mellan grundmassa och sekundärfaser ske.

En ytterligare fördel med föreliggande 'uppfinning är att. bränslestavarnas _, kapsling inte behöver värmebehandlas på ett likartat sätt, utan dessa kan tillverkas utan att beta-släckas i färdig eller nästan färdig dimension. Beta- släckning av en kapsling i färdig dimension är en komplicerad process och det _ är därför fördelaktigt att endast ett fåtal-rör i knippet kräver denna värmebehandling för att hela knippet ska erhålla gynnsamma växnings- egenskaper och att knippet därmed kan nyttjas för högre utbränning.

Ledrören framställs av en zirkoniumlegering. Exempel på zirkonium- legeringar är Zircaloy-2 eller Zirca1oy-4, vars sammansättningar är; Zircaloy-2 Sn 1.2 - 1.7 viktsprocent Fe 0.07 - 0.20 Cr t' 0.05 - 0.15 Ni 0.03 - 0.08 Si max. 120 ppm Zr rest. + föroreningar 'ZO - s 4 Zircaloy-4 Sn 1.2 - 1.7 viktsprocent Fe 0.18 - 0.24 Cr 0.07 - 0.13 " Zr rest . + föroreningar Andra lämpliga zirkoniumlegeringar för framställning av ledrör är en legering med zirkonium och 1-2.0 % Sn, 0.07-0.70 % Fe, 0.05-0.15 % Cr, 0.06- 0.40 % Ni, 0.015-0.20 % Nb, 0.09-0.16 % O eller en legering med zirkoniurn och 1-2.0 % Sn, 0.07-0.70 % Fe, 0.05-0.15 % Cr, 016-040 °/<> 0015-020 % Nb, 0.015-0.05 % Si, 0.09-0.16 % O. Även andra zirkonium-nioblegeríngar såsom Zr - 1.0 Nb, - 1.0 Sn, - 0.1 Fe eller andra zirkoniumlegeríngar är tillämpbara för användning enligt uppfinningen.

Exempel Figur 1 visar ett PWR- bränsleelement sett från sidan.

Figur 2 visar ett ledrör med två dimensioner i genornskärning.

I figur 1 visas ett 17 x 17 knippe. Topplattan 1, bottenplattan 2 och spridarna 3 bildar tillsammans med ledrören 4 en stomme i vilken bränslestavarna 5 är anordnade. Ledrören 4 är infästa 6 , 7 i topp- respektive bottenplattan 1, 2.

Stavarna 5 är anordnade så att deras längd är mindre än längden mellan topp- och bottenplattan. På så sätt kan stavarna växa en viss längd utan att de riskerar att böjas. Hela bränsleelementet är insatt i härden mellan en topp- och en bottenplåt ( ej visade i figuren ). Om växning av ledrören leder till att hela knippet förlängs så att topplattan går emot den övre topplåten så kan knippet skadas.

I figur 2 visas en genomskärning av ett ledrör 4 vars diameter har två dimensioner. Det kan även förekomma ledrör med fler olika diameter- dimensioner än två. Ledröret ska ge plats åt styrstavarna 8 och är vanligen utfört med tvâ eller flera diarnetrar för att underlätta styrstavens införande i patronen. t' Ledröret framställs på liknande sätt som kapslingsrör genom extrusion och ett antal kallvalsningssteg med mellanliggande värmebehandlingar.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 40 5 1 lf) Û G66 i..: xfï-J , l I färdig dimension eller då huvuddelen av röret är i färdig dimension, dvs innan neddragning och / eller utvidgning av del av ledrörets diameter, ska ledröret beta-släckas. Detta görs genom att värma röret till 950 till 1200 °C, exempelvis medelst högfrekvensuppvärmning och därefter snabbkyls röret med en kylningshastighet i området 50 till 200 °C/ sek. Efter beta-släckning ska röret värmebehandlas i alfafasområdet. Denna värmebehandling kan ske i intervallet 600 till 800 °C, exempelvis vid 700 °C i två timmar. PATENTKRAV Krav 1 Bränsleelement avsett för tryckvattenreaktor PWR innefattande topp- och bottenplatta (1, 2), spridare (3) och ledrör (4), vilka tillsammans bildar en stomme, och bränslestavar, innefattande kapsling fylld med cylindriska bränslekutsar, anordnade i stommen i ett i huvudsak kvadratiskt gitter, K Ä N N E T E C K N A T A V A T T ledrören (4), innan dessa monteras i stommen, är slutvärmebehandlade i två steg, varvid det första steget innefattar en beta-släckning utförd i färdig dimension eller då huvudelen av röret är i färdig dimension och ett andra steg innefattande värmebehand- ling i alfafastemperaturområdet, understigande 840 °C. Krav 2 Bränsleelement enligt krav 1, K Ä N N E T E C K N A T A V A T T värmebehandlíngen i alfafasornrådet är utförd på så sätt att temperatur- upp-gången till avsedd värmebehandlingstemperatur sker långsamt eller att värmebehandlingen är utförd vid först en lägre och sedan en högre temperatur. Krav 3 Bränsleelement enligt krav 1 eller 2, K Ä N N E T E C K N A T A V A T T värmebehandlingen i alfafasområdet är utförd vid 600 till 800 °C. Ut U] 10 15 20 N 01 :Ö o: Ü\ Ö\ Krav 4 Bränsleelement enligt krav 1, 2 eller 3, K Ä N N E T E C K N A T A V AT T elementets bränslestavar innefattar kapsling för vars färdigställande slutvärmebehandling endast är utförd i alfafasområdet. Krav 5 Metod för framställning av ledrör (4) för bränsleelement för tryckvatten- reaktor PWR innefattande ett antal kallvalsningssteg med mellanliggande värrnebehandlingar, slutvärmebehandling och färdigställande av ledrörets diametrar, K Ä N N E T E C K N A D A V A T T ledröret (4) slutvärme- behandlas i två steg, varvid ett första steg innefattar en beta-släckning utförd i färdig dimension eller då huvuddelen av röret är i färdig dimen- sion och ett andra steg innefattar värmebehandling i alfafastemperatur- området, understigande 840 °C. Krav 6 Metodenligtkrav 5, KÄNNETECKNAD AV ATT värme- behandlingen i alfafasområdet utförs på så sätt att temperaturuppgången till avsedd värmebehandlingstemperatur sker långsamt eller att värmebehand- lingen utförs vid först en lägre och sedan en högre temperatur. Krav 7 Metod enligt krav 5 eller 6, K Ä N N E T E C K N A D A V A T T värme- behandlingen i alfafasområdet utförs vid 600 till 800 °C.