TW199933B - - Google Patents

Description

V: |·!(； 199933 五、铎明説明（1 ) 本發明偽關於核反應器用結構構件，尤指使用於一核 反應器燃料組件之高腐蝕抵抗之結構構件。 核燃料組件用結構構件必須能夠在一非常惡劣的環境 下仍能使用。造些構件可能包括間隔物條及側板，結構 通道，水通道，水棒.導管及可能為配件及扣接装置。 例如，一間隔物條維持著複數配合入定位在一陣列之核 燃料組中之燃料棒。這些結構在一高放射性環境中必須 可雒持它們的強度及可抵抗在高溫下琛嬈燃料棒流動之 冷卻潮之腐蝕。因為這些結携與冷卻劑〔例如，水及/ 或蒸汽，有時連同添加劑（如，硼酸，氫氣化鋰，及其 他不純物）〕作連績之接觸，它們易於遭受到在高溫時 因氣化所生之嚴重腐蝕應力。溶解的氫可能出現在冷卻 劑内，因而可能滲透入構成結溝之合金内並與之反應。 經由脆化及/或由增加腐蝕的傾向終使材料強度變弱。 為減少放射性廢料之産生及增進效率，逐漸傾向於生 産有一較長燃耗壽命之燃料組件。為達致此傾向，要求 結構携件可在較長反匾器操作期間忍受駸酷之水溶液環 境。因此，要求在這些延長之期間内可保持它們結携及 腐蝕抵抗之待性。 為符合這些要求，通常以結合金形成 核燃料組件 之結構構件，然而，雖然某些種類之結合金具有高強度 ,但它們在水溶液環境中亦容易遛受高腐蝕率。其他有 較高腐蝕抵抗之結合金則可能不能符合機械強度的要求 裝· -?τ. .線- 經濟部中央標準局3工消費合作社印焚 冬紙張义度㊇屮中卜肀（CNS) Ή 1規恪（:U<) X X译） S1.9.LM),()00 199933 \-i ρ,γ. 經濟部中央標準局員工消费合作社印焚 五、铎明説明（2 ) ' d目前，這些構件通常由例如錯合金2或4製成。不銹 锎及英高錁合金亦有使用，但這些材料有一高中子捕獲 截而之不利點，因此，有害於組件高效率操作。 在美國專利案第4,7 5 1,044號中，掲示有一種核燃料 護套管，其有二環狀靥粘接在一起。一内靥由一誥基合 金製成而一外層由一鈦基材料製成。此鈦基材料隔離結 不受到核心冷卻劑之腐蝕環境。 在美國專利案第3 ,620,691號中，掲示有一燃料棒結 構，其有一高強度結内曆，在它的表面上有一層氣體擴 散阻擋材料，而一高耐蝕結層又包圍住此氣體阻播層。 其他種類之燃料棒結構掲示於美國專利第5,023,048 號，第 4,675,1 53號，第 4,863,679號，第 4,6 1 0,842號， 第4,963,316號及第4,735,768號。然而，燃料棒護套結 構需要應用到特定性質.因為它們係用來收容核燃料九 。故，燃料棒在内及外表面上經歴不同之環境，不能適 用如在一核反應器内之結構携件一樣之相同目的。 本發明之一目的為提供一種結構構件，其有增強的腐 蝕抵抗及高機械及潛變強度，而可適用於一核反應器中。 本發明另一目的為提供使用於一核燃料組件中之結構 構件，其可抵抗氳氣的趿收。 本發明造些及其他目的可Μ由提供一核燃料組件用之 結構構件而完成之，其中此結構構件包括一内層，甚由 一高強度及抗潛變之鍇基合金製成；及遮蓋内曆之外層 ^^-"'、冉塡寫本^、) .裝

-5 I 線. 本紙张儿/ί通用中网阀孓桴肀（CNS) V .1岘格丨X 297 乂、凌） 81.9.20,000 \丨； ΜΓ, 199933 五、發明説明（3 ) ,外靨由一附蝕及可阻播吸收氮氣之鉻基合金製成。 此内層及外層在它們的表面上治金地予以連鑲接合在 一起以確保在交界面之整體性。較佳地，這些層在製成 一結構構件前以钆壓地接合或擴散連接成一單一結構。 第1圖以斷面圖顯示本發明之一結構構件。 第2圖顯示本發明一複合板或片材。 -裝. 參照第1圖，一條帶1有一内層2及一外層3。此條 帶可使用於一核燃料組件之各棰結構構件，例如提供一 間隔物條以維持複數之核燃料棒組成成一陣列。因此， 由於它接近於核燃料棒及需要維持所構成之陣列在一相 等的極端情況下，此條帶必須有足夠的機械強度及足夠 的潛變性質。此外，此條帶必須在一熱水溶液情況下維 持這些性質以延長操作周期。因此，需要長期抵抗腐触 ,氫脆化及中子輻射。 線. 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 内靥可為一結基合金，如結合金2或4。如此之材料 可在樺準操作或葸外情況下提供足夠強度仍能使用。外 層較佳地由一結合金製成，此結合金舆結合金2或4比 較有較高之腐蝕柢抗及有增加之抵抗氫吸收。此種複合 層有容易成形製成一結構構件（例如一通道或間隔物條）之 益處。其亦能藉由焊接製成其他結構，不會明顯暴露内 層。蓋，腐蝕抵抗之锆層連鏞遮蓋高強度之内靥。為了 說明之目的，術語鉻及結合金包括小量雜質，此通常皆 有存在。 81.9.20,000 本紙张尺斤通用中(CNS) y 1現恪（2U) X 2丨)7 K诸） 199933 \(； 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 五、發明説明（4 ) 再參照第1圖，内層2由結合金2或4形成。結合金 2含有1.2〜1.7%重屋之錫，0.07〜0.2%鐵，0.05〜 0.15¾絡，0.03〜0.8%錁，0.07〜0.15%氣及平衡锆 及附帶之雜質。誥合金4含有1.2〜1.7%錫，0.18〜 0.24%鐵，0.7〜0.13%鉻，0.1〜0.16%氣及平衡錯及 附帶的雜質。其他適於當做内層的合金為錯合金，其含 有約0〜2 96錫，0〜1 0 %鈮，0〜 0 . 5 %戡，0〜0 . 2 %鉻 ,0〜0.2H錁，0.05〜0.2%氣，及少量雜質（此通常在 核级誥海綿會遇到）。在商用反應器级結海綿其正常範 圍内之雜質為鋁7 5 p p in或少於此，硼0 . 5 5 p p m或少於此 鎘0.5ppib或少於此，磺270ppm或少於此，鉻200ppb或少 於此，鈷20ppra或少於此，銅50 ppm或少於此，給lOOppm 或少於此，鐵1500ppm或少於此，氫 25ppb或少於此， 氧900ppn或少於此，鎂 20ρριπ或少於此，錳 50ρρπ或少 於此，組 50ppbi或少於此，錁 70ρρπ或少於此，氮65ppbi 或少於此，矽120ρρπ或少於此，錫 50ppm或少於此，鈦 50pph或少於此，銳lOOppm或少於此，鈾（總共）3.5ppm 或少於此，當然，具有所期望結構性質之其他錯基合金 亦可被利用。 條狀外層3由一腐蝕抵抗之誥合金形成。例如，可利 用約0.5%錫，0.4%鐵，平衡結及附帶雜質，或約0.8% 錫，0.2%鐵，0.1%絡，平衡誥及附帶雜質，或約0.5% 錫，0.2%鐵.0.1%絡.平衡鉻合金號及附帶雜質。其 . -6 - .裝. ,-°. .線. 本紙张尺度⑯用中内阀家作f- (CNS) r .1蜆格（2Ui X 2D7 w译） Η 1.9.000 199933 \li 經濟部中央標準局8工消费合作社印製 五、發明説明（5 ) 他可用合金包括一锆一-銳合金.例如結含有約0.5〜3% 銳或結合金含有約0〜3%鈮，0〜1.0%錫，0〜0.5%鐵 ,0〜0.3%鉻，0〜0.3%錁，0.05〜0.20%氣，及平衡 結及附帶雜質。 結合金，它們相似於結合金2或4的組成，但具有更 低之錫含量（低於約1%重量錫）為較佳者。因為它們在 一加®水反應器之環境中顯示有非常良好之腐蝕抵抗。 此良好之腐蝕抵抗亦可導致非常低的氫吸收水平。含有 權之合金亦為適用者。因為它們顯示有增加的組合單元 腐蝕抵抗此在水冷反應器中常會見到。 内層2,由鉻合金2或4 ,或且如上所示之其他組成 物製成，接合至由腐蝕抵抗合金製成之外層3。各種冶 金接合方法，例如軋壓，擠伸，墊壓.熥炸接合或擴散 接合皆可使用。兩板材沿著#們之界面連鑛地予以接合。 參照第2圖，板4傜將第一外片材5, —内Η材6及一 第二外片材7堆叠在一起而製成。然後，將堆叠之邊綠 焊接在一起，將兩外片材接合在一起以防止於接合期間 在兩層間的氣化。然後.此堆叠被加熱及在一習用之棍 札機上予以棍壓將Η材接合在一起成為一整體之結構板 或片材。 片材6相對於Η材5及7的厚度，例如分別為約80% 對10%對10%。總片材厚度約4〜25%可由每一外片材 分別提供（約50-92%之内片材提供平衡）。雖然兩外Η --------- ---------------裝------#------線 f:''ν''ι:ν,.·ϋ'".,/ :’-:^#,(!典塡寫本π)

Ml.9.20,000 199933 V; HC. 定 而 面 露 暴 依 及 此 如 為 不 可 亦 但 } 度 6 厚 明之 説等 明相 ·>4κ 7 為 五可 材 在卻 材冷 片 了 薄除 一 受 及遭 側將 一 側 之一 材的 Η件 間 _ 中構 於結 置如 可假 材 ， 片如 之例 厚 η 當上 相側 一 一 , 另 側的 此同 於相 置有 材 7 面及 的 5 厚材 當 Η 相外 1 ’ 則地 ，型 耗典 磨 。 之護 當保 相蝕 有腐 , 長 外延 嫌以 接 ， _ 上 條 物 〇 隔 子間 例的 的棒 金料 合燃 同數 不複 用之 愛件 偏組 有料 亦燃 ,一 而持 然支 C.為 分作 成用 組使 金當 合 為 約 度 厚 之 層 内 時 至 夠 足 供 提 便 以 吋 英 並蓋 上遮 本以 基予 層地 内續 AJ am ft" 。乎 力幾 械材 機片 之外 遇蓋 遭 。 能觸 可接 受液 承卻 以冷 度與 強出 構露 結暴 的不 因率 及蝕 ，腐 小部 常全 非之 積帶 面條 表 ， 之抗 液抵 卻独 冷腐 於的 露等 暴中 -少 緣至 邊有 的具 帶層 條内 在此 為 明 說 為 帶 條 隔 間 1 以 僅。中 鬱例 影施 的實 4 佳 最較 到之 受明 僅發 率本 收在 吸然 «;雖 及 中界 器業 應本 反對 核 ， 一 此 在因 用 〇 使得 ，製 解明 了發 可本 士依 人可 轻亦 技件 之構 界構 業結 本他 ，其 例種 範各 之 明 發 本 離 背 不 在 可 改 修 或 變 改 tit 種 各 » 0 言成 而完 士以 人予 術下 技圍 之範 ;亡^-項冉塡'!';本?!) —裝. 'IT. .線- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 8 S1.9.20,000

Claims (1)

1. 經濟部中央標苹局Κ工消費合作·ΐ印製 B7 C7^9993¾ —--- 六'中沿專利奸出 1. 一種核反_器燃料組件用結携構件.其包活，一内層 ,由一高強度锆合金構成；及外層，遮蓋著内層，此 外曆由一高腐蝕及氮吸收及滲透抵抗之結合金構成， 此内靥及外層沿著它們的接觸面冶金地予以連鑛接合 ,以産生一整體之結構構件。 2. 如申請專利範圍第1項之構件，其中内層為一錯合金 .其包含1.2〜1.7%重量錫，0.07〜0.2%鐵，0.05〜 0.15% 鉻，0.03 〜0.8% 錁.0.07 〜0.15% 氣， 0〜0.012%矽，及0〜0.027硪。 3. 如申請專利範圍第1項之構件，其中内層為一鍇合金 ,其包含1.2〜1.7%錫.0.18〜0.24%鐵，0.07〜 0,13% 絡，0.1 〜0.16% 氧，0〜0.012% 矽，及 0〜 0 . 0 2 7 硝。 4. 如申請專利範圍第1項之携件，其中内層為一錯合金 ，其含有約 0〜2%錫及0〜10%鈮。 5. 如申請專利範圍第1項之構件，其中外靥包含一錯合 金，其含有約0.1〜1.0%錫，〇·1〜0.5%鐵。 6. 如申諳專利範圍第1項之構件，其中内靥為一錯合金 ,含有約 0.1 〜1.0% 錫.〇.〇5〜0.5% 戡，0.02 〜0.2%絡。 7. 如申請專利範園第1項之構件，其中外層包含一結合 金，其含有約0.1〜1.0%錫，〇.〇5〜0.2%絡。 8. 如申謓專利範圍第1項之構件，其中外靥包含一錯合-9 -木紙诋尺度適川幻ΐ準（CNS) WU格⑵0x297公竑） 81. 4. 5,000 (1!) (:1'先閲^背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中夬瞟肀局R工消費合作柞印製 199933___ Π7六、申Μ兑il] 金，其含有約0,1〜1.0%錫，0·05〜0.5%鐵，0.01 〜0 · 2 0鍊. 9.如申請專利範圍第1項之構件.其中外層包含一誥合 金，其含有約0.1〜3.0%鈮。 t〇.如申請專利範圍第1項之構件，其中外層包含一結合 金，其含有約1.0〜3.096銳，0〜1%錫，〇〜0.5%鐵 ,0〜0.3%絡，0〜0.3錁。 11. 如申請專利範匾第1項之構件，其中内靥及外靥藉 由熱軋壓冶金地接著在一起。 12. 如申請專利範圍第1項之構件，其中内層為約50〜 92%構件之總層度。 13. 如申請專利範圍第1項之構件，其中内層為約80% 構件之總厚度。 14. 如申誚專利範國第1項之構件，其中内層及外靥由 選自軋壓，擠製，熱壓，爆發接合及擴散接合之方法 予以冶金地接合在一起。 15. 如申請專利範圍第1項之構件，其中外層為一結合金 ，含有少於約1%之錫。 (L叫先聞讀背面之注意事項再嗔窝本百 •訂· .味- -1 0 - 木紙诋尺度過川屮阀闲H平（CNS姒格（LMi)X2(J7公《 ) 81. 4. 5.000 (H)