TW214568B - - Google Patents

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214568 A6 B6 五、發明説明（) {請先閱讀背面之注意事項再溪寫本頁) 太琎明之背备 本發明係醑於用於輕水核反應器（LWR)核心结構元件及 燃料護套之合金。詳细言之，本發明係闞於含第二相釩析 出物之锆合金，其在中子曝》及高溫曝露下圼安定性。更 詳细言之，本發明係W於含安定第二相釩析出物之结合金 ，其含錫量低於習用之皓合金並含各種其他之合金元素。 本合金設計在高冷卻溫度及排出燃耗率下起作用且可提供 合格之耐潛變強度，中子截面*抗蝕性，g吸收及可加工 性。 生前枋g銳明 锆合金可用於燃料桿護套及核反應器燃料姐结構元件（ 例如導管或套管，柵條•儀器管等等）》因其具有低中子 截面·對高壓/髙溫蒸氣及水之優抗蝕性，及優拥械強度 與可加工性。皓合金*特別是通稱為结合金一 2及輅合金 一 4者，亦已用於LWR核心因其等具較小之熱中子捕獲截 面。”锆合金” （"Zircaloy”）係结一錫合金之通稱。例 如雉合金玉4含0.18至0.24重量分率（奴《)之锇，0.07至 0.13 wtX路 * 氧範園由 1000至 1600 pPm， 1.2 至1.7 vtX 錫，而其餘為培。 為增加反應器核心之抗鋏性，美國専利4,649,023號之 部分教示建議在锆合金中加入0.5至2.0 wtX鈮，至多 1.5 wtX錫及至多0.25 wtX第三合金元素，因其可產生小 於約800 A均勻分敗之细析出物微観结構。第三合金元素 甲 4(210X2971'潘) 21456B a6 _B6_ 五、發明议明（） 之成分如锇，輅，鉬，釩，鋦，鍊及鎢。 美國專利5,023,048號說明之含護套管燃料桿，具有由 不同结合金组成之内管餍及外表層。該内管靥係由習用之 锆合金如雎合金一4製成。該外表曆係由含0.35至0.65 .wU 錫· 〇 . 2 至 0 . 65 wtS!箱，0 . 09至 0 . 16 wt*氧及 0.35至 0.6 5 w t S!鈮或0 . 2 5至0 . 3 5 w t 釩之皓合金製成。 核工業之最近趨勢移向更高之冷卻溫度Μ增加熱效率及 更高之燃料排出燃耗率以增加燃料利用性。更高之冷卻溫 度及更高之排出燃耗率二者均易使習用结合金中之第二相 粒子溶解*因而降低此等材料之射潛變性。此外該條件下 亦增加内反應器腐蝕及氲吸收。而當錫含量降至足以改良 此等應用上之抗蝕性時，不幸此等材料之酎漘變性卻因失 去固溶硬化而更形降低。 因此·本技藝之老問題仍在發展一具優酎潛變強度之鍤 合金•同時該合金可提供良抗蝕性及低中子吸收，低氩吸 收與優可加工性。 太琎明ϋ里 因此*本發明之一目的在提供含釩析出物之结合金，其 在中子曝®及高溫曝Κ下呈安定性。 本發明之另一目的所提供之輅合金*其含錫量低於習用 之结合金。 本發明之另一目的為提供具改良耐潛變性之結合金，其 同時仍維持合理程度之低中子截面，抗蝕性*低氫吸收及 甲 4(2·1〇Χ 297公沒） {請先閲讀背面之注意事項再填"本百) •装. •打· •線· 214568 A6 __B6 五、發明说明（） (請先聞讀背而之注意事頊再琪寫本页) 優可加工性。 本發明之另一目的所提供之结合金•其所含之釩（V)範 圍由可测量K至1.0 wt!K ，其中上下限皆為典型值；鈮 (Nb)範圃由可測量K至l.OwtX ，其中上下限皆為典型 值；銻（Sb)範画由可測ftM至0.2 wtX ，其中上下限皆為 典型值；碲（Te)範圍由可測量Μ至0.2 wtX ，其中上下限 皆為典型值；錫(Sn)範圍由可測量以至0.5 vtX *其中上 下限皆為典型值；搛（Fe)範圃由0.2至0.5 vtX ，典型為 0.35 wtX;路（Cr)範团由 0.1 至 0.4 wtX * 典型為 0.25 wU;矽（Si)範臞由50至200 ppb ·其中上下限皆為典型 值；氧（0)範_由可測量Μ至2200 PP··其中上下限皆為 典型值；而其餘為锆（Zr)。 筘住aw窨淪俐夕銳明 本發明所根據之理論為因釩箱解度有限*將以ZrV2析出 且該析出物可提供優耐潛變性，抗粗化•具低氫吸收且在 中子通率及高燃耗率下呈安定性。此外，根據可得之潛變 數據⑴，％論上含許多合金元素（包括固溶型及安定之第 二相粒子）之複雑合金，與籣單合金相較時應具優酎潛變 性。壤用各種特定量合金元素之理由列於下文，而根據本 發明具雅實施例合金之姐成則示於表1中。 因此，本發明之結合金所包括之釩（V)範圃由可測量K 至l.OwtJK ·其中上下限皆為典型值；鈮（Hb)範圔由可 測量Μ至l.OvitX ，其中上下限皆為典型值；銻（Sb)範画 甲 4(210X 297公沒） A6 B6 214568 五、發明说明（） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 由可測量以至0.2 wtJS ，其中上下限皆為典型值；碲 (Te)範圍由可測量K至0.2 wtS!，其中上下限皆為典型值 :錫（Sn)範圍由可測董以至〇.5 wU ，其中上下限皆為典 型值；鐵（Fe)範圍由0.2.至0.5 \rt!K ，典型為0.35 wtX; 絡（Cr)範圍由0,1至0.4 wtS!，典型為0.25 wtX;矽 (Si)範圃由別至200 ppn ，其中上下限皆為典型值；氧 (0)範画由可測量K至2200 ppb*其中上下限皆為典型值 ;而其餘為锆（Z r )。 加入之釩，範園由可测量至1.0 wt!K ，為一合金元素可 降低氫吸收⑵。此外，由於锆及釩之密度彼此極接近，析 出之ZrV2將使第二相粒子黏结而不易粗化或溶解。最後， 皓一锇二元合金中加入之釩高達0.4 wtX時，菜已顯示所 得之抗牲性優於皓合金一4⑶。 •訂· 加入之鈮，範園由可澜JS至1.0 wtS!，可改良抗蝕性⑷ *照射後延性⑸，降低氫吸收⑸並增加新合金之耐潛變性 ⑹。濃度高於0.5 wtX時，/3 —鈮將析出，加Μ中子照射 可能造成更多之析出⑺。鈮亦穩定照射後差排结構，同時 生成鈮一ft輻射缺陷複體。 •線· 加入之銻及碲*範圔由可测ftK至0.2wtX ·可降低合 金之氫吸收⑻。因銻及碲二者之密度*極為接近锆*故若 第二相粒子析出時將不易粗化。 業已發現錐合金一4中錫含量降至低於1.2 wU下限時 可改良其抗蝕性⑼。然而就錫含量對400 ¾上锆合金熱潛 變之影響有《之機械性質數據趨勢指出錫含量降低會降低 甲 4(210X 297乂潘） A6 B6 214568 五、發明说明（） ί請先《讀背面之注意事項再溪穽本页·) 锆合金之耐潛變性（10)。使用可測量K至0.5 wtx特定範 圍之錫量埔要加入其他合金元素K防止此下降作用。 輅合金一2及嫌之合金於360T水及400t：蒸氣二者中 之抗蝕性視撖含量而定（11)。含0.45 wtX鏺時於360t水 中觀察到最佳抗蝕性，含0.25 wtX嫌則在400*0蒸氣中観 察到最佳抗蝕性。因此加入之鐵量，範園由0.2至0.5 t ΪΚ 。為於蒸氣及水二環境中均達良抗蝕性，可遺用較佳 之中間值0. 35 WtS!锇於本發明之新合金中。 加入之鉻，範圍由0.1至0.4 wtX *而典型為0.25 wt«可使新合金之抗蝕性達最佳。 加入之矽，範圃由5〇至200 ppm ·為一合金元素可降低 合金之氫吸收並減少抗蝕性阐合金加工歷程之改變而改變 Ο 加入之氧•範圃由可澜量以至2220 ρρ·，為一固溶硬化 •打· 合金7Π素。 如前所述，由於锆具優良之中子截面，抗»性，機械強 度及可加工性而為一合宜之母體材料。 因此，|用特定之姐成，本掲示文所述之本發明新合金 可獲致安定之第二相粒子，提供優射潛變性，同時仍嬝持 低中子截面，良抗蝕性•低氳吸收及優可加工性。B知之 睹合金曝於水反應器環境中對第二相粒子將造成照射損害 。此會降低照射後合金之射潛變性。此外，藉減少錫置K 改良抗蝕性時•同樣會使W潛變性下降。根據本發明所提 議之新結合金，含最进量之釩，鈮，銻，碲，雄•絡，矽 甲 4 (210X297 S 沒) A6 B6 214568 五、發明説明（） (請先聞讀背面之注意事項再填"本頁) ，氧及錫，可克服此等問趙。 金者v it

⑴格利高里（Grigoriev, V.Μ.)，尼古利纳 (Nikulina, A.V·)及桕瑙格（Peregud, Μ.Η.) * "LWR 燃料護套用之Zr-Hb基合金之發展”論文發表於供水反應 器瓌携用之锆基合金基本腐觖方面之IAEA技術委貝會會議 •波特蘭，俄勒岡，九月11— 15日，19 89年。 ⑵帕芬諾 （Parfenov, B.G.) *葛拉西莫 (G e r a s i η 〇 v , V . V .)及威尼第托瓦（V e n e d i k t 〇 v a， G . I .)，糖及IS合金之腐蝕，以色列版科技譯本，耶路擞 冷，119頁（1969年）。 •打. ⑶査桂（Charquet· D.)，格羅氏（Gros, J.P.)及瓦 第耳 （Wadier, J.F.)， ”抗蝕性輅合金之發展” LVR燃 料件能圃睢ANS — RNS鳶黷舍_縵,亞威農•法國，四月21 一 24 日，1991年，第 1 卷· 143— 152頁。 ⑷艾索貝 （Isobe, T.)及馬特蘇 （Matsuo, Y.) ·高抗 蝕性锆基g金之發展”核τ罂用之雎 > 第九届繭換封詮舍 •綠· ，ASTHSTP 1132 > 尤肯(C . M . Eucken)及加代（A . Μ. Garde)繾*美國材料試驗學會，费城· 1991年，346 — 367 頁。 ⑸加代，美圃專利4,879,093號，”延性鞴射雎合金” ，發布日11月7日，1989年。 ⑹虎奇氏（Fuchs, H.P.)，加札羅利（Garzdrolli, 8 甲 4(210X 297公发) 214568 A6 B6 五、發明说明（） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) F,)，威丁格（Weidinger, H.G.)，巴得萁（Bodaer, R.P.)，梅耳（Meier G.)貝氐（Besch, 0·Α.)及里斯得 (Lisdat, R. ) · ”先進西門子PWR燃料用之護套及結構材 料之發展" ，焦點，，I.WR慊料袢砝圃晤AHS—RNS惠顆會 議錄，亞威農，法國，四月21 — 24日· 1991年，第2卷， 682— 690 頁。 ⑺俄本尼 （Urbanic, V.F.)及吉耳伯特 （Gilbert, R.W.)， ”微觀结構對Zr>-2.5Nb合金腐蝕之影響”論文發 表於供水反應器環境用之锆基合金基本腐蝕方面之IAEA技 術委員會會議，波特蘭*俄勒岡*九月11 — 15日19 89年。 ⑻加代，美國專利5,080,861號· ”對廣燃耗率具優抗 蝕性之锆合金”發布日1月w日，1992年。 ⑼尤肯，费丹（Finden, P.T.) *特拉柏一卜里斯金 (Trapp-Pritsching, S.)及威丁格，"化學组成於熱壓試 驗中對锆基合金均勻腐蝕之影響"核工業用之IS第八屆圃 ASTM STP 1023，凡史溫（L.F.P. Van Swam) ，及尤角美園材料試驗學會，费城，198 9年113 — 127 頁。 ⑽麥英帝耳（Mclnteer, W.A.)，貝地（Baty, D.L.K 及史丹（Stein, K.O.)，"錫含量對锆合金一4熱潛變之 影響”枋T輋宙之鹆，第ABB3際討諭會，ASTH STP 1023，凡史溫及尤肯编；美國材料試驗學會，费城》 1989年 621— 640頁。 甲 4(210X297 公潘) A6 B6 214568 五、發明说明（） 〇1)史考特（Scott, D.B.)* ”含不同锇量結合金一2腐 蝕行為之注釋* ”锆摘記，VAPD-2H-24，11頁（1960年） m_L_ 结合金之較侔里《奮嘸俐 _IS_it (請先《讀背面之注意事項再填穹本頁) 釩， vt% 可 測 量Μ 至 1 . 0¾ 可 測 量 至 1. 0% 鈮， w t !K 可 測 量Κ 至 1 . 0¾ 可 測 量 Μ 至 1 . 0% 銻， vt% 可 .测 量以 至 0. 2% 可 測 量 以 至 0 . 2% 碎， vt% 可 測 量Κ 至 0 . 2% 可 測 量 Μ 至 0 . 2% 錫， vt% 可 測 量Μ 至 0 . 5% 可 測 置 Μ 至 0 . 5% 撖， wt !K 0. 2至 0. 5« 0. 35X 路， wt龙 -a.0 . 1 至 0.4* 0 . 25* 矽， ppa 50 -20〇pp η 50 ~ 2 0 0 p p 醒 氧， ppm 可 測 量Μ 至 2200ppa 可 測 量 Μ 至 2200ppm .訂. •緣· -10 - 甲 4(210X297X^1)

Claims (1)

1. 六、申請專利苑® —1 種 用 於 輕 水 核 心 结 構 元件 及燃料 護 套 之 m 合 金 9 其 包 含 之 姐 成 如 下 釩 範 圍 由 可 測 里 以 至 1.0 鈮 範 圍 由 可 測 量 Μ μ 1.0 V t X ； 銻 範 圍 由 可 測 量 Κ 至 0.2 w t % ； 碲 範 圍 由 可 測 量 Μ 至 0.2 wtS!； 錫 範 圃 由 可 測 量 Μ 至 0.5 v t X ； 鐵 範 圍 由 0 . 2至0 .5 W tx ； 絡 範 圍 由 0. 1至0 • 4 V t% ； 矽 範 圍 由 50 -200 Ρ Ρ η > 氧 範 圍 由 可 測 量 Μ 至 2200 ppsi； 及 锆 *上述姐成之其餘量。 根 據 Φ 請 專 利 範 圍 第 1 項之 合金， 其 中 所 述 之 絡 濃 度 為 約 0 25 V t% 〇 根 據 串 請 專 利 範 画 第 1 項之 合金， 其 中 所 述 之 截 濃 度 為 約 0.35 vt^。 {請先閑讀背面之注意事項再滇宵本百) 經濟部中央標準局印裝 甲 4(210X297·^'尨） 1A 1