TW419526B - A zirconium-based alloy tube for a nuclear reactor fuel assembly and a process for producing such a tube - Google Patents

Description

A7 4 1952Θ ____ B7___ 五、發明說明（1 ) 本發明關於用於用於核子反應器燃料組裝的鉻基合金 管。此型之管特別可用於構建燃料棒覆蓋、以形成此覆蓋 之外部部份，或形成接收一控制群集的棒之導引管β {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此型之套管經常由通稱"鉻合金4〃所製成之合金所 構成，該合金除锆之外包含重量百分比1. 2%至 1. 7%的錫，0.18%之0. 24%的鐵，0. 07 %至0.13%的鉻及0.10%至0.16%的氧。目 前有數種合金由這些較早之合金所衍生出，特別是在其中 鉻被完全或被部份以釩所取代且/或其中氧成份超過該給 定值，而對應地減少某些其它外加元素之成份。 在用作一覆蓋之管所需的特定特性爲對高壓及髙溫之 水具有良好的抗蝕性，有限的長期性潛變，長期機械特性 之定性，有限的幅射膨脹以及降低對鋰的敏感性，此外， 這些特性必需爲可重複地獲得且該合金必需在不同的製造 階段中且有治金特性（特別是可滾軋性）以將退回率降至 一可接受值。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 锆合金對於幅射之表現構成一個在增加循環時間方面 的考慮上有利於核子反應器的操作條件之因素。這主要是 由於均勻腐蝕的所造成的。 本發明的一特別目的爲提供一種具有改良特性之管， 其當非常需要良好的潛變表現時可被用於再晶化狀態，或 可被用於治金應力釋除狀態中，其在嚴格的尺寸容許度下 之製作較便宜（特別是有關圓形誤差），且在一般化腐蝕 方面較佳》 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Α7 Β7 五、發明說明（2 ) 因此本案提供一種鉻基合金，包括重量百分率i %至 1. 7%的鍚，0. 55%至0. 8%的鐵，0. 20% 至0. 60%的鉻及釩中之至少一元素的總合量及 0. 10%至0. 18%的氧，而碳及矽成份被控制在每 百萬單元含50單元（50ppm)至200pm (特別 是 100 至 180ppm)及 50ppm 至 1 20ppm 之間，合金亦僅包含锆及無可避免的雜質》管在其最終狀 態根據所需要的特性而被應力釋除或再晶化。 釩大致爲Zr (Fe，V)2型式之細微沈積物，鉻 亦然，其爲Zr (Fe ，Cr)2型式之細微沈積物。 可超過3/1的高Fe (V+Cr)比率可進一步改 善在含鋰介質中之抗蝕性。一般規則中，此比率鄰近 2/1。一般傾向於僅使用鉻*或僅使用釩，而非兩者之 組合。 自以上之範圍中選出的精確成份係依據最重要之特性 而決定。通常*包含1. 3%錫，0. 60%鐵， 0. 25%釩或絡，0·14%氧，140ppm碳及 9 0 p pm矽之合金具有良好的協調性。 釩的存在減少所吸收之氫的碎片及改良對高溫高壓下 之水的抗蝕性，即使在局步沸騰的情況下。 若需要在反應器使用的初步階段中儘可能的減少潛變 ，則最好採用較高的錫，及/或碳，及/或氧成份。超過 1 〇 0 p pm的碳成份在潛變方面爲有利的，但若超過 2 〇 0 p pm，則輻射膨脹將變大。矽成份被a控制"以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —丨丨丨丨丨tr---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（3 ) 利用其對結構之規律效果及其對抗蝕性及有利影響° (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 高總量之be t a產生元素（Fe+V+Cr)有利 於對冶金結構之細化（亦即’減少其顆粒尺寸）’其爲良 好應力腐蝕抗性，輻射後之延性’機械特性’及加工成形 之因素。此總量一般至少爲〇. 70%。 本發明亦提供用以製造如上所述之類型的合金管之方 法，其依序包含：鑄造一鑄塊’將之鍛造爲一實心棒；在 該棒被加熱後將之浸水一般以感應方式使之成爲Α相；選 擇性地退火於6 4 0°C到7 6 0°C (較宜爲約7 3 0°C) 之範圍中以形成α相；將一切削粗胚拉成一管狀空殼；選 擇性地退火於6 4 0°C至7 6 0°C之範圍中（較宜爲約 6 5 0 °C)而形成α相；連續冷滾步驟以形成厚度減少之 管，其間在一插入氣體或在空中以溫度範圍6 4 0°C至 7 6 0之間進行中間退火，對於第一及第二步驟最好爲 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 3 0°C而後續步驟最好爲7 0 〇°C ;若需要一壓力釋除 結構則在插入空氣或在真空中以溫度範圍4 5 0°C至 5 0 0 °C最好（最好約爲4 8 5 t )中實施一最終再晶化 退火，若需要再晶化結構，則在5 6 5 °C至6 3 0 °C (最 好約爲5 8 0°C)之範團中實施。熱處理被設定以使熱處 理參數ΣΑ在1 〇-18至1 0_1β之範圍內，ΣΑ等於以小 時爲單位之丄_及Uexp (― 40000/Τ)之乘積’ 其中T爲凱氏溫度表示。 在淬火後的第一退火步驟於7 3 0 °C下被有利地執行 ，在抽胚後，第二退火步驟被7 0 0 °C下被有利地執行。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6 — A7 419526 _____B7____ 五、發明說明（4 ) (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 所製成的管不經歷任何進一步的改變其冶金結構之熱 處理，直到其被用作一覆蓋管或一導引管。但是，其可能 歷經進一步的表面處理然後被檢查。表面處理可能特別包 含鼓風淨化及氧化物膜移處然後沖淨。表面處理可藉利用 一輪進行磨光而被完成。其被以傳統的方法檢驗，或是以 視查法及/或是藉由利用超音波及/或漩渦電流而達成。 以下參照特定實施例的敘述對其它功能作進一步的說 明。 以下所示爲重要之成份： 成份 I I I I I I 錫 1 . 3 1 . 3 1 3 鐵 0 . 6 0 . 6 0 • 6 釩 0 . 3 0.25 0 鉻 0 0 0 2 5 氧 0 . 12 0.14 0 1 4 碳 14 0 14 0 1 4 0 矽 9 0 9 0 9 0 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 其它成份爲鉻及雜質。 起始合金係爲鑄塊之形式。藉由鍛造或滾軋被形成爲 一棒，且在被加熱至万相後，被以一經控制率浸以進入α 區，例如以每秒5 °C至每秒3 0°C之速率冷卻直到溫度降 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 4 1^52Θ A7 B7 。在浸水 相轉變爲 7 Ο Ο X 低於8 0 軋步驟以 各達一至 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（5 ) 至約8 Ο Οΐ以下爲止 度下進行退火以防止α 工並加熱至6 0 0 °C至 抽之粗胚，在經歷任何 受必要之次數的連續冷 在氬氣中進行中間退火 的ΣΑ。在實務上*實 直徑及厚度的實 最終退火步驟達 約5 8 0 °C下進 後，在低於8 00 °C之溫 召相。在將一管狀鋼胚加 之間後，抽胚被執行。被 o°c之退火之後，接著接 使其達到所要之厚度，並 三小時久，以產生一適當 次的滾軋步驟以產生傳統 行約兩 測試被實施於樣本 金與鉻合金-4型合金 施四至五 心覆蓋管。鈍氣中約4 8 5 °C之下實施一 一至三小時’或者若需要再結晶結構則在 小時。 上以比較本案之包含不同成份的合 一·般化腐触 測試被執行於一高壓蒸氣鍋中，水中及蒸氣中之再晶 化樣本上。其結果如表I所示 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 8 4 ^526 A7 _ B7 五、發明說明（6 ) 重釐增加△ P(mg/dm2) 水 蒸氣 35 0 〇C 40 0 °C 21 0天 30天 1. Zr 0.6 Fe; 0. 3V 29.2 26.4-38.5 2. Zr 0. 6 Fe ; 0. 3V ; 0. 5Sn 31 27. 5 3 - Z r 0.6 F e ; 0.3V ; 1. OSn 32.2 30.4 4. Zr 0.6 Fe; 0.3V ; 1. 5Sn 32 30.9 (本發明） 5 .錯合金-4 43.9-47.2 32 所得到之結果，特別是依煦本發明之合金4，顯示錫 成份自0至1 . 5 %之增加對於在水 及蒸氣中之一般化抗 蝕性並無影饗。 在鋰介質中之腐蝕及潛變抗力 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂--------•線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 關於錫成份對於鉻合金4型合金在包含氫氧化鋰的介 質中之抗蝕性之影響係在包含7 0 p pm，3 6 0 °C的鋰 之水中被研究。其結果如表II所示》 本紙張尺度適用中國國家標準忙NS)A4規格（210 * 297公釐） ^526i、發明說明（7 表 A7 B7 2 合金中之錫％ 重量增加△PCmg/dm2) 50天 100天 150天 1.5 48 78 112 1 · 3 51 85 148 0,5 35 72 740 在依照本發明的合金中可觀察到高錫成份（介於 1. 2%及1. 5%)對於在氫氧化鋰介質中的抗蝕性有 高度有利之影響。 高錫成份亦顯示對於比合金之潛變抗性有利•以下爲 —應力釋除合金在4 0 〇°C超過2 4 0小時，在1 3 0 之壓力 下 之 直 徑 潛變數值ί ^ Ρ： 錫成份 ( % ) ε ρ ( ! 1 . 5 ( 本 發 明 ) 1 . 5 1 . 3 ( 本 發 明 ) 2 0 . 5 4 . 2 ----— — I11III 1^^^ -------訂·！-----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 係 所得之結果顯示介於錫成份及潛變特性問之半線性關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） -10 -

Claims (1)

1. Λο2 5 〇> 4 id 4Λν >00108 ,'β^ρ Γ i S1 一爹 申請專利範I»· 一種構成核子反應器燃料組裝之覆蓋或導引管的 含重量百分率1. 〇 煩請委員明示δτ年7月一s所提之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 全部或部份的锆基合金管， %至1. 7%的錫，0. 5 0 . 20% 至 0. 60% 的 總量，0.10%至0.1 200ppm的碳及50ρ 餘成份僅爲鉻及無可避免的 2 .如申請專利範圍第 該合金被完全地再晶化.· 3 .如申請專利範圍第 該合金被處於完全應力釋除 4 .如申請專利範圍第 該合金包含大約1. 3%的 ◦ . 25的釩或鉻，◦. 1 及90ppm的砂。 5 .如申請專利範圍第 /V比率大約爲2/1 6 .如申請專利範圍第 /C r比率大約爲2/ 7 .如申請專利範圍第 鐵及机及鉻成份的總合超過 該合金包 5 %至0 選自鉻及釩中之至少一 8 %的氧 P m至1 雜質。 1項所述的锆基合金管，其中 1項所述的锆基合金管，其中 狀態。 1項所述 錫，0 · 4 %的氧 8 %的鐵 ，5 0 p p m 2 0 p p in 的 的鉻基合金管 6 0 %的鐵， ，1 4 0 p. p 元素的 至 矽，其 其中 的碳 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) P. 訂 線- F F 1項所述· 且合金實 1項所述 1且合金 1項所述 0.70 8. —種製造用以構成一覆蓋或 的锆基合金管，其中 際上不含鉻。 的锆基合金管，其中 實際上不含釩。 的锆基合金管，其中 導引管的全部或部份 的管的方法，包含以下是步驟： (a )鑄造一合金之鑄塊，該合金包含重量百分率 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 5 9 ^1 4 ABCD 六、申請專利範圍 1. ◦%至 1. 7% 的錫，0. 55% 至 0. 8% 的鐵， 0 . 20%至0. 60%的選自鉻及釩中之至少一元素的 總合量，0.10%至0,18%的氧，50ppm至 200ppm的破及50ppm至1 20ppm的政，其 餘之成份僅爲锆及無可避免的雜質； (b )將該鑄塊鍛造成一實心棒； (c )將該鋼胚軸向地穿孔並將該穿孔之鋼胚抽胚爲 一管狀粗胚； (e )執行連續冷胤步驟以形成厚度減少之管加上在 鈍氣或真空中於6 4 0 X至7 6 0°C的範圍中之溫度下的 中間熱處理；以及_ (f )在任氣中或真空下執行執行一最終退火步驟》 9.如申請專利範圍第8項中所述的方法，其中最終 退火步驟爲一執行於4 5 0 °C至5 0 0 1的範圍內的後壓 退火。 1 0 .如申請專利範圍第8項所述的方法，其中最終 退火步驟爲一執行於5 6 5 °C至6 3 0 °C的範圍內的再晶 化退火。 1 1 .如申請專利範圍第8項所述的方法，其中在步 驟（d )中的熱處理使ΣΑ介於1 〇_18及1 Ο—6之間。 12.如申請專利範圍第8項所述的方法，進一步在 步驟（b )之後包含一約在7 3 0 °C下之退火步驟以形成 α相。 1 3 .如申請專利範圍第12項所述的方法，進一步 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD f^52e 4 19526 六、申請專利範圍 在步驟（a )之後包含在6 0 0 °C至7 5 0°C的範圍中之 退火步驟以形成α相。 14.如申請專利範圍第13項所述的方法，其中第 二退火步驟被執行於6 5 0°C之下。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) stT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） 附件 申請曰期 85年 1月27日 案 埏 85101008 類 別 (以上各欄由本局填註） 85101008 號專利申請案

   |專利説明書 89年7月呈41S526

   A zirconium-based alloy tube for a nuclear reactor fuel assembly and a process for producing such a tube 修正本有無變更#'質内容是否准··.·' 煩請委員明示年 nr听提之 經濟部皙总叫是ί.7:κ工消赀合作社印製 發明 創作 人 名 住 '居所 姓 名 (名稱） 住、居所 (事務所） 代表 人 名 (1) 季恩—保羅♦馬登 Mardon, Jean-Paul (2) 全♦希文# Sevenat, Jean (3) 丹尼爾 * ΐ奎恃 Charquet, Daniel (1)法國 ¢2)法國 法國 (1)法國卡路爾六九三〇〇 ♦亞登蘭莎路二十七A 27 A rue Andre Lassagne, 69300 Caluire, France 0法國聖布利文拉賓貝帝大道十一號 11, avenue Bertie, 44250 Saint-Brevin-Les- Pins, Fran (3)法國尤金聖尤金研究中心 C/0 Cezus, Centre de Recherche d'Ugine, 73400 Ugine Cedex, France ce (1) 法瑪湯姆股份有限公司 Fraraatooe (2) 通用核能材料股份有限公司 Compagnie Generale des Matieres Nucleaires COGMA (1)法國 (1) {2)法國 (1) (21 法國*古桕瓦九二四Ο◦ *古浦勒廣場一號* 費阿德塔 Tour Fiat 1 Place de la Coupole Courbevoie 92400, France 法國•維力維拉古桕拉i=八一四O ♦保羅丹提 sis ^ σ,ΐί 爾，號 2 Rue Paul Dautier, 78140 Velizy Vi 1lacoublay, Franco 皮耶 * 夏隆頓 Charreton, Pierre 傑克斯♦多迪兒Dodelier, Jacques 本紙張尺度逍用ti]國家標準（CNS )八4規格.（公董） Λο2 5 〇> 4 id 4Λν >00108 ,'β^ρ Γ i S1 一爹 申請專利範I»· 一種構成核子反應器燃料組裝之覆蓋或導引管的 含重量百分率1. 〇 煩請委員明示δτ年7月一s所提之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 全部或部份的锆基合金管， %至1. 7%的錫，0. 5 0 . 20% 至 0. 60% 的 總量，0.10%至0.1 200ppm的碳及50ρ 餘成份僅爲鉻及無可避免的 2 .如申請專利範圍第 該合金被完全地再晶化.· 3 .如申請專利範圍第 該合金被處於完全應力釋除 4 .如申請專利範圍第 該合金包含大約1. 3%的 ◦ . 25的釩或鉻，◦. 1 及90ppm的砂。 5 .如申請專利範圍第 /V比率大約爲2/1 6 .如申請專利範圍第 /C r比率大約爲2/ 7 .如申請專利範圍第 鐵及机及鉻成份的總合超過 該合金包 5 %至0 選自鉻及釩中之至少一 8 %的氧 P m至1 雜質。 1項所述的锆基合金管，其中 1項所述的锆基合金管，其中 狀態。 1項所述 錫，0 · 4 %的氧 8 %的鐵 ，5 0 p p m 2 0 p p in 的 的鉻基合金管 6 0 %的鐵， ，1 4 0 p. p 元素的 至 矽，其 其中 的碳 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) P. 訂 線- F F 1項所述· 且合金實 1項所述 1且合金 1項所述 0.70 8. —種製造用以構成一覆蓋或 的锆基合金管，其中 際上不含鉻。 的锆基合金管，其中 實際上不含釩。 的锆基合金管，其中 導引管的全部或部份 的管的方法，包含以下是步驟： (a )鑄造一合金之鑄塊，該合金包含重量百分率 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11