JPH04148893A - 機械的強度および耐応力腐食割れ性に優れたジルコニウム合金被覆管の製造法 - Google Patents

機械的強度および耐応力腐食割れ性に優れたジルコニウム合金被覆管の製造法

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JPH04148893A
JPH04148893A JP2274622A JP27462290A JPH04148893A JP H04148893 A JPH04148893 A JP H04148893A JP 2274622 A JP2274622 A JP 2274622A JP 27462290 A JP27462290 A JP 27462290A JP H04148893 A JPH04148893 A JP H04148893A
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JP
Japan
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alloy
tube
mechanical strength
inner diameter
zirconium alloy
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Pending
Application number
JP2274622A
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English (en)
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Tomokazu Kikukawa
菊川 朋一
Yoshitaka Suda
須田 佳孝
Takeshi Isobe
毅 磯部
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、優れた機械的強度および耐応力腐食割れ性
を示す原子炉燃料用ジルコニウム(以下、Zrと記す)
合金被覆管の製造法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、原子炉燃料の被覆管としてZr合金被覆管が用
いられることはよく知られている。上記Zr合金被覆管
を製造するためのZr合金は、JIS規格のH4751
に規定されているジルカロイ2またはジルカロイ4が用
いられ、そのなかでも加圧水型原子炉の燃料用Z「合金
被覆管としては特にジルカロイ4が用いられている。
上記Zr合金被覆管は、押出し成形して得られた肉厚の
Zr合金素管をピルガ−圧延および再結晶焼鈍をそれぞ
れ1回または複数回繰返し施したのち、最終ピルガ−圧
延および歪取り焼鈍することにより製造され、」二記ピ
ルガー圧延は冷間圧延で行われ、上記再結晶焼鈍は真空
雰囲気中、温度530〜760°Cで行われ、最後の歪
取り焼鈍は430〜490°Cで行われる。
このようにして得られたZr合金被覆管には、原子炉燃
料ペレットが充填され、原子炉燃料集合体に組立てられ
、炉心に挿入されて使用される〔これらの点については
、社団法人1日本金属学会編「改訂5版 金属便覧」平
成2年3月31日。
丸善株式会社発行、812〜815参照〕。
最近、電力供給源として原子力発電の比重が高まるにつ
れて原子力発電の高効率化が求められ、原子炉燃料集合
体の炉内滞在時間の長期化、原子炉燃料の高燃焼度化、
および原子炉の負荷追従運転等が実施され、それに伴っ
て、原子炉燃料ペレットとZr合金被覆管との相互作用
による被覆管の応力腐食割れを起す可能性が高くなり、
長期にわたって続けて運転操業すると事故につながる恐
れがあるなとの問題が生してきた。
そのため原子炉燃料ペレットとZr合金被覆管との相互
作用による応力腐食割れを起すことのないZr合金被覆
管を開発すべくいろいろな研究か成されており、例えば
、米国特許第4,765,1.74号明細書には、Zr
合金素管をピルガ−圧延したのぢ再結晶焼鈍することに
よりZr合金被覆管を製造する工程において、Zr合金
管の直径を5〜12%拡管させたのち、約676.7℃
で再結晶焼鈍する工程を、上記ジルコニウム合金被覆管
を製造する工程の中間段階において少なくとも1回施す
ことにより耐応力1g食割れ性に優れたZr合金被覆管
を製造する方法が提案されてる。上記Zr合金管の直径
を拡管前の直径の5〜12%拡管させたのち、約876
.7℃で再結晶焼鈍する工程を施すことによりZr合金
管の稠密六方晶のC軸がZr合金素管の半径方向に平行
に揃い、耐応力腐食割れ性が向上するとされている。
ところが、稠密六方晶のC軸がZr合金管の半径方向に
交差している方がZr合金管の機械的強度は優れている
ために、上記Z r合金管の厚さ全体にわたって稠密六
方晶のC軸が半径方向に平行に揃ったZ「合金管は、耐
応力腐食割れ性は向上するけれども機械的強度は従来よ
りも低下するという問題が生じてきた。
そこで応力腐食割れ性および機械的強度が共に優れたZ
r合金管を製造する研究がなされ、Zr合金素管を中間
ピルガ−圧延したのち再結晶焼鈍する工程では下記のQ
値を2〜5に選んで内外径ともに同等割合いて軽減させ
、最終工程ではQ値を中間ピルガ−圧延時よりも小さい
値に選ぶとともに内径よりも外径を大きい割合いて軽減
させる方法を採用し、第3図に示されるような、稠密六
方晶のC軸かZr合金管内面部分では半径方向に平行に
揃うとともにZr合金管外面部分てはC軸がZr合金管
の半径方向に交差する集合組織を有するZr合金被覆管
を製造する方法も提案されてる(特開平1.−3907
11i号公報参照)。
Q−((t  −t) /l  ) / [td。
ただし、to :圧延前の管肉厚 t :圧延後の管肉厚 d)/do] do:圧延前の管平均径 d :圧延後の管平均径 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、」二記特開平1−390713号公報記載のZ
r合金被覆管の製造方法では、Zr合金管内面部分では
、稠密六方晶のC軸が半径方向に平行に揃い、同時にZ
r合金管外面部分ではC軸が半径方向に交差するような
組織を得ることは、ピルガ−圧延の制御方法が難しく、
困難であった。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を
行った結果、 Zr合金素管を、外径を変化させずに内径を拡大させる
加工を施したのぢ再結晶焼鈍する工程を少なくとも1回
施すことにより機械的強度および耐応力腐食割れ性に優
れたZr合金被覆管を得ることができるという知見を得
たのである。
この発明は、かかる知見に基づいて成されたものであっ
て、 Zr合金管をピルガ−圧延したのち再結晶焼鈍すること
によりZr合金被覆管を製造する工程において、外径を
変化させずに内径を拡大させる加工を施したのち再結晶
焼鈍する工程を少なくとも1回施す機械的強度および耐
応力腐食割れ性に優れたZr合金被覆管の製造法に特徴
を有するものである。
上記外径を変化させずに内径を拡大さぜる加工をZr合
金管に施すと、Zr合金管の内面は最も加工率か大きく
、半径方向の歪も最大となるため、稠密六方晶のC軸か
Zr合金管の半径方向に揃った集合組織となり、耐応力
腐食割れ性が向上する。
一方、Zr合金管の肉厚中央部および外面は加工率が小
さく、半径方向の歪も小さいため、稠密六方晶のC軸が
Zr合金管の半径方向に交差する集合組織となり、管全
体としての機械的強度が維持される。このようにして得
られたZr合金被覆管は、内面か耐応力腐食割れ性に優
れかつ管全体としては機械的強度に優れたZr合金被覆
管となり、機械的強度および耐応力腐食割れ性がともに
優れたZr合金被覆管を製造することができるのである
。上記内面の耐応力腐食割れ性に優れたZr合金被覆管
は、原子炉燃料ペレットを被覆するZr合金被覆管とし
て十分に使用することができる。
上記外径を変化させずに内径を拡大させる加工をZr合
金管に施す時のZr合金管の肉厚の減少率は、2〜10
%か好ましい。その理由は、Zr合金管の肉厚の減少率
が2%未満では十分な加工率が得られず、】0%を越え
ると外面まで加工率が向上し、Zr合金管の肉厚全体に
亘って稠密六方晶のC軸が半径方向に揃った集合組織と
なるために、、Zr合金管の機械的強度が得られないこ
とによるものである。
この発明の上記外径を変化させずに内径を拡大させる加
工を図面にもとづいて具体的に説明する。
第1図は、Zr合金素管にピルガ−圧延および再結晶焼
鈍を所定の回数繰返し施して得られたZ「合金管を、外
径を変化させずに内径を拡大させる加工装置にセットし
た状態を示す断面概略図である。あらかじめZr合金管
1の先端部をプラグ6か挿入できるように機械加工した
Zr合金管1を金型2に挿入し、先端部にプラグ6を挿
入したのち、引抜きロッド5をmMし、さらに、Zr合
金管]の先端部を中子4とチャック3で固定し、第1図
に示されるように、Zr合金管を加工装置にセットした
のち、第2図に示されるように引抜きロット5をA方向
に引張ると、Zr合金管の外径を変化させずに内径を拡
大させる加工を施すことができる。 この外径を変化さ
せずに内径を拡大させる加工は、Zr合金素管に1回ま
たは複数回施すことができる。また、Zr合金素管にピ
ルガ−圧延および再結晶焼鈍を所定の回数繰返し施す工
程と組合わせて適用してもよい。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的に説明する
外径:3.4インチ(l18.4mm) 、肉厚=0.
Bインチ(1,5,2mm)の寸法を有し、 Sn:1.5重量%、  Fe:0.2重量%、Cr:
O,1重量%、 を含有し、残りがZrおよび不i’i丁避不純物からな
る組成のZr合金押出し素管を用意した。
上記Zr合金押出し素管を、ピルガ−圧延したのち引続
いて真空雰囲気中、温度: 680’C52時間保持の
条件で再結晶焼鈍する工程を3面繰返すことにより、 外径: 1.25インチ(31,75mn+)、内径:
 0.85インチ(21,59龍)、の寸法を有するZ
r合金管を製造した。
このZr合金管に第1図および第2図に示されるような
外径を変化させずに内径を拡大させる加工を施し、第1
表に示される内径とし、内径増加率を計算して第1表に
示した。かかる内径増加率となるような外径を変化させ
ずに内径を拡大させる加工を施したZ「合金管を、さら
に真空雰囲気中、温度二680℃、2時間保持の再結晶
焼鈍を施した。
上記加工および再結晶焼鈍を施したZr合金管を、さら
にピルガ−圧延したのち引続いて真空雰囲気中、温度二
680℃、2時間保持の条件で再結晶焼鈍する工程を実
施したのち、最終ピルガ−圧延および真空雰囲気中、温
度+4.70’C12時間保持の歪取り焼鈍することに
より、外径、0.374インチ(9,5mm) 、肉厚
: 0.002インチ(0,57mm)の・」′法を有
する実施例1〜3および比較例1〜2のZr合金管を製
造した。
これらZr合金管を360℃に保持j7、腐食性ガスと
してヨウ素ガスを濃度:B、Omg/c♂となるように
充填し、さらにアルゴンガスにより内側がら応カニ 2
8.1kg/nuftで加圧した状態に保持し、破損に
至るまでの時間を測定する耐応力腐食割れ試験を実施し
、それらの測定結果をそれぞれ第1表に示した。
さらにZr合金管の機械的強度を評価するために、上記
Zr合金管に荷重をかけて押し潰し、zr合金管が偏重
化して亀裂が生じた時の高さ11を測定し、 偏甲率−(h。−h)/hoX100%、〔但し、ha
はZr合金管の外径+0.374インチ(9,5mm)
 ]を求め、それらの測定結果もそれぞれ第1表に示し
た。
第1表に示される結果から、実施例1〜3の製造方法で
作製されたZ「合金管は、機械的強度および耐応力腐食
割れ性が共に優れているに対し、この発明の条件から外
れた条件で作製された比較例1〜2のZr合金管(第1
表において、この発明の条件から外れた条件には、※印
を付して示した。)に比べて、機械的強度または耐応力
腐食割れ性のうちいずれかが劣ることがわかる。
〔発明の効果〕
」二連のように、この発明によると、最近の原子力発電
の効率化による原子炉燃料集合体の炉内滞在時間の長期
化、原子炉燃料の高燃焼度化、および原子炉の負荷追従
運転等に対して、応力腐食割れを起す恐れがなく、機械
的強度の優れたZr合金被覆管を簡単な製造方法により
低コストで提供することかでき、原子炉の運転コストも
下げることができるなどの産業上優れた効果を奏するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、Zr合金素管にピルガ−圧延お
よび再結晶焼鈍を所定の回数繰返し施して得られたZr
合金管を、外径を変化させずに内径を拡大させる加工装
置にセットした状態を示す断面概略図、 第3図は、稠密大方品のC軸かZr合金管内面部分では
半径方向に平行に揃うとともにZr合金管外面部分では
C軸がZr合金管の半径方向に交差する集合組織を有す
るZr合金被覆管の説明図である。 1:Zr合金管     2:金 型 3:チヤツク      4:中 子 5:引抜きロッド    6:プラグ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ジルコニウム合金管に、ピルガー圧延および再結
    晶焼鈍をそれぞれ1回または複数回繰返し施したのち、
    最終ピルガー圧延および歪取り焼鈍することによりジル
    コニウム合金被覆管を製造する工程において、 ジルコニウム合金管の外径を変化させずに内径を拡大さ
    せる加工を施す工程を少なくとも1回施すことを特徴と
    する機械的強度および耐応力腐食割れ性に優れたジルコ
    ニウム合金被覆管の製造法。
  2. (2)上記外径を変化させずに内径を拡大させる加工を
    施すことによる内径の増加率は、2〜10%であること
    を特徴とする請求項1記載の機械的強度および耐応力腐
    食割れ性に優れたジルコニウム合金被覆管の製造法。
JP2274622A 1990-10-12 1990-10-12 機械的強度および耐応力腐食割れ性に優れたジルコニウム合金被覆管の製造法 Pending JPH04148893A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009018347A (ja) * 1997-02-12 2009-01-29 Cie Europeenne Du Zirconium-Cezus 原子炉燃料アセンブリのガイドチューブの製造方法およびガイドチューブ成形用マンドレルならびに得られたガイドチューブ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009018347A (ja) * 1997-02-12 2009-01-29 Cie Europeenne Du Zirconium-Cezus 原子炉燃料アセンブリのガイドチューブの製造方法およびガイドチューブ成形用マンドレルならびに得られたガイドチューブ
JP2012058258A (ja) * 1997-02-12 2012-03-22 Cie Europeenne Du Zirconium-Cezus 原子炉燃料アセンブリのガイドチューブの製造方法およびガイドチューブ成形用マンドレルならびに得られたガイドチューブ

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