JPS6151626B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6151626B2 JPS6151626B2 JP57116328A JP11632882A JPS6151626B2 JP S6151626 B2 JPS6151626 B2 JP S6151626B2 JP 57116328 A JP57116328 A JP 57116328A JP 11632882 A JP11632882 A JP 11632882A JP S6151626 B2 JPS6151626 B2 JP S6151626B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- zirconium
- quenching
- manufacturing
- cold rolling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は原子炉の燃料棒のためのジルコニウム
基合金製のクラツド管の製造方法に係る。
基合金製のクラツド管の製造方法に係る。
原子炉の燃料棒のためのクラツド管としては普
通ジルカロイなる名称で知られたジルコニウム基
合金の肉薄の管が使用されている。これらの合金
には錫、鉄、ニツケルなどの如き合金材料が含ま
れている。ジルカロイの場合、α相は790℃以下
で安定しβ相は950℃以上で安定し、これに対し
二相領域即ちαプラスβ相領域は790℃と950℃と
の間において発生する。α相ではジルコニウム原
子は六方稠密格子状に配置され、β相では体心立
方格子状に配列されている。腐食特性改善などの
ような所望の特性を得るためのジルカロイのいわ
ゆるβ急冷時には、材料はβ相域の温度に加熱さ
れ且つ次にα相域における温度に急冷される。
通ジルカロイなる名称で知られたジルコニウム基
合金の肉薄の管が使用されている。これらの合金
には錫、鉄、ニツケルなどの如き合金材料が含ま
れている。ジルカロイの場合、α相は790℃以下
で安定しβ相は950℃以上で安定し、これに対し
二相領域即ちαプラスβ相領域は790℃と950℃と
の間において発生する。α相ではジルコニウム原
子は六方稠密格子状に配置され、β相では体心立
方格子状に配列されている。腐食特性改善などの
ような所望の特性を得るためのジルカロイのいわ
ゆるβ急冷時には、材料はβ相域の温度に加熱さ
れ且つ次にα相域における温度に急冷される。
従来ジルカロイのクラツド管の製造に当つて
は、インゴツトをロツドに鍛造した後β急冷を実
施する。ロツドを押出しビレツトへ製造した後、
ビレツトは680℃の温度でα相域状態に押出しさ
れその後この押出し品は数段階にわたる冷間圧延
を受け、引続く冷間圧延工程の間で引続く冷間圧
延を可能ならしめるよう625°−700℃で焼鈍即ち
中間焼鈍を施す。夫々の中間焼鈍後の押出し品の
冷却は焼鈍温度のすぐ下の温度範囲でかついかな
る冷却剤も使用せずに毎分最大３℃の割合で比較
的ゆるやかに行われる。最後の冷間圧延工程の後
で最終焼鈍を施し所望特性を材料に付与する。こ
の最終焼鈍は400°から700℃の温度で実施され
る。
は、インゴツトをロツドに鍛造した後β急冷を実
施する。ロツドを押出しビレツトへ製造した後、
ビレツトは680℃の温度でα相域状態に押出しさ
れその後この押出し品は数段階にわたる冷間圧延
を受け、引続く冷間圧延工程の間で引続く冷間圧
延を可能ならしめるよう625°−700℃で焼鈍即ち
中間焼鈍を施す。夫々の中間焼鈍後の押出し品の
冷却は焼鈍温度のすぐ下の温度範囲でかついかな
る冷却剤も使用せずに毎分最大３℃の割合で比較
的ゆるやかに行われる。最後の冷間圧延工程の後
で最終焼鈍を施し所望特性を材料に付与する。こ
の最終焼鈍は400°から700℃の温度で実施され
る。
従来採用された条件の下でジルカロイから製造
した管は一般に原子炉に適用される運転条件で腐
食に対する十分な抵抗をもつものと立証されてい
る。しかしながら、情勢の発展は燃料組立体の作
動時間が更に長びくことにある。従つて、クラツ
ド材料は従来より長時間にわたり腐食性の水にさ
らされその結果腐食損傷の危険が増大する。従つ
て、この機械的特性の好ましからざる変化をとも
なうことなしに使用合金により良好な腐食特性を
得るのが望ましいことである。
した管は一般に原子炉に適用される運転条件で腐
食に対する十分な抵抗をもつものと立証されてい
る。しかしながら、情勢の発展は燃料組立体の作
動時間が更に長びくことにある。従つて、クラツ
ド材料は従来より長時間にわたり腐食性の水にさ
らされその結果腐食損傷の危険が増大する。従つ
て、この機械的特性の好ましからざる変化をとも
なうことなしに使用合金により良好な腐食特性を
得るのが望ましいことである。
特に米国特許明細書第4238251号より既に知ら
れている如くジルカロイの仕上がり管をβ急冷す
ることによりいわゆる水中および高圧蒸気におけ
るいわゆる加速ノジユラー腐食に対する管の抵抗
性を改善することができる。米国特許明細書第
3865635号より明らかなように、押出し品を最終
冷間圧延工程にかける前にβ急冷を施すことによ
り良好な機械的特性を有するジルカロイの管を得
ることができる。
れている如くジルカロイの仕上がり管をβ急冷す
ることによりいわゆる水中および高圧蒸気におけ
るいわゆる加速ノジユラー腐食に対する管の抵抗
性を改善することができる。米国特許明細書第
3865635号より明らかなように、押出し品を最終
冷間圧延工程にかける前にβ急冷を施すことによ
り良好な機械的特性を有するジルカロイの管を得
ることができる。
β急冷により加速ノジユラー腐食に対する抵抗
の向上が達成される正確な理由については末だ完
全には確定されてはいない。しかし、改良点は材
料における金属間化合物の寸法ならびにその分布
に係るものと考えられる。金属間化合物いわゆる
第二相はジルコニウム以外に主として鉄、クロー
ム、ニツケルの諸成分を含有する化合物より成り
粒状の形態を呈する。β急冷により達成される溶
解ならびに析出により、粒子サイズが減少し均等
に分布した粒からβ相変態時に形成されるα粒の
結晶粒界における配列を構成する粒子への再分布
が得られる。
の向上が達成される正確な理由については末だ完
全には確定されてはいない。しかし、改良点は材
料における金属間化合物の寸法ならびにその分布
に係るものと考えられる。金属間化合物いわゆる
第二相はジルコニウム以外に主として鉄、クロー
ム、ニツケルの諸成分を含有する化合物より成り
粒状の形態を呈する。β急冷により達成される溶
解ならびに析出により、粒子サイズが減少し均等
に分布した粒からβ相変態時に形成されるα粒の
結晶粒界における配列を構成する粒子への再分布
が得られる。
仕上がりクラツド管のβ急冷は、管の延性を減
少させ、これにより上記従来製造方法には欠点が
ある。押出し品をその最終寸法にする冷間圧延前
にβ急冷することにより仕上がり管の機械的特性
の劣化が減少する。しかしながら、β急冷はそれ
が仕上がり管に行われようが或は最終冷間圧延工
程の前に行われようがスクラツプ量の増大と更に
管表面に除去せねばならぬ酸化物層が形成される
ことにより生産高が低下することになる。
少させ、これにより上記従来製造方法には欠点が
ある。押出し品をその最終寸法にする冷間圧延前
にβ急冷することにより仕上がり管の機械的特性
の劣化が減少する。しかしながら、β急冷はそれ
が仕上がり管に行われようが或は最終冷間圧延工
程の前に行われようがスクラツプ量の増大と更に
管表面に除去せねばならぬ酸化物層が形成される
ことにより生産高が低下することになる。
本発明によれば、少くとも従来知られた最良の
クラツド管の程度の良好なノジユラー腐食に対す
る抵抗ならびにかかるクラツド管より良好な延性
を有する原子炉のための燃料棒のためのクラツド
管を製造できることが立証されている。押出し後
β急冷を使用する従来知られたクラツド管の製造
方法に比較して、同様にβ急冷を用いる（即ち押
出し後にβ急冷をする）本発明では製造工程の初
期段階にβ急冷を実施することにより、より小さ
な表面上で形成酸化物の除去が可能なのでスクラ
ツプの減少更に材料ロスの減少により生産高が向
上することになる。
クラツド管の程度の良好なノジユラー腐食に対す
る抵抗ならびにかかるクラツド管より良好な延性
を有する原子炉のための燃料棒のためのクラツド
管を製造できることが立証されている。押出し後
β急冷を使用する従来知られたクラツド管の製造
方法に比較して、同様にβ急冷を用いる（即ち押
出し後にβ急冷をする）本発明では製造工程の初
期段階にβ急冷を実施することにより、より小さ
な表面上で形成酸化物の除去が可能なのでスクラ
ツプの減少更に材料ロスの減少により生産高が向
上することになる。
本発明は、原子炉の燃料棒のためのジルコニウ
ム基合金のクラツド管の製造方法にして、ジルコ
ニウム基合金が押出しされ、その押出し品が冷間
圧延と少くとも１つの焼鈍即ち２つの連続する冷
間圧延の間における中間焼鈍と最終冷間圧延より
も前の段階でのβ急冷とを受ける方法において、
β急冷が冷間圧延の初期に実施され、その後少く
とも１つの中間焼鈍が500−610℃の温度で行われ
ることを特徴とし中間焼鈍のための好適温度は
500−610℃特に好適には550−600℃である。換言
すればβ急冷は、最終冷間圧延を含めて少なくと
も２つの冷間圧延の前に実施される。
ム基合金のクラツド管の製造方法にして、ジルコ
ニウム基合金が押出しされ、その押出し品が冷間
圧延と少くとも１つの焼鈍即ち２つの連続する冷
間圧延の間における中間焼鈍と最終冷間圧延より
も前の段階でのβ急冷とを受ける方法において、
β急冷が冷間圧延の初期に実施され、その後少く
とも１つの中間焼鈍が500−610℃の温度で行われ
ることを特徴とし中間焼鈍のための好適温度は
500−610℃特に好適には550−600℃である。換言
すればβ急冷は、最終冷間圧延を含めて少なくと
も２つの冷間圧延の前に実施される。
押出しはα相域で任意の温度で行われる。
最後の冷間圧延の後押出し品は400−675℃好適
には400−610℃最も好適には550−600℃の温度で
最終焼鈍を受ける。
には400−610℃最も好適には550−600℃の温度で
最終焼鈍を受ける。
押出し品のβ急冷はβ相域の温度即ち適当には
950−1250℃好適には1000−1150℃の温度に加熱
しその後α相域における温度に急冷することによ
り実施される。次にβ相域で使用した温度から
790℃の温度に適当に冷却が毎秒20−400℃の割合
で行われ、790℃から500℃又はそれ以下の温度に
毎分５℃以上の割合で冷却が行われる。
950−1250℃好適には1000−1150℃の温度に加熱
しその後α相域における温度に急冷することによ
り実施される。次にβ相域で使用した温度から
790℃の温度に適当に冷却が毎秒20−400℃の割合
で行われ、790℃から500℃又はそれ以下の温度に
毎分５℃以上の割合で冷却が行われる。
本発明のクラツド管の製造に当り、仕上がり管
の第二相粒子のサイズはβ急冷を使用した場合の
如く、押出し後β急冷をともなわない従来のクラ
ツド管製造の場合のサイズよりかなり小さい点が
判明している。しかしながら、従来法でのβ急冷
後の場合とは反対に第二相粒子は材料中に均等に
分布されている。ノジユラー腐食に対する良好な
抵抗力と良好な機械的特性との好適な組合せを与
えるものは本発明により達せられる第二相粒が小
さいことならびにその均等な分布であり得る。
の第二相粒子のサイズはβ急冷を使用した場合の
如く、押出し後β急冷をともなわない従来のクラ
ツド管製造の場合のサイズよりかなり小さい点が
判明している。しかしながら、従来法でのβ急冷
後の場合とは反対に第二相粒子は材料中に均等に
分布されている。ノジユラー腐食に対する良好な
抵抗力と良好な機械的特性との好適な組合せを与
えるものは本発明により達せられる第二相粒が小
さいことならびにその均等な分布であり得る。
ジルコニウム基合金は好適にはジルコニウム錫
合金であり、例えば商品名ジルカロイ２およびジ
ルカロイ４として知られた合金であり、この合金
成分含有量は錫で1.2−1.7％、鉄で、0.07−0.24
％、クロームで0.05−0.15％、ニツケルで０−
0.080％の範囲内にあり、残りはジルコニウムな
らびに通常の現存する不純物であり、その％は本
文記載の他の％と同様重量％で記載されている。
ジルカロイ２は1.2−1.7％の錫、0.07−0.20％の
鉄、0.05−0.15％のクロムおよび0.03−0.08％の
ニツケルを含有している。ジルカロイ４は1.2−
1.7％の錫、0.18−0.24％の鉄、0.07−0.13％のク
ロムを含み、ニツケルは含まない。
合金であり、例えば商品名ジルカロイ２およびジ
ルカロイ４として知られた合金であり、この合金
成分含有量は錫で1.2−1.7％、鉄で、0.07−0.24
％、クロームで0.05−0.15％、ニツケルで０−
0.080％の範囲内にあり、残りはジルコニウムな
らびに通常の現存する不純物であり、その％は本
文記載の他の％と同様重量％で記載されている。
ジルカロイ２は1.2−1.7％の錫、0.07−0.20％の
鉄、0.05−0.15％のクロムおよび0.03−0.08％の
ニツケルを含有している。ジルカロイ４は1.2−
1.7％の錫、0.18−0.24％の鉄、0.07−0.13％のク
ロムを含み、ニツケルは含まない。
ジルコニウム基合金は好適には、押出し前にβ
急冷処理を受ける即ちβ相領域における温度に加
熱しα相領域における温度に急冷する。しかしな
がら、ジルコニウム基合金をβ急冷処理を施さず
に使用することが可能である。押出し前のβ急冷
は合金を適当には950−1250℃好適には1000−
1150℃の温度に熱しα相領域の温度に急冷するこ
とにより行われる。β相領域の使用温度から750
℃の温度へのこの冷却は毎秒１−50℃の割合で行
われ、790℃から500℃又はそれ以下の温度への冷
却は毎分５℃より大きな割合で好適に行われる。
急冷処理を受ける即ちβ相領域における温度に加
熱しα相領域における温度に急冷する。しかしな
がら、ジルコニウム基合金をβ急冷処理を施さず
に使用することが可能である。押出し前のβ急冷
は合金を適当には950−1250℃好適には1000−
1150℃の温度に熱しα相領域の温度に急冷するこ
とにより行われる。β相領域の使用温度から750
℃の温度へのこの冷却は毎秒１−50℃の割合で行
われ、790℃から500℃又はそれ以下の温度への冷
却は毎分５℃より大きな割合で好適に行われる。
次に本発明をその実施例をあげて詳述する。
ジルカロイ２のインゴツトを直径150−200mmの
ロツドに鍛造する。このロツド片を1050℃の温度
で15分間加熱し毎秒５−10℃の割合で室温に冷却
することによりβ急冷処理する。押出しビレツト
をロツドから作る。これらのビレツトは700−740
℃即ちα相域の温度で押出しされる。その後押出
し品には３段階の冷間圧延工程を施しそれにより
管の最終外径は12.3mmとなる。第１と第２の圧延
の間において、押出し品のまわりに配置された高
周波コイルを使用し数秒間この押出し品を1050℃
までに加熱しβ急冷を施した。その後押出し品は
200℃／秒の割合で水噴射により室温に冷却され
た。第２と最後の圧延の間で押出し品は１時間に
わたり575℃の温度に焼鈍される。夫々の中間焼
鈍後押出し品は焼鈍温度即ち700℃から650℃の温
度範囲における冷却速度が毎分10℃になるようヘ
リウムを満たした炉内で冷却される。最後の冷間
圧延後管は565℃の温度で最終的に焼鈍される。
中間焼鈍と最終焼鈍の両方は真空炉内で行われ
る。仕上がり管において、第二相粒子はほぼ0.01
−0.2μｍの範囲のサイズと約0.1μｍの平均粒子
サイズをもつ、在来の方法で製造され仕上がり状
態又は押出し状態の初期においてβ急冷を受けな
かつたクラツド管においては、第二相粒子はほぼ
0.1−0.6μｍの範囲のサイズと約0.3μｍの平均粒
子サイズをもつ。
ロツドに鍛造する。このロツド片を1050℃の温度
で15分間加熱し毎秒５−10℃の割合で室温に冷却
することによりβ急冷処理する。押出しビレツト
をロツドから作る。これらのビレツトは700−740
℃即ちα相域の温度で押出しされる。その後押出
し品には３段階の冷間圧延工程を施しそれにより
管の最終外径は12.3mmとなる。第１と第２の圧延
の間において、押出し品のまわりに配置された高
周波コイルを使用し数秒間この押出し品を1050℃
までに加熱しβ急冷を施した。その後押出し品は
200℃／秒の割合で水噴射により室温に冷却され
た。第２と最後の圧延の間で押出し品は１時間に
わたり575℃の温度に焼鈍される。夫々の中間焼
鈍後押出し品は焼鈍温度即ち700℃から650℃の温
度範囲における冷却速度が毎分10℃になるようヘ
リウムを満たした炉内で冷却される。最後の冷間
圧延後管は565℃の温度で最終的に焼鈍される。
中間焼鈍と最終焼鈍の両方は真空炉内で行われ
る。仕上がり管において、第二相粒子はほぼ0.01
−0.2μｍの範囲のサイズと約0.1μｍの平均粒子
サイズをもつ、在来の方法で製造され仕上がり状
態又は押出し状態の初期においてβ急冷を受けな
かつたクラツド管においては、第二相粒子はほぼ
0.1−0.6μｍの範囲のサイズと約0.3μｍの平均粒
子サイズをもつ。
原子炉運転条件をそつくり模凝するものと立証
されている腐食テスト時、本発明により作られた
クラツド管は、押出し後β急冷処理をしない在来
の製造で得られるもののほんの一部でかつ押出し
後β急冷処理して製造時得られるものとほぼ同じ
位の大きさのウエートゲインを示し、本発明の場
合50−100mg/dm2でβ急冷を使用せざる在来の製
造時には350−4000mg/dm2である。本発明により
作られたクラツド管の延性は、仕上げ状態でβ急
冷を受けた管よりも良好であり且つ最終冷間圧延
の直前にβ急冷を受けた管よりも良好である。
されている腐食テスト時、本発明により作られた
クラツド管は、押出し後β急冷処理をしない在来
の製造で得られるもののほんの一部でかつ押出し
後β急冷処理して製造時得られるものとほぼ同じ
位の大きさのウエートゲインを示し、本発明の場
合50−100mg/dm2でβ急冷を使用せざる在来の製
造時には350−4000mg/dm2である。本発明により
作られたクラツド管の延性は、仕上げ状態でβ急
冷を受けた管よりも良好であり且つ最終冷間圧延
の直前にβ急冷を受けた管よりも良好である。
上記腐食試験は、9.8MPaの圧力で且つ500℃の
温度で水蒸気の圧力容器内でおこらわれた。ウエ
ートゲインは、管が受けた腐食の程度を示す。
温度で水蒸気の圧力容器内でおこらわれた。ウエ
ートゲインは、管が受けた腐食の程度を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の燃料棒のためのジルコニウム基合金
のクラツド管の製造方法であつて、ジルコニウム
基合金が押出しされ、この押出し品が、冷間圧延
を受け且つ２つの連続する冷間圧延の間において
少なくとも１つの中間焼鈍を受け、更にこの押出
し品は、最後の冷間圧延よりも前の段階でβ急冷
を受ける上記製造方法に於いて、 β急冷は、最終冷間圧延を含めて少なくとも２
つの冷間圧延の前に実施され、 この２つの冷間圧延の間において前記中間焼鈍
は500−675℃の温度で実施されることを特徴とす
る上記製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項による製造方法にし
て、中間焼鈍は500−610℃好適には550−600℃の
温度で実施される、上記製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項のいづれか
による製造方法にして、ジルコニウム基合金は重
量で1.2−1.7％の錫と、0.07−0.24％の鉄と、
0.05−0.15％のクロムと、０−0.08％のニツケル
を含有し、残りはジルコニウムと普通の種類の任
意の現存する不純物である、上記製造方法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項のいづれか
１つの項による製造方法にして、押出し時使用さ
れるジルコニウム基合金はβ急冷される、上記製
造方法。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項のいづれか
１つの項による製造方法にして、押出し品は最後
の冷間圧延後400−675℃の温度で最終焼鈍を受け
る、上記製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8104213A SE426890B (sv) | 1981-07-07 | 1981-07-07 | Sett att tillverka kapselror av zirkoniumbaserad legering for brenslestavar till kernreaktorer |
| SE8104213-7 | 1981-07-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5825467A JPS5825467A (ja) | 1983-02-15 |
| JPS6151626B2 true JPS6151626B2 (ja) | 1986-11-10 |
Family
ID=20344212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57116328A Granted JPS5825467A (ja) | 1981-07-07 | 1982-07-06 | ジリコニウム基合金のクラツド管の製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5825467A (ja) |
| BE (1) | BE893787A (ja) |
| CA (1) | CA1211344A (ja) |
| DE (1) | DE3224686C2 (ja) |
| ES (1) | ES513793A0 (ja) |
| FI (1) | FI72006C (ja) |
| FR (1) | FR2509509B1 (ja) |
| IT (1) | IT1191203B (ja) |
| SE (1) | SE426890B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62195938U (ja) * | 1986-05-31 | 1987-12-12 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4576654A (en) * | 1982-04-15 | 1986-03-18 | General Electric Company | Heat treated tube |
| JPS60165580A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | 株式会社日立製作所 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
| DE3429567A1 (de) * | 1984-08-10 | 1986-02-20 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | Verfahren zum stabilisieren der korrosionsfestigkeit eines huellrohres aus einer zirkoniumlegierung fuer einen kernreaktorbrennstab |
| FR2575764B1 (fr) * | 1985-01-10 | 1992-04-30 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'un feuillard en alliage de zirconium zircaloy 2 ou zircaloy 4 restaure, et feuillard obtenu |
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