JPH01107911A - ジルコニウム合金管のピルガー圧延方法 - Google Patents

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、原子炉燃料の被覆管等に用いられるジルコ
ニウム合金管のピルガ−ミルによる製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

一般に、ジルコニウム合金管は、原子炉の核燃料を密封
する被覆管として用いられており、上記ジルコニウム合
金の代表的なものはジルカロイ（商標名）として知られ
ている。

上記ジルコニウム合金管は、主にピルガ−圧延機により
丁寧に１本づつ圧延されている。

近年、原子力発電は、経済性向上の点から電力需要に対
応した負荷追従運転を要求されている。

上記負荷追従運転を実施した場合、出力急昇にともない
原子炉燃料棒内部では二酸化ウランペレットが円周方向
に膨張し、被覆管内部に歪を生じ、また燃料棒内部にお
°いては、核分裂生成物中のヨウ素により腐食性雰囲気
下にあり、これらが相互に作用して応力腐食割れを生じ
る。

この応力腐食割れに対する抵抗（耐応力腐食割れ性）を
向上させる方法の一つとして、結晶方位を最適化（六方
晶のＣ軸を半径方向に集積させる）することが知られて
おり、上記六方晶のＣ軸をより半径方向に集積させるた
めにはＱ値と呼ばれる加工因子（次式）を大きくする必
要があることも知られ゛ている。

Ｒｎ　１（Ｄ−ｔ）　／　（Ｄ　ｏ　　ｔ　ｏ月但し、
Ｄｏ　＝加工前の外径、ｔｏ：加工前の肉厚Ｄ　＝加工
後の外径、ｔ　：加工後の肉厚さらに、上記結晶のＣ軸
の集積度を示す定量的因子として、−船釣に用いられて
いるものにＫｃａｒｎｓ　ｆ’ａｃｔｏｒ　　（ｆ値）
がある。管の半径方向に関するｆ値は、ｆｒ値で示され
、結晶のＣ軸が全て半径方向に集積した場合は、ｆｒ−
１，０であり、また結晶のＣ軸が全て管の円周方向に集
積した場合は、ｆ「−０，０である。すなわち、ｆｒ値
が大きいほど結晶のＣ軸が半径方向に集積しているとい
うことである。

ピルガ−圧延機は一般に知られているが、その概略断面
図が第１図に示されている。第１図において、１，２は
一対のロールダイス、３はマンドレル、４はマンドレル
ロッド、５はマンドレル３とマンドレルロッド４を結合
するためのネジ、６ハシルコニウム合金管である。上記
一対のロールダイスには、それぞれ円周に沿って径が変
化する半円のカリバー（図示せず）が形成されている。

マンドレル３は管６の内径を決定するための治具で、管
６は一対のダイス１．２が組み込まれたロールスタンド
（図示せず）が往復運動することにより、ダイス１，２
とマンドレル３の間で圧延加工される。圧延中は、マン
ドレル３は固定されており、ダイス１．２カツ管と非接
触の位置にある時に、管に一定の送りと回転が与えられ
る。これらの一連の過程を繰り返すことにより、管６は
圧延加工される。

かかるピルガ−圧延装置において、第１図に示されるよ
うに、加工領域の加工の開始点を５ＴＡＴＩＯＮ　　（
以下ＳＴと称す）−１，０で示し、加工の終了点を５Ｔ
−０，０で示す。

従来の治工具を用いたピルガ−圧延方法で、Ｑ値を大き
くして圧延したジルコニウム合金管のＳＴとｆｒ値の関
係は、第２図に示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＱ値を大きくするピルガ−圧延方法により圧延さ
れたジルコニウム合金管のｆｒ値は、第２図に示されて
いるように、０．５８を最大値とし、これ以上に大きく
はならない。

かかるｆｒ値を有するジルコニウム合金管は、上記発電
用原子炉を負荷追従運転した場合に生ずる苛酷な応力腐
食に対して耐えることができず、ｆｒ値のさらなる向上
が望まれていた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、ｆｒ値のさらなる向上をめざし
て研究を行った結果、 ピルガ−圧延における加工領域を２０分割した場合の微
小区間のＱ値（以下ｄＱと称す）を、１≦ｄＱ≦２０、 とすると同時に、上記微小区間の断面減少率（以下ｄＲ
と称す）を、 ０＜ｄＲ≦３０、 とし、かつ、加工領域に対しｄＱ、ｄＲ共に増加するよ
うに圧延すると、加工終了後のｆｒ値は大幅に向上する
という知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、 ピルガ−圧延における加工領域を２０分割した場合のｄ
ＱおよびｄＲが、 １≦ｄＱ≦２０．　０　＜　ｄ　Ｒ≦３０（％）を満た
し、かつ加工領域に対し上記ｄＱおよびｄＲが共に増加
するように圧延するジルコニウム合金管のピルガ−圧延
方法、 但し、 Ωｎ　　ｌ（Ｄ　　−ｔ　　）　／（Ｄｎｉｌ　−ｔｎ
ｉｌ　）１ｎ　　　　　ｎ ｔｎｉｌ　　（Ｄｎｉｌ　−ｔｎｉｌ　）Ｄｎ　＝ｎ番
目の分割面における外径、Ｄｎｉｌ　：ｎ＋１番目の分
割面における外径、ｔ　　：ｎ番目の分割面における肉
厚、ｔｎｉｌ　：ｎ＋１番目の分割面における肉厚、で
、ｎ・は１〜１９のうちの任意の数、を特徴とするもの
である。

つぎに、上記ｄＱおよびｄＲをそれぞれ１≦ｄＱ≦２０ ０＜ｄＲ≦３０（％） に限定した理由について説明する。

（ａ）ｄＱ 加工区域を２０分割した微小区間のＱ値、すなわちｄＱ
を加工開始点（ＳＴ−１，０）から加工終了点（ＳＴ−
０，０）に向って増加するように加工しなければならな
いが、上記ｄＱを２０より大きくとるとピルガ−圧延機
のマーンドレル３と管６とが焼き付けを起し好ましくな
い。一方上記ｄＱを１より小さくするとｆｒ値の増加は
望めない。したがって、ｄＱは１≦ｄＱ≦２０と定めた
。

（ｂ）　　ｄＲ 加工区域を２０分割した微小区間の断面減少率（−ｄ　
Ｒ）も、加工開始点（ｓ’ｒ−ｉ、ｏ）から加工終了点
（ＳＴ−０，０）に向って増加する必要があるが、上記
ｄＲが３０（％）を越えるとやはりマンドレル３．と管
とが焼き付けを起すので、その上限を３０（％）と定め
、０＜ｄＲ≦３０とした。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明す
る。

第１図に示される構造のピルガ−圧延機を用いて、 Ｓｎ：１．５％、　Ｆｅ　：０．２０％、　Ｃｒ　：０
．１０％、残部：Ｚ「および不可避不純物からなる組成
のジルコニウム合金管（ジルカロイ−４）を、第３図に
示されるように、２０分割された加工領域に対し、ｄＱ
およびｄＲを共に増加するように加工した。

上記ピルガ−圧延加工によるｆｒ値の変化を第４図に示
す。

上記第３図および第４図に示された結果から、ｄＱおよ
びｄＲを共に加工開始点（ＳＴ−１，０）から加工終了
点（ＳＴ−０，０）に向って増加させると、ｆｒ値は加
工終了部において急激に増加していることがわかる。す
なわち、結晶のＣ軸が半径方向に集積するのに非常に効
果があることがわかる。

一方、上記ｄＱに対するｄＲの値をいろいろ変えて上記
ジルコニウム合金管のピルガ−圧延した結果を第５図に
示す。

上記第５図からも明らかなようにｄＱが２０を越えるか
、またはｄＲが３０（％）を越えるとマンドレルとジル
コニウム合金管の間に焼き付けが起る。

〔発明の効果〕

この発明の方法によりジルコニウム合金管をピルガ−圧
延すると、圧延されたジルコニウム合金管の結晶のＣ軸
を、従来よりも一層集積させることができ、原子炉燃料
被覆管として耐応力腐食割れ性にすぐれたジルコニウム
合金管を製造することができる。このような燃料被覆用
ジルコニウム合金管を用いた原子炉は、電力需要に応じ
た負荷追従運転に対しても十分に耐えることができるの
で産業上すぐれた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知のピルガ−ミルの断面概略図、第２図は
、従来のピルガ−圧延方法によりジルコニウム合金管を
圧延した場合のｆｒ値の変化を示すグラフ、 第３図は、この発明のピルガ−圧延方法によりジルコニ
ウム合金管を圧延するときの、加工領域におけるｄＱお
よびｄＲの増加を示すグラフ、第４図は、上記第３図の
グラフに示された条件で圧延したときのｆｒ値の変化を
示すグラフ、第５図は、ｄＱとｄＲをいろいろ変えてピ
ルガ−圧延した結果を示すグラフ。 １．２・・・ロールダイス、　３・・・マンドレルへ４
・・・マンドレルロッド、　　５・・・ネ　ジ１６・・
・管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ピルガー圧延における加工領域を２０分割した場合の
   、微小区間のＱ値（以下ｄＱと称す）および断面減少率
   （以下ｄＲと称す）が、 １≦ｄＱ≦２０ ０＜ｄＲ≦３０（％） を満たし、かつ加工領域に対し上記ｄＱおよびｄＲが共
   に増加するように圧延することを特徴とするジルコニウ
   ム合金管のピルガー圧延方法。 但し、 ｄＱ＝ｌｎ（ｔ＿ｎ／ｔ＿ｎ＿＋＿１）／ｌｎ｛（Ｄ＿
   ｎ−ｔ＿ｎ）／（Ｄ＿ｎ＿＋＿１−ｔ＿ｎ＿＋＿１）｝
   ｄＲ＝１−（ｔ＿ｎ（Ｄ＿ｎ−ｔ＿ｎ）／ｔ＿ｎ＿＋１
   （Ｄ＿ｎ＿＋＿１−ｔ＿ｎ＿＋１））×１００（％）Ｄ
   ＿ｎ：ｎ番目の分割面における外径、 Ｄ＿ｎ＿＋＿１：ｎ＋１番目の分割面における外径、ｔ
   ＿ｎ：ｎ番目の分割面における肉厚、 ｔ＿ｎ＿＋＿１：ｎ＋１番目の分割面における肉厚、で
   、ｎは１〜１９のうちの任意の数。