JPH0321077B2 - - Google Patents
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- JPH0321077B2 JPH0321077B2 JP57099406A JP9940682A JPH0321077B2 JP H0321077 B2 JPH0321077 B2 JP H0321077B2 JP 57099406 A JP57099406 A JP 57099406A JP 9940682 A JP9940682 A JP 9940682A JP H0321077 B2 JPH0321077 B2 JP H0321077B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明はジルコニウム基合金から成る燃料棒の
端栓に関する。
端栓に関する。
軽水炉に使用される燃料集合体は、第１図に一
部切欠縦断面図として示すように主として上部タ
イプレート１、下部タイプレート２、および核燃
料ペレツトUO2を含む複数の燃料棒３、および１
本のウオーターロツトとこれらを収納するチヤン
ネルボツクス４から成る。燃料棒３の形状を第２
図に縦断面図で示す。
部切欠縦断面図として示すように主として上部タ
イプレート１、下部タイプレート２、および核燃
料ペレツトUO2を含む複数の燃料棒３、および１
本のウオーターロツトとこれらを収納するチヤン
ネルボツクス４から成る。燃料棒３の形状を第２
図に縦断面図で示す。
燃料棒３は、被覆管５、核燃料ペレツトUO2
６、プレナムスプリング７、上部端栓８、および
下部端栓９からなる。また、ウオーターロツド
は、内部にUO2を含まない管で細孔が設けられ、
内部に冷却水が通るようになつており、燃料棒と
同様に上、下部端栓により上、下部タイプレート
に支持されている。
６、プレナムスプリング７、上部端栓８、および
下部端栓９からなる。また、ウオーターロツド
は、内部にUO2を含まない管で細孔が設けられ、
内部に冷却水が通るようになつており、燃料棒と
同様に上、下部端栓により上、下部タイプレート
に支持されている。
さて、上記端栓の材料としては通常ジルコニウ
ムに重量比で錫を1.2〜1.7％、鉄を0.07〜0.20％、
クロムを0.05〜0.15％、ニツケルを0.03〜0.08％
添加して成るジルカロイ−２と呼称されるジルコ
ニウム基合金が使用されている。
ムに重量比で錫を1.2〜1.7％、鉄を0.07〜0.20％、
クロムを0.05〜0.15％、ニツケルを0.03〜0.08％
添加して成るジルカロイ−２と呼称されるジルコ
ニウム基合金が使用されている。
ところが、長期間の実装運転において、ノジユ
ラーコロージヨンと呼ばれる腐食反応による斑点
状の白色生成物が端栓表面に生成することがあ
る。上記白色生成物がノジユラーコロージヨンの
進展に伴い次第に成長すると端栓はわずかながら
肉減りし端栓の機械的強度の低下を招来する恐れ
がある。さらに炉内滞留時間を延長した場合、上
記ノジユラーコロージヨンによる肉減りに加え
て、端栓とタイプレートに穿孔された支持孔との
摺動摩耗による端栓の肉減りのおそれもあること
から一層良好な機械的特性と耐ノジユラーコロー
ジヨン性とを有するジルコニウム基合金から成る
燃料棒の端栓が要望されている。
ラーコロージヨンと呼ばれる腐食反応による斑点
状の白色生成物が端栓表面に生成することがあ
る。上記白色生成物がノジユラーコロージヨンの
進展に伴い次第に成長すると端栓はわずかながら
肉減りし端栓の機械的強度の低下を招来する恐れ
がある。さらに炉内滞留時間を延長した場合、上
記ノジユラーコロージヨンによる肉減りに加え
て、端栓とタイプレートに穿孔された支持孔との
摺動摩耗による端栓の肉減りのおそれもあること
から一層良好な機械的特性と耐ノジユラーコロー
ジヨン性とを有するジルコニウム基合金から成る
燃料棒の端栓が要望されている。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、優
れた機械的特性とすぐれた耐ノジユラーコロージ
ヨン性を有する燃料棒の端栓を提供するものであ
る。
れた機械的特性とすぐれた耐ノジユラーコロージ
ヨン性を有する燃料棒の端栓を提供するものであ
る。
ジルコニウム基合金におけるノジユラーコロー
ジヨンの主要反応は、ジルコニウム基合金内での
水素化物生成反応であり、従つて何らかの手段に
やりジルコニウム基合金基体内部に水素が侵入す
ることを防ぎ水素化物の生成を防止あるいは制御
し得ればノジユラーコロージヨンの発生を阻止乃
至軽減し得る事に着目し、 本発はジルコニウム基合金から成る燃料棒の端
栓の少なくとも表面に酸素拡散層を形成しておく
と、この酸素拡散層が水素の侵入に対する障壁に
なり端栓のノジユラーコロージヨンに対する耐食
性の向上に寄与するばかりでなく、酸素拡散層と
いう比較的高濃度の酸素を含有する層が端栓の表
面または表面近傍に存在することにより、耐摩耗
性などの機械的性質を向上させることに着目して
なされたものである。
ジヨンの主要反応は、ジルコニウム基合金内での
水素化物生成反応であり、従つて何らかの手段に
やりジルコニウム基合金基体内部に水素が侵入す
ることを防ぎ水素化物の生成を防止あるいは制御
し得ればノジユラーコロージヨンの発生を阻止乃
至軽減し得る事に着目し、 本発はジルコニウム基合金から成る燃料棒の端
栓の少なくとも表面に酸素拡散層を形成しておく
と、この酸素拡散層が水素の侵入に対する障壁に
なり端栓のノジユラーコロージヨンに対する耐食
性の向上に寄与するばかりでなく、酸素拡散層と
いう比較的高濃度の酸素を含有する層が端栓の表
面または表面近傍に存在することにより、耐摩耗
性などの機械的性質を向上させることに着目して
なされたものである。
以下に本発明に係る実施例を示す。
ジルカロイ−２のインゴツトを出発原料として
ASTM規格B351−79に従つてロツド材を製造
し、このロツド材に切削加工等を施して端栓形状
に加工した後、酸素拡散処理を施して第３図に側
面図として示すようにジルコニウム基合金基体か
ら成る部材に酸素拡散層１０を形成した。第３図
には一種類の形状の端栓の例を示してあるが、他
の形状の端栓についても同様のものが得られる。
この本発明による酸素拡散層付端栓と、従来の酸
素拡散層を有しない端栓の２種を試験片として前
述のノジユラーコロージヨン加速試験を行い、耐
食性を評価した。即ち500℃107Kg／cm2の水蒸気雰
囲気に保持した後、試験片表面の状態変化、試験
片の腐食による重量変化（腐食増量）、水素含有
量変化、および内部組織の観察などを行つた。
ASTM規格B351−79に従つてロツド材を製造
し、このロツド材に切削加工等を施して端栓形状
に加工した後、酸素拡散処理を施して第３図に側
面図として示すようにジルコニウム基合金基体か
ら成る部材に酸素拡散層１０を形成した。第３図
には一種類の形状の端栓の例を示してあるが、他
の形状の端栓についても同様のものが得られる。
この本発明による酸素拡散層付端栓と、従来の酸
素拡散層を有しない端栓の２種を試験片として前
述のノジユラーコロージヨン加速試験を行い、耐
食性を評価した。即ち500℃107Kg／cm2の水蒸気雰
囲気に保持した後、試験片表面の状態変化、試験
片の腐食による重量変化（腐食増量）、水素含有
量変化、および内部組織の観察などを行つた。
上記試験において、従来の端栓では、保持時間
数時間経過で表面に斑点状の白色生成物が発生し
時間とともに次第に大きく成長した。腐食増量も
第４図に曲線ａで示す如くであつた。しかし、本
発明に係る酸素拡散層付端栓では、保持時間40時
間後においてもその表面には白色生成物の発生は
全く認められず腐食増量も第４図に曲線ｂで示す
如くほとんど増量せずノジユラーコロージヨンに
対する優れた耐食性を備えていることが確認され
た。さらに、第５図にノジユラーコロージヨン性
に関する水素含有量を示す。なお、水素含有量の
分析は、試験片表面の酸化生成物を除去した後分
析に供した。従来端栓では第５図曲線ａに示すよ
うに水素含有量は増加しており、保持時間40時間
後の内部組織には水素化物ZrHxに帰属される物
質がほぼ均一に分布していた。また、酸素拡散層
付端栓では、第５図曲線ｂに示すようにほとんど
増量が認められず、また内部組織においても水素
化物ZrHxに帰属される物質の量も著しく少量で
あつた。さらに加えて、機械的諸特性について
は、本発明のものが0.2％、耐力が385〜395MPa、
引張強さが549〜553MRa、伸びが31〜32％とな
つており、酸素拡散層を有しない従来のジルコニ
ウム基合金が0.2％、耐力が376MPa、引張強さが
530MPa、伸びが33％であるものと比べて、概ね
同等かそれ以上であることが確認された。
数時間経過で表面に斑点状の白色生成物が発生し
時間とともに次第に大きく成長した。腐食増量も
第４図に曲線ａで示す如くであつた。しかし、本
発明に係る酸素拡散層付端栓では、保持時間40時
間後においてもその表面には白色生成物の発生は
全く認められず腐食増量も第４図に曲線ｂで示す
如くほとんど増量せずノジユラーコロージヨンに
対する優れた耐食性を備えていることが確認され
た。さらに、第５図にノジユラーコロージヨン性
に関する水素含有量を示す。なお、水素含有量の
分析は、試験片表面の酸化生成物を除去した後分
析に供した。従来端栓では第５図曲線ａに示すよ
うに水素含有量は増加しており、保持時間40時間
後の内部組織には水素化物ZrHxに帰属される物
質がほぼ均一に分布していた。また、酸素拡散層
付端栓では、第５図曲線ｂに示すようにほとんど
増量が認められず、また内部組織においても水素
化物ZrHxに帰属される物質の量も著しく少量で
あつた。さらに加えて、機械的諸特性について
は、本発明のものが0.2％、耐力が385〜395MPa、
引張強さが549〜553MRa、伸びが31〜32％とな
つており、酸素拡散層を有しない従来のジルコニ
ウム基合金が0.2％、耐力が376MPa、引張強さが
530MPa、伸びが33％であるものと比べて、概ね
同等かそれ以上であることが確認された。
なお、本発明に用いる端栓のジルコニウム基合
金としては例えばジルコニウムに重量比で錫を
1.2〜1.7％、鉄を0.07〜0.20％、クロムを0.05〜
0.15％、ニツケルを0.03〜0.08％添加して成るジ
ルカロイ−２と呼称されるものが使用されてい
る。
金としては例えばジルコニウムに重量比で錫を
1.2〜1.7％、鉄を0.07〜0.20％、クロムを0.05〜
0.15％、ニツケルを0.03〜0.08％添加して成るジ
ルカロイ−２と呼称されるものが使用されてい
る。
また上記組成のジルコニウム基合金を500〜
1000℃の電気炉内で、１×10-3KmHg〜１×104Km
Hgの酸素分圧の雰囲気に１秒〜１時間で加熱処
理することにより表面または表面近傍に酸素拡散
層が形成されて成るジルコニウム基合金基体が得
られる。この製造方法乃至処理方法において、温
度は500〜1000℃にする事が好ましく、500℃以下
では所要の酸素拡散層が形成し難く、また1000℃
を超えると合金構造において粒径の粗大化などに
より機械的強度の低下を招来する傾向が認められ
るためである。また、時間は１秒〜１時間にする
事が好ましく１秒以下では所要の酸素拡散層の形
成が充分でなく、また１時間を超えると酸素拡散
層が厚くなりすぎ、合金の延性の低下を招来する
ことが認められるためである。さらに、雰囲気に
つき酸素分圧を１×10-3KmHgから１×104KmHg
の範囲としたのはこの範囲外では所要の酸素拡散
層を形成し難たかつたり、或いは経済的にかえつ
て不利だつたりするからである。
1000℃の電気炉内で、１×10-3KmHg〜１×104Km
Hgの酸素分圧の雰囲気に１秒〜１時間で加熱処
理することにより表面または表面近傍に酸素拡散
層が形成されて成るジルコニウム基合金基体が得
られる。この製造方法乃至処理方法において、温
度は500〜1000℃にする事が好ましく、500℃以下
では所要の酸素拡散層が形成し難く、また1000℃
を超えると合金構造において粒径の粗大化などに
より機械的強度の低下を招来する傾向が認められ
るためである。また、時間は１秒〜１時間にする
事が好ましく１秒以下では所要の酸素拡散層の形
成が充分でなく、また１時間を超えると酸素拡散
層が厚くなりすぎ、合金の延性の低下を招来する
ことが認められるためである。さらに、雰囲気に
つき酸素分圧を１×10-3KmHgから１×104KmHg
の範囲としたのはこの範囲外では所要の酸素拡散
層を形成し難たかつたり、或いは経済的にかえつ
て不利だつたりするからである。
また、ジルカロイ−２のインゴツトを原料とし
て、ASTM規格B351−79に従つて製造したロツ
ド材に切削加工等を施して端栓形状に加工する方
法が一般的である。得られた端栓は核燃料ペレツ
トを納めた被覆管の両端に溶接される。
て、ASTM規格B351−79に従つて製造したロツ
ド材に切削加工等を施して端栓形状に加工する方
法が一般的である。得られた端栓は核燃料ペレツ
トを納めた被覆管の両端に溶接される。
本発明に係る酸素拡散処理は、上記の製造工程
のうちどの工程で施工してもよいが、特に端栓形
状のジルカロイ−２材料について行うことが望ま
しい。このような酸素拡散処理を行うと、その
後、端栓を被覆管に溶接した後でも形成された酸
素拡散層がそのまま残存して所要の耐ノジユラー
コロージヨン性および機械的特性を長期にわたつ
て発揮する。
のうちどの工程で施工してもよいが、特に端栓形
状のジルカロイ−２材料について行うことが望ま
しい。このような酸素拡散処理を行うと、その
後、端栓を被覆管に溶接した後でも形成された酸
素拡散層がそのまま残存して所要の耐ノジユラー
コロージヨン性および機械的特性を長期にわたつ
て発揮する。
なお本発明に係る端栓の製造方法としては誘導
加熱炉や赤外線炉による加熱方法を用いてもよ
い。また合金の表面層のみを500〜1000℃に保つ
だけでも充分であるから、レーザービームや電子
ビームによる加熱方法でも所要の酸素拡散層が形
成される。
加熱炉や赤外線炉による加熱方法を用いてもよ
い。また合金の表面層のみを500〜1000℃に保つ
だけでも充分であるから、レーザービームや電子
ビームによる加熱方法でも所要の酸素拡散層が形
成される。
なお上記実施例に用いたノジユラーコロージヨ
ン試験とは試験片を500℃、107Kg／cm2の水蒸気環
境中に保持するもので、この試験環境は実炉環境
すなわち289℃、71Kg／cm2の沸騰水雰囲気で且つ
中性子照射の影響を考慮したものである。
ン試験とは試験片を500℃、107Kg／cm2の水蒸気環
境中に保持するもので、この試験環境は実炉環境
すなわち289℃、71Kg／cm2の沸騰水雰囲気で且つ
中性子照射の影響を考慮したものである。
なお上記実施例ではジルカロイ−２を用いた場
合を示したが他にジルカロイ−４、Zr−2.5％Nb
系、Zr−１％系及びオーゼナイトなどのジルコ
ニウム基合金基体を端栓材料として用いる場合に
おいても酸素拡散層を形成することにより上記実
施例同様の作用効果を得ることができる。
合を示したが他にジルカロイ−４、Zr−2.5％Nb
系、Zr−１％系及びオーゼナイトなどのジルコ
ニウム基合金基体を端栓材料として用いる場合に
おいても酸素拡散層を形成することにより上記実
施例同様の作用効果を得ることができる。
また、端栓は一般にオートクレーブ処理を施さ
ないが、オートクレーブ処理をかなり長時間施す
ことによつても酸素拡散層が形成され、実施例同
様の効果を達成できる。更に通常のオートクレー
ブ処理により形成された表面の酸化物層を、内部
に拡散して酸素拡散層を形成させても良い。
ないが、オートクレーブ処理をかなり長時間施す
ことによつても酸素拡散層が形成され、実施例同
様の効果を達成できる。更に通常のオートクレー
ブ処理により形成された表面の酸化物層を、内部
に拡散して酸素拡散層を形成させても良い。
なお酸素拡散処理の後に急冷処理を施すと該酸
素拡散処理は、より一層の効果がある。
素拡散処理は、より一層の効果がある。
以上の結果から明らかなように本発明に係る少
なくも表面に設けられた酸素拡散層を有するジル
コニウム基合金からなる端栓はノジユラーコロー
ジヨンに対するすぐれた耐食性および機械的特性
を備えている。
なくも表面に設けられた酸素拡散層を有するジル
コニウム基合金からなる端栓はノジユラーコロー
ジヨンに対するすぐれた耐食性および機械的特性
を備えている。
またジルコニウム基合金は酸素を多く含有する
ほど硬さが増加する。そのため、耐摩耗性が向上
し、端栓とタイプレートに穿孔された支持孔との
摺動摩耗による肉減りのおそれもない。
ほど硬さが増加する。そのため、耐摩耗性が向上
し、端栓とタイプレートに穿孔された支持孔との
摺動摩耗による肉減りのおそれもない。
かくして本発明の端栓は実炉において使用した
場合も長期間に亘つて所要の機能を果し得ると考
えられる。
場合も長期間に亘つて所要の機能を果し得ると考
えられる。
第１図は燃料集合体の一部切欠縦断面図、第２
図は燃料棒の縦断面図、第３図は本発明に係る端
栓の一部切欠側面図、第４図および第５図は本発
明に係る端栓の耐食性特性と従来端栓の耐食性特
性との加速試験の結果を比較して示す曲線図であ
る。 １……上部タイプレート、２……下部タイプレ
ート、３……燃料棒、４……チヤンネルボツク
ス、５……被覆管、６……核燃料ペレツト、７…
…プレナムスプリング、８……上部端栓、９……
下部端栓、１０……酸素拡散層。
図は燃料棒の縦断面図、第３図は本発明に係る端
栓の一部切欠側面図、第４図および第５図は本発
明に係る端栓の耐食性特性と従来端栓の耐食性特
性との加速試験の結果を比較して示す曲線図であ
る。 １……上部タイプレート、２……下部タイプレ
ート、３……燃料棒、４……チヤンネルボツク
ス、５……被覆管、６……核燃料ペレツト、７…
…プレナムスプリング、８……上部端栓、９……
下部端栓、１０……酸素拡散層。
Claims (1)
- １ ジルコニウム基合金から成る燃料棒の端栓に
おいて、前記ジルコニウム基合金の少なくとも表
面に酸素拡散層を具備したことを特徴とする燃料
棒の端栓。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57099406A JPS58216986A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 燃料棒の端栓 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57099406A JPS58216986A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 燃料棒の端栓 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58216986A JPS58216986A (ja) | 1983-12-16 |
| JPH0321077B2 true JPH0321077B2 (ja) | 1991-03-20 |
Family
ID=14246601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57099406A Granted JPS58216986A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 燃料棒の端栓 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58216986A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160081310A (ko) | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 한국항공우주산업 주식회사 | 항공기 보강재용 원자재의 성형 장치 |
-
1982
- 1982-06-11 JP JP57099406A patent/JPS58216986A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160081310A (ko) | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 한국항공우주산업 주식회사 | 항공기 보강재용 원자재의 성형 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58216986A (ja) | 1983-12-16 |
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