JPH07113134B2 - ジルコニウム基合金 - Google Patents
ジルコニウム基合金Info
- Publication number
- JPH07113134B2 JPH07113134B2 JP60165734A JP16573485A JPH07113134B2 JP H07113134 B2 JPH07113134 B2 JP H07113134B2 JP 60165734 A JP60165734 A JP 60165734A JP 16573485 A JP16573485 A JP 16573485A JP H07113134 B2 JPH07113134 B2 JP H07113134B2
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- JP
- Japan
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- based alloy
- carbon
- zirconium
- corrosion resistance
- nodular corrosion
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- 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.)
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-
- 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
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はジルコニウム基合金に係り、特に耐ノジユラー
コロージヨン特性に優れ、水冷型原子炉の炉心構造材と
して用いるのに適したジルコニウム基合金に関する。
コロージヨン特性に優れ、水冷型原子炉の炉心構造材と
して用いるのに適したジルコニウム基合金に関する。
現在、ジルコニウム基基体は沸騰水型軽水炉および加圧
水型軽水炉における燃料被覆管および炉心構造材料とし
て広く使用されている。かかる基体材料は強度や延性な
どの適当な機械的特性と熱中性子吸収断面積が小さいこ
とおよび良好な耐食性とをあわせ持つている。このよう
な原子炉用のジルコニウム基合金は一般に原子炉の構造
材として用いられるもので、Zrを主成分として、Fe,Ni,
Cr,Sn,Nbを含有するものであり、例えばSn1〜1.8wt％,F
e0.1〜0.2wt％,NiO〜0.1wt％,CrO〜0.2wt％残部実質的
にZrからなるものが挙げられ、例えばジルカロイ−1,ジ
ルカロイ−2,ジルカロイ−3,ジルカロイ−4,オーゼナイ
ト0.5,オーゼナイト1.0,Zr−2.5％Nb等が挙げられる。
これらのジルコニウム基合金から構成された炉心構造物
についてみると、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班点状の白色腐食生成
物が構造物表面に生成する。上記白色腐食生成物はノジ
ユラーコロージヨンの進展に伴ない次第に成長して時に
は剥落する可能性もある。しかし、現在の実炉の運転条
件下ではこのような現象は問題とはならず、構造物はそ
の機能を充分に果たしている。とは言うもののこれら構
造物の炉内滞留時間をさらに長くする計画があることか
ら、剥落による肉減りはチヤンネルボツクス燃料被覆管
等の炉心構造物の機械的強度の低下を招来する恐れがあ
る。
水型軽水炉における燃料被覆管および炉心構造材料とし
て広く使用されている。かかる基体材料は強度や延性な
どの適当な機械的特性と熱中性子吸収断面積が小さいこ
とおよび良好な耐食性とをあわせ持つている。このよう
な原子炉用のジルコニウム基合金は一般に原子炉の構造
材として用いられるもので、Zrを主成分として、Fe,Ni,
Cr,Sn,Nbを含有するものであり、例えばSn1〜1.8wt％,F
e0.1〜0.2wt％,NiO〜0.1wt％,CrO〜0.2wt％残部実質的
にZrからなるものが挙げられ、例えばジルカロイ−1,ジ
ルカロイ−2,ジルカロイ−3,ジルカロイ−4,オーゼナイ
ト0.5,オーゼナイト1.0,Zr−2.5％Nb等が挙げられる。
これらのジルコニウム基合金から構成された炉心構造物
についてみると、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班点状の白色腐食生成
物が構造物表面に生成する。上記白色腐食生成物はノジ
ユラーコロージヨンの進展に伴ない次第に成長して時に
は剥落する可能性もある。しかし、現在の実炉の運転条
件下ではこのような現象は問題とはならず、構造物はそ
の機能を充分に果たしている。とは言うもののこれら構
造物の炉内滞留時間をさらに長くする計画があることか
ら、剥落による肉減りはチヤンネルボツクス燃料被覆管
等の炉心構造物の機械的強度の低下を招来する恐れがあ
る。
従つて、従来の強度や延性などの機械的特性をおとすこ
となく、耐ノジユラーコロージヨン性を向上させたジル
コニウム基合金の出現がのぞまれている。
となく、耐ノジユラーコロージヨン性を向上させたジル
コニウム基合金の出現がのぞまれている。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、優れた耐
ノジユラーコロージヨン性をもつジルコニウム基合金を
提供することを目的とする。
ノジユラーコロージヨン性をもつジルコニウム基合金を
提供することを目的とする。
本発明者等がジルコニウム基合金のノジユラーコロージ
ヨン発生について研究を進めた結果、ノージユラーコロ
ージヨン発生初期においては、ノジユール中央部におけ
る炭素の濃度がノジユールの発生のない部分に比べ高く
なつていることが判明した。さらにこれらの炭素はZrの
炭化物（例えばZrC,ZrC0.70等）又はZr以外の添加物で
ある例えばSnとZrとの炭化物（例えばSn2,Zr4C2等）と
して存在することが分つた。
ヨン発生について研究を進めた結果、ノージユラーコロ
ージヨン発生初期においては、ノジユール中央部におけ
る炭素の濃度がノジユールの発生のない部分に比べ高く
なつていることが判明した。さらにこれらの炭素はZrの
炭化物（例えばZrC,ZrC0.70等）又はZr以外の添加物で
ある例えばSnとZrとの炭化物（例えばSn2,Zr4C2等）と
して存在することが分つた。
現在まで各種ジルコニウム基合金及びその製造方法が研
究されているが、合金成分、熱処理等に関するものであ
り、合金中の炭素の挙動については検討されていない。
従つてZr基合金の製造にあたつても不純物である炭素に
ついては注目されておらず、通常の製法で得られる程
度、すなわち130〜170ββｍ程度の炭素を含有する合金
が用いられている。このようなZr基合金を用いても熱処
理等によりある程度の特性改善はできるが、ノジユラー
コロージヨン防止の根本的な解決にはならない。
究されているが、合金成分、熱処理等に関するものであ
り、合金中の炭素の挙動については検討されていない。
従つてZr基合金の製造にあたつても不純物である炭素に
ついては注目されておらず、通常の製法で得られる程
度、すなわち130〜170ββｍ程度の炭素を含有する合金
が用いられている。このようなZr基合金を用いても熱処
理等によりある程度の特性改善はできるが、ノジユラー
コロージヨン防止の根本的な解決にはならない。
本発明者等は前述のごとく炭化物の存在がノジユラー発
生と密接な関係を有するとの知見から、本発明を創出す
るに致つた。
生と密接な関係を有するとの知見から、本発明を創出す
るに致つた。
すなわち本発明は炭素含有量が100ppm以下であり、かつ
α＋β相温度領域からα相温度領域まで急冷する処理を
施すことにより炭素が固溶していることを特徴とする耐
ノジュラーコロージョン特性に優れたジルコニウム基合
金であって、含有炭素量を厳密にコントロールしかつ特
定の熱処理を施すことにより炭素を固溶させ、耐ノジュ
ラーコロージョン特性を向上するものである。本願発明
においては炭素以外の他の合金元素に特に限定はなく、
通常のZr基合金を用いればよい。Zr基合金としては前述
のZrを主成分として、Fe,Ni,Cr,Sn,Nbを含有するもので
あり、例えばSn1〜1.8wt％,Fe0.1〜0.2wt％,NiO〜0.1wt
％,CrO〜0.2％wt％残部実質的Zrからなるものが挙げら
れ、例えばジルカロイ−1,ジルカロイ−2,ジルカロイ−
3,ジルカロイ−4,オーゼナイト0.5,オーゼナイト1.0,Zr
−2.5％Nb等の一般に原子炉用として用いられているも
のが挙げられる。
α＋β相温度領域からα相温度領域まで急冷する処理を
施すことにより炭素が固溶していることを特徴とする耐
ノジュラーコロージョン特性に優れたジルコニウム基合
金であって、含有炭素量を厳密にコントロールしかつ特
定の熱処理を施すことにより炭素を固溶させ、耐ノジュ
ラーコロージョン特性を向上するものである。本願発明
においては炭素以外の他の合金元素に特に限定はなく、
通常のZr基合金を用いればよい。Zr基合金としては前述
のZrを主成分として、Fe,Ni,Cr,Sn,Nbを含有するもので
あり、例えばSn1〜1.8wt％,Fe0.1〜0.2wt％,NiO〜0.1wt
％,CrO〜0.2％wt％残部実質的Zrからなるものが挙げら
れ、例えばジルカロイ−1,ジルカロイ−2,ジルカロイ−
3,ジルカロイ−4,オーゼナイト0.5,オーゼナイト1.0,Zr
−2.5％Nb等の一般に原子炉用として用いられているも
のが挙げられる。
代表的な組成を以下に示す。
本発明においては、Zr基合金の成分を変化させることな
く、炭素を固溶させることにより耐ノジユラーコロージ
ヨン特性を向上させることができるため、Zr基合金のも
つ強度、延性等の機械的特性を損なうことなく耐ノジユ
ラーコロージヨン特性を向上させることができる。従つ
て機械的特性及び耐ノジユラーコロージヨン特性を兼ね
備えたジルコニウム基合金を得ることができる。
く、炭素を固溶させることにより耐ノジユラーコロージ
ヨン特性を向上させることができるため、Zr基合金のも
つ強度、延性等の機械的特性を損なうことなく耐ノジユ
ラーコロージヨン特性を向上させることができる。従つ
て機械的特性及び耐ノジユラーコロージヨン特性を兼ね
備えたジルコニウム基合金を得ることができる。
Zr基合金中の含有炭素はZrに対する固溶量が極めて少な
いため、大半が炭化物として存在すると考えられる。含
有炭素量を100ppm以下と極めて少なくし、かつ特定の熱
処理を施すことにより、ノジュラーコロージョン発生の
原因と考えられる炭化物がほとんどなくなり、耐ノジユ
ラーコロージヨン特性が向上すると考えられる。なお、
より好ましくは、含有炭素は80ppm以下である。
いため、大半が炭化物として存在すると考えられる。含
有炭素量を100ppm以下と極めて少なくし、かつ特定の熱
処理を施すことにより、ノジュラーコロージョン発生の
原因と考えられる炭化物がほとんどなくなり、耐ノジユ
ラーコロージヨン特性が向上すると考えられる。なお、
より好ましくは、含有炭素は80ppm以下である。
なお、含有炭素量を100ppm以下に減少せしめ、かつ特定
の熱処理を施すことにより、耐ノジュラーコロージョン
特性を向上することができるが、これは、含有炭素が固
溶しているためと考えられる。
の熱処理を施すことにより、耐ノジュラーコロージョン
特性を向上することができるが、これは、含有炭素が固
溶しているためと考えられる。
含有炭素を固溶させる手段としては、α＋β温度領域、
例えば840〜940℃程度以上の温度からα相温度領域、例
えば840℃以下程度まで、例えば350℃／分以上の速度で
急冷する手段が挙げられる。このようにしてZr基合金中
の炭素を固溶させることができる。なお、急冷処理を施
行する順序としては、製造工程中どの段階でも良いが、
製造工程において焼鈍の繰り返しにより固溶している炭
素が、炭化物としてZrCやZr4Sn2C2などの形で析出して
くる可能性もあり、できるだけ最終製品に近い段階で行
うことが望ましい。ジルコニウム基合金は、例えば、第
１図に示す工程によって加工が施されるが、前記急冷処
理は第１図において熱間圧延以降、最終熱処理前に行わ
れることが望ましい。
例えば840〜940℃程度以上の温度からα相温度領域、例
えば840℃以下程度まで、例えば350℃／分以上の速度で
急冷する手段が挙げられる。このようにしてZr基合金中
の炭素を固溶させることができる。なお、急冷処理を施
行する順序としては、製造工程中どの段階でも良いが、
製造工程において焼鈍の繰り返しにより固溶している炭
素が、炭化物としてZrCやZr4Sn2C2などの形で析出して
くる可能性もあり、できるだけ最終製品に近い段階で行
うことが望ましい。ジルコニウム基合金は、例えば、第
１図に示す工程によって加工が施されるが、前記急冷処
理は第１図において熱間圧延以降、最終熱処理前に行わ
れることが望ましい。
含有炭素量の低減のためには、まず出発原料として但炭
素量の原料を用いる。
素量の原料を用いる。
主原料であるZrはもちろんのこと、添加物であるSn,Cr,
Fe,Ni,Nb等も同様である。インゴツト作成にあたつても
真空溶解を繰り返し、インゴツト中の炭素量を低減する
ことができる。また本発明においてはインゴットの溶解
法は特に限定されず消耗電極式アーク溶解や消耗電極式
真空アーク溶解、EB溶解、ハース溶解などが挙げられ
る。
Fe,Ni,Nb等も同様である。インゴツト作成にあたつても
真空溶解を繰り返し、インゴツト中の炭素量を低減する
ことができる。また本発明においてはインゴットの溶解
法は特に限定されず消耗電極式アーク溶解や消耗電極式
真空アーク溶解、EB溶解、ハース溶解などが挙げられ
る。
（実施例−１及び比較例１、２） 含有炭素量90ppmのジルカロイ−２板材を、アルゴンガ
ス雰囲気中で900℃で30分間加熱し、次いで水中に投入
して急冷した。板材の表面表面に生じた酸化被膜を研削
後、３回の冷間加工−焼なまし処理を反復した。比較例
１として900℃急冷処理をしないことを除いては上記と
同様の方法で同一材料から加工を行った。両者より20mm
×25mm×2mmの試験片を切り出し、＃600まで研磨した
後、酸洗し（HF:5％,HNO3:45％,H2O:50％）ノジュラー
コロージョン試験を行った。また、比較例２として、市
販のジルカロイ−２材を第１図にしたがって加工を行い
試験片を得、ノジュラーコロージョン試験を行った。ノ
ジュラーコロージョン試験は、炉外で耐ノジュラーコロ
ージョン性を調査するものであり、試験片を500℃、1.0
気圧の水蒸気中に24時間保持して行う。このときの試験
結果の評価は、該表面の目視及び腐食増量により評価を
行う。腐食増量は少ないほど耐ノジュラーコロージョン
性は良好である。本発明の実施例１の試験結果を第２表
に示す。第２表には比較例１及び２の試験結果を併せて
示す。なお、急冷処理を施したほう（実施例１）は炭化
物はほとんど存在しなかった。
ス雰囲気中で900℃で30分間加熱し、次いで水中に投入
して急冷した。板材の表面表面に生じた酸化被膜を研削
後、３回の冷間加工−焼なまし処理を反復した。比較例
１として900℃急冷処理をしないことを除いては上記と
同様の方法で同一材料から加工を行った。両者より20mm
×25mm×2mmの試験片を切り出し、＃600まで研磨した
後、酸洗し（HF:5％,HNO3:45％,H2O:50％）ノジュラー
コロージョン試験を行った。また、比較例２として、市
販のジルカロイ−２材を第１図にしたがって加工を行い
試験片を得、ノジュラーコロージョン試験を行った。ノ
ジュラーコロージョン試験は、炉外で耐ノジュラーコロ
ージョン性を調査するものであり、試験片を500℃、1.0
気圧の水蒸気中に24時間保持して行う。このときの試験
結果の評価は、該表面の目視及び腐食増量により評価を
行う。腐食増量は少ないほど耐ノジュラーコロージョン
性は良好である。本発明の実施例１の試験結果を第２表
に示す。第２表には比較例１及び２の試験結果を併せて
示す。なお、急冷処理を施したほう（実施例１）は炭化
物はほとんど存在しなかった。
第２表よりわかるように本発明によるジルカロイ−２は
良好な耐ノジュラーコロージョン性を示した。
良好な耐ノジュラーコロージョン性を示した。
なお、炭素80ppmのジルカロイ−４を真空中で980℃に加
熱し20分間保持し、200℃／秒で急冷した場合、及び含
有炭素87ppmのオーゼナイト0.5をアルゴン雰囲気中で10
50℃に加熱し、５分間保持し、350℃／秒で急冷した場
合も同様に、耐ノジユラーコロージヨン性のすぐれたZr
基合金を得ることができた。
熱し20分間保持し、200℃／秒で急冷した場合、及び含
有炭素87ppmのオーゼナイト0.5をアルゴン雰囲気中で10
50℃に加熱し、５分間保持し、350℃／秒で急冷した場
合も同様に、耐ノジユラーコロージヨン性のすぐれたZr
基合金を得ることができた。
いずれも炭化物の存在はほとんどなかつた。
以上説明したように本発明によればZr基合金中の炭化物
をなくすことにより、耐ノジユラーコロージヨン特性を
向上することができる。
をなくすことにより、耐ノジユラーコロージヨン特性を
向上することができる。
また、本発明においてはジルコニウム基合金を他の材料
にかえることなく、その耐ノジユラーコロージヨン性を
向上させることができるため、今後予定されている運転
期間の長期化、高燃焼度化にも充分対応することがで
き、水冷型原子炉の炉心構造材として有効である。
にかえることなく、その耐ノジユラーコロージヨン性を
向上させることができるため、今後予定されている運転
期間の長期化、高燃焼度化にも充分対応することがで
き、水冷型原子炉の炉心構造材として有効である。
本発明は、特に実施例にあげた方法に限定されないこと
はいうまでもない。
はいうまでもない。
第１図はZr基合金製造の流れ図。
フロントページの続き (72)発明者 桑江 良昇 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 稲葉 道彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−54241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−110411（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−85010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205892（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】炭素含有量が100ppm以下であり、かつα＋
β相温度領域からα相温度領域まで急冷する処理を施す
ことにより炭素が固溶していることを特徴とする耐ノジ
ュラーコロージョン特性に優れたジルコニウム基合金。 - 【請求項２】水冷型原子炉の構造材として用いられてい
ることを特徴とする特許請求範囲第１項記載の耐ノジュ
ラーコロージョン特性に優れたジルコニウム基合金。 - 【請求項３】前記炭素が全て固溶していることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の耐ノジュラーコロージ
ョン特性に優れたジルコニウム基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60165734A JPH07113134B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | ジルコニウム基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60165734A JPH07113134B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | ジルコニウム基合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6227535A JPS6227535A (ja) | 1987-02-05 |
| JPH07113134B2 true JPH07113134B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=15818061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60165734A Expired - Lifetime JPH07113134B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | ジルコニウム基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07113134B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2626291B1 (fr) * | 1988-01-22 | 1991-05-03 | Mitsubishi Metal Corp | Alliage a base de zirconium a utiliser comme assemblage pour combustible dans un reacteur nucleaire |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU498717B2 (en) * | 1975-02-25 | 1979-03-22 | General Electric Company | Zirconium alloy heat treatment |
| FR2334763A1 (fr) * | 1975-12-12 | 1977-07-08 | Ugine Aciers | Procede permettant d'ameliorer la tenue a chaud du zirconium et de ses alliages |
| JPS5754241A (ja) * | 1980-09-16 | 1982-03-31 | Toshiba Corp | Taishokujirukoniumugokintosonoseizohoho |
| JPS61205892A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料要素 |
-
1985
- 1985-07-29 JP JP60165734A patent/JPH07113134B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6227535A (ja) | 1987-02-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |