JPH0830746B2 - 耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Ｚｒ合金製被覆管の製造法 - Google Patents
耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Ｚｒ合金製被覆管の製造法Info
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- JPH0830746B2 JPH0830746B2 JP61058251A JP5825186A JPH0830746B2 JP H0830746 B2 JPH0830746 B2 JP H0830746B2 JP 61058251 A JP61058251 A JP 61058251A JP 5825186 A JP5825186 A JP 5825186A JP H0830746 B2 JPH0830746 B2 JP H0830746B2
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- Laminated Bodies (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Zr
合金製被覆管の製造法に関するものである。
合金製被覆管の製造法に関するものである。
従来、原子力発電プラントの原子炉で使用される燃料
集合体が、一般にウラン酸化物の柱状焼結体（以下、ペ
レットという）を前記ペレットの外径より僅か（0.1mm
程度）に大きい内径のZr合金製被覆管内に長さ方向にそ
って装入し、被覆管両端を栓で封止してなる棒状の燃料
要素、すなわち燃料棒からなることは良く知られるとこ
ろである。
集合体が、一般にウラン酸化物の柱状焼結体（以下、ペ
レットという）を前記ペレットの外径より僅か（0.1mm
程度）に大きい内径のZr合金製被覆管内に長さ方向にそ
って装入し、被覆管両端を栓で封止してなる棒状の燃料
要素、すなわち燃料棒からなることは良く知られるとこ
ろである。
また、原子力発電プラントの運転中においては、燃料
棒の外表面は高温・高圧の冷却水と接触しており、また
燃料棒の内部はZr合金製被覆管により冷却水から隔離さ
れた状態にあり、さらに燃料棒は冷却水圧力が燃料棒内
圧より高い条件で使用されているため、被覆管のクリー
プにより燃料棒の外径が減少するが、燃料の燃焼が進む
につれて、ヨウ素などの核分裂生成物がペレット内に蓄
積され、スウェリングと呼ばれるペレットの体積膨脹に
よりペレットの外径が増大し、したがって運転初期にペ
レット外面と被覆管内面との間に存在した径方向のギャ
ップは、燃焼が進むにつれて減少し、ペレット外面と被
覆管内面とが接触する状態になり、このような状態下で
原子炉の出力が急上昇した場合、ペレットの温度上昇に
よりペレット外径はさらに増加し、被覆管に大きな応力
が負荷され、加えてペレット温度の上昇によりペレット
内に蓄積されたヨウ素などの核分裂生成ガスが放出さ
れ、燃料棒内は腐食性雰囲気になることも知られてい
る。
棒の外表面は高温・高圧の冷却水と接触しており、また
燃料棒の内部はZr合金製被覆管により冷却水から隔離さ
れた状態にあり、さらに燃料棒は冷却水圧力が燃料棒内
圧より高い条件で使用されているため、被覆管のクリー
プにより燃料棒の外径が減少するが、燃料の燃焼が進む
につれて、ヨウ素などの核分裂生成物がペレット内に蓄
積され、スウェリングと呼ばれるペレットの体積膨脹に
よりペレットの外径が増大し、したがって運転初期にペ
レット外面と被覆管内面との間に存在した径方向のギャ
ップは、燃焼が進むにつれて減少し、ペレット外面と被
覆管内面とが接触する状態になり、このような状態下で
原子炉の出力が急上昇した場合、ペレットの温度上昇に
よりペレット外径はさらに増加し、被覆管に大きな応力
が負荷され、加えてペレット温度の上昇によりペレット
内に蓄積されたヨウ素などの核分裂生成ガスが放出さ
れ、燃料棒内は腐食性雰囲気になることも知られてい
る。
さらに、上記燃料棒を構成するZr合金製被覆管が、押
出し成形された中空素管に数回のピルガー圧延を真空焼
鈍を加えながら冷間で施して所定寸法のZr合金管材と
し、これに最終焼鈍を行なった状態で、弗硝酸などによ
る酸洗処理を施し、その内面を15〜40μｍの深さに亘っ
て除去すると共に、２μmRmax以下の表面粗さに仕上げ
ることにより製造されることも知られている。
出し成形された中空素管に数回のピルガー圧延を真空焼
鈍を加えながら冷間で施して所定寸法のZr合金管材と
し、これに最終焼鈍を行なった状態で、弗硝酸などによ
る酸洗処理を施し、その内面を15〜40μｍの深さに亘っ
て除去すると共に、２μmRmax以下の表面粗さに仕上げ
ることにより製造されることも知られている。
一方、上記の従来Zr合金製被覆管においては、これに
ヨウ素などの腐食性ガス含有雰囲気下で過大な応力が負
荷されると、被覆管が破損する応力腐食割れという現象
が起る可能性があることがわかっており、この現象は原
子炉の出力を急に上昇させた時に見られるものである。
ヨウ素などの腐食性ガス含有雰囲気下で過大な応力が負
荷されると、被覆管が破損する応力腐食割れという現象
が起る可能性があることがわかっており、この現象は原
子炉の出力を急に上昇させた時に見られるものである。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、耐応
力腐食割れ性のすぐれたZr合金製被覆管を製造すべく研
究を行なった結果、最終焼鈍後に、集合組織の異方性を
表わす半径方向のｆ値であるfr値を測定した場合、0.6
〜0.7のfr値を示すZr合金管材を調製し、これに電解研
磨を施して、その内面を５〜15μｍ未満の深さに亘って
除去すると共に、２μmRmax以下の表面粗さにすると、
この結果のZr合金管材は、これを原子燃料用被覆管とし
て用いた場合、すぐれた耐応力腐食割れ性を発揮すると
いう研究結果を得たのである。
力腐食割れ性のすぐれたZr合金製被覆管を製造すべく研
究を行なった結果、最終焼鈍後に、集合組織の異方性を
表わす半径方向のｆ値であるfr値を測定した場合、0.6
〜0.7のfr値を示すZr合金管材を調製し、これに電解研
磨を施して、その内面を５〜15μｍ未満の深さに亘って
除去すると共に、２μmRmax以下の表面粗さにすると、
この結果のZr合金管材は、これを原子燃料用被覆管とし
て用いた場合、すぐれた耐応力腐食割れ性を発揮すると
いう研究結果を得たのである。
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたも
のであって、集合組織の異方性を表わす半径方向のｆ値
であるfr値を測定した場合、0.6〜0.7のfr値を示す最終
焼鈍後のZr合金管材に電解研磨を施して、その内面を５
〜15μｍ未満の深さに亘って除去すると共に、２μmRma
x以下の表面粗さに仕上げることにより耐応力腐食割れ
性を向上せしめた原子燃料用Zr合金製被覆管を製造する
方法に特徴を有するものである。
のであって、集合組織の異方性を表わす半径方向のｆ値
であるfr値を測定した場合、0.6〜0.7のfr値を示す最終
焼鈍後のZr合金管材に電解研磨を施して、その内面を５
〜15μｍ未満の深さに亘って除去すると共に、２μmRma
x以下の表面粗さに仕上げることにより耐応力腐食割れ
性を向上せしめた原子燃料用Zr合金製被覆管を製造する
方法に特徴を有するものである。
なお、この発明の方法において、fr値は、Zr合金製被
覆管の結晶構造である六方晶の異方性を被覆管の方向と
関連づけるものであり、下式（１）によって算出され
る。
覆管の結晶構造である六方晶の異方性を被覆管の方向と
関連づけるものであり、下式（１）によって算出され
る。
ただし、式中、（φ，α）:X線回折強度、 φ：第１図に示す投影球における緯度方向角（ラジア
ン）、 α：同緯度方向角（ラジアン）。
ン）、 α：同緯度方向角（ラジアン）。
すなわち、第２図にZr合金製被覆管の結晶配向状態が
示されるているが、六方晶底面の法線（Ｃ軸）の方向が
より半径方向を向いた結晶が多いほど上記（１）式で算
出されるfr値は大きくなり、したがって第２図において
（Ｂ）に比べ（Ａ）の結晶配向状態を有する被覆管の方
がfr値は大きいものとなる。
示されるているが、六方晶底面の法線（Ｃ軸）の方向が
より半径方向を向いた結晶が多いほど上記（１）式で算
出されるfr値は大きくなり、したがって第２図において
（Ｂ）に比べ（Ａ）の結晶配向状態を有する被覆管の方
がfr値は大きいものとなる。
また、上記の通り最終焼鈍後のZr合金管材のfr値と耐
応力腐食割れとの間には密接な関係があるが、前記fr値
が0.6未満では所望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保
することができず、一方前記fr値が0.7を越えて大きく
なると、Zr合金管材のクリープ速度が急激に増大するよ
うになり、上記の通り原子力発電プラントの運転中にお
けるクリープ速度の増大は燃料棒の外径減少を加速し、
ペレット外面と被覆管内面との接触時期を速めて、被覆
管に過大な応力が負荷されることになることから、この
発明の方法では、Zr合金管材のもつfr値を0.6〜0.7と定
めた。
応力腐食割れとの間には密接な関係があるが、前記fr値
が0.6未満では所望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保
することができず、一方前記fr値が0.7を越えて大きく
なると、Zr合金管材のクリープ速度が急激に増大するよ
うになり、上記の通り原子力発電プラントの運転中にお
けるクリープ速度の増大は燃料棒の外径減少を加速し、
ペレット外面と被覆管内面との接触時期を速めて、被覆
管に過大な応力が負荷されることになることから、この
発明の方法では、Zr合金管材のもつfr値を0.6〜0.7と定
めた。
なお、上記の従来Zr合金被覆管では、通常約0.55のfr
値を示すが、ピルガー圧延時に直径減少率と肉厚減少率
の比（一般にＱ値といわれる）を従来圧延条件のそれよ
り相対的に大きくした条件で圧延を行なうとfr値が上昇
するようになり、前記Ｑ値を調製することにより所定の
fr値にすることができる。
値を示すが、ピルガー圧延時に直径減少率と肉厚減少率
の比（一般にＱ値といわれる）を従来圧延条件のそれよ
り相対的に大きくした条件で圧延を行なうとfr値が上昇
するようになり、前記Ｑ値を調製することにより所定の
fr値にすることができる。
さらに、この発明の方法において、電解研磨時の内面
からの除去深さを５〜15μｍ未満にして表面粗さを２μ
mRmax以下と定めたのは、その研磨深さが５μｍ未満で
は内面の表面粗さを２μmRmax以下に仕上げることがで
きず、このように表面粗さが２μmRmaxを越えて粗くな
ると所望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保するのが困
難となり、一方15μｍ以上の研磨深さにしても耐応力腐
食割れ性により一層の向上効果が現われないという理由
によるものである。
からの除去深さを５〜15μｍ未満にして表面粗さを２μ
mRmax以下と定めたのは、その研磨深さが５μｍ未満で
は内面の表面粗さを２μmRmax以下に仕上げることがで
きず、このように表面粗さが２μmRmaxを越えて粗くな
ると所望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保するのが困
難となり、一方15μｍ以上の研磨深さにしても耐応力腐
食割れ性により一層の向上効果が現われないという理由
によるものである。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明
する。
する。
押出し加工により、いずれも重量％でZr−1.3％Sn−
0.2％Fe−0.1％Crの組成および外径:86mm×肉厚:15mmの
寸法をもった８本の中空素管を成形し、これらのそれぞ
れに直径減少率と肉厚減少率の比（Ｑ値）を前記中空素
管ごとに種々変化させた状態で４回の冷間ピルガー圧延
を700℃での真空焼鈍を加えながら繰り返し施して、外
径:9.5mm×肉厚:0.6mmの寸法とし、さらに450℃での最
終焼鈍を行なってそれぞれ第１表に示されるfr値をもっ
たZr合金管材を成形し、ついで前記Zr合金管材の中心線
にそって直径:4mmのワイヤを通し、この状態を治具によ
り固定して、氷酢酸:90体積％と過塩素酸:10体積％から
なる電解液に浸漬し、前記Zr合金管材を陽極、前記ワイ
ヤを陰極とし、電流密度を５〜40A/dm2の範囲内、研磨
時間を１〜５分の範囲内で適宜調製しながら電解研磨を
行なうことにより本発明法１〜６および比較法1,2を実
施し、同じく第１表に示される研磨深さと表面粗さの内
面をもったZr合金製被覆管を製造した。
0.2％Fe−0.1％Crの組成および外径:86mm×肉厚:15mmの
寸法をもった８本の中空素管を成形し、これらのそれぞ
れに直径減少率と肉厚減少率の比（Ｑ値）を前記中空素
管ごとに種々変化させた状態で４回の冷間ピルガー圧延
を700℃での真空焼鈍を加えながら繰り返し施して、外
径:9.5mm×肉厚:0.6mmの寸法とし、さらに450℃での最
終焼鈍を行なってそれぞれ第１表に示されるfr値をもっ
たZr合金管材を成形し、ついで前記Zr合金管材の中心線
にそって直径:4mmのワイヤを通し、この状態を治具によ
り固定して、氷酢酸:90体積％と過塩素酸:10体積％から
なる電解液に浸漬し、前記Zr合金管材を陽極、前記ワイ
ヤを陰極とし、電流密度を５〜40A/dm2の範囲内、研磨
時間を１〜５分の範囲内で適宜調製しながら電解研磨を
行なうことにより本発明法１〜６および比較法1,2を実
施し、同じく第１表に示される研磨深さと表面粗さの内
面をもったZr合金製被覆管を製造した。
なお、比較法1,2は、Zr合金管材のfr値、または被覆
管内面の研磨深さと表面粗さがこの発明の範囲から外れ
たZr合金製被覆管を製造した場合を示す。
管内面の研磨深さと表面粗さがこの発明の範囲から外れ
たZr合金製被覆管を製造した場合を示す。
つぎに、この結果得られた各種の被覆管について応力
腐食割れ試験を行なった。
腐食割れ試験を行なった。
応力腐食割れ試験は、上記被覆管から長さ:100mmの試
片を切出し、また燃料ペレットの模擬ペレットとして外
径:8.2mm×肉厚:1.5mm×長さ:15mmの寸法を有し、かつ
外面側に90゜ごとに長手方向に深さ:0.5mm×幅:0.5mmの
溝をもったアルミナ製ペレットを用意し、さらに圧力伝
達部片として外径:.9mm×長さ:10mmの純Zr製中子を用意
し、ついで上記試片内の中央部に上記模擬ペレットを挿
入し、前記模擬ペレット内の中央部には前記中子を挿入
して組み立て、この組み立て体を、試片:1cm2当り3mgの
割合でヨウ素を含有する360℃のArガス雰囲気内に保持
し、この条件下で前記中子を上下より治具で圧縮して樽
状に 変形させ、これによって模擬ペレットは押し広げられ、
部分的に割れが発生し、破片の角が試片の内面を加圧す
る（試片の内面が局部的に応力を受けている）状態と
し、この状態を、前記応力と腐食性のヨウ素との相互作
用で試片内面に亀裂が発生し、この亀裂が内面から外面
側に進展し、ついには外面に達するまで保持することに
より行ない、試験後、外面に亀裂が生じた部分の外径D1
を測定し、試験前の外径D0との変化割合、すなわち（D1
−D0）/D0×100を算出した。したがって変化割合が大き
い値を示すほど耐応力腐食割れ性にすぐれていることに
なる。この結果を第１表に示した。
片を切出し、また燃料ペレットの模擬ペレットとして外
径:8.2mm×肉厚:1.5mm×長さ:15mmの寸法を有し、かつ
外面側に90゜ごとに長手方向に深さ:0.5mm×幅:0.5mmの
溝をもったアルミナ製ペレットを用意し、さらに圧力伝
達部片として外径:.9mm×長さ:10mmの純Zr製中子を用意
し、ついで上記試片内の中央部に上記模擬ペレットを挿
入し、前記模擬ペレット内の中央部には前記中子を挿入
して組み立て、この組み立て体を、試片:1cm2当り3mgの
割合でヨウ素を含有する360℃のArガス雰囲気内に保持
し、この条件下で前記中子を上下より治具で圧縮して樽
状に 変形させ、これによって模擬ペレットは押し広げられ、
部分的に割れが発生し、破片の角が試片の内面を加圧す
る（試片の内面が局部的に応力を受けている）状態と
し、この状態を、前記応力と腐食性のヨウ素との相互作
用で試片内面に亀裂が発生し、この亀裂が内面から外面
側に進展し、ついには外面に達するまで保持することに
より行ない、試験後、外面に亀裂が生じた部分の外径D1
を測定し、試験前の外径D0との変化割合、すなわち（D1
−D0）/D0×100を算出した。したがって変化割合が大き
い値を示すほど耐応力腐食割れ性にすぐれていることに
なる。この結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明法１〜６によって
製造されたZr合金製被覆管は、いずれもすぐれた耐応力
腐食割れ性を示すのに対して、比較法1,2で製造されたZ
r合金製被覆管に見られるように、Zr合金管材のfr値お
よび被覆管の研磨深さと表面粗さのいずれかでもこの発
明の範囲から外れると良好な耐応力腐食割れ性を確保す
るのが困難になることが明らかである。
製造されたZr合金製被覆管は、いずれもすぐれた耐応力
腐食割れ性を示すのに対して、比較法1,2で製造されたZ
r合金製被覆管に見られるように、Zr合金管材のfr値お
よび被覆管の研磨深さと表面粗さのいずれかでもこの発
明の範囲から外れると良好な耐応力腐食割れ性を確保す
るのが困難になることが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、原子炉の燃
料棒を構成する被覆管として用いた場合に、すぐれた耐
応力腐食割れ性を発揮するZr合金製被覆管を製造するこ
とができるのである。
料棒を構成する被覆管として用いた場合に、すぐれた耐
応力腐食割れ性を発揮するZr合金製被覆管を製造するこ
とができるのである。
第１図はfr値を求める式を説明するための図、第２図は
結晶配向とfr値との関係を説明するための図である。
結晶配向とfr値との関係を説明するための図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 匡克 埼玉県桶川市日出谷1230 三菱金属株式会 社桶川第一製作所内 (72)発明者 松本 邦雄 埼玉県桶川市日出谷1230 三菱金属株式会 社桶川第一製作所内 (72)発明者 近藤 吉明 東京都世田谷区円桜丘５−29−５ (72)発明者 和田 論 東京都国立市西１−16−80 (72)発明者 小松 和志 埼玉県浦和市大字大牧746 (56)参考文献 特開 昭54−197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−50160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−22114（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−126764（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−36870（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】集合組織の異方性を表わす半径方向のｆ値
であるfr値を測定した場合、0.6〜0.7のfr値を示す最終
焼鈍後のZr合金管材に電解研磨を施して、その内面を５
〜15μｍ未満の深さに亘って除去すると共に、２μmRma
x以下の表面粗さに仕上げることを特徴とする耐応力腐
食割れ性の良好な原子燃料用Zr合金製被覆管の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058251A JPH0830746B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Ｚｒ合金製被覆管の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058251A JPH0830746B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Ｚｒ合金製被覆管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6324193A JPS6324193A (ja) | 1988-02-01 |
| JPH0830746B2 true JPH0830746B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=13078913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61058251A Expired - Lifetime JPH0830746B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 耐応力腐食割れ性の良好な原子燃料用Ｚｒ合金製被覆管の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830746B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2521328B2 (ja) * | 1988-06-20 | 1996-08-07 | 三菱重工業株式会社 | ジルコニウム基合金製原子燃料被覆管 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54197A (en) * | 1977-06-02 | 1979-01-05 | Toshiba Corp | Nuclear fuel element |
| US4279972A (en) * | 1979-08-27 | 1981-07-21 | Duracell International Inc. | Non-aqueous electrolyte cell |
| JPS5950160A (ja) * | 1982-09-17 | 1984-03-23 | Toshiba Corp | 原子炉用炉内構造材 |
-
1986
- 1986-03-18 JP JP61058251A patent/JPH0830746B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6324193A (ja) | 1988-02-01 |
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