JPH083704A - ジルコニウム合金管の製造方法 - Google Patents
ジルコニウム合金管の製造方法Info
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- JPH083704A JPH083704A JP6155217A JP15521794A JPH083704A JP H083704 A JPH083704 A JP H083704A JP 6155217 A JP6155217 A JP 6155217A JP 15521794 A JP15521794 A JP 15521794A JP H083704 A JPH083704 A JP H083704A
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- workability
- billet
- quenching
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジルコニウム合金管の製造コストを低減す
る。 【構成】 ビレットのβ焼入工程において、９００℃か
ら８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒とする。冷
却速度の低下により、冷間圧延での加工性が向上する。
耐ノジュラー腐食性への悪影響が生じない。
る。 【構成】 ビレットのβ焼入工程において、９００℃か
ら８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒とする。冷
却速度の低下により、冷間圧延での加工性が向上する。
耐ノジュラー腐食性への悪影響が生じない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に原子炉、特に沸騰
水型原子炉の炉心部材として用いられるジルコニウム合
金管の製造方法に関する。
水型原子炉の炉心部材として用いられるジルコニウム合
金管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心部材としては、通
常ジルカロイ２からなるジルコニウム合金管が用いられ
ている。そして、このジルコニウム合金管は、一般に次
のようなプロセスで製造される。
常ジルカロイ２からなるジルコニウム合金管が用いられ
ている。そして、このジルコニウム合金管は、一般に次
のようなプロセスで製造される。
【０００３】真空溶解で作製したインゴットを鍛造によ
り丸棒状のビレットとなす。この丸ビレットをβ焼入後
に熱間押出加工して素管となす。丸ビレットに対する孔
ぐりは、β焼入の前または後に行われるが、沸騰水型原
子炉用のジルカロイ２については、後述するように、β
焼入前に行われることが多い。素管に対しては焼鈍後、
必要な寸法が得られるまで冷間圧延−焼鈍を繰り返す。
そして、最終の焼鈍の後に精整を行う。
り丸棒状のビレットとなす。この丸ビレットをβ焼入後
に熱間押出加工して素管となす。丸ビレットに対する孔
ぐりは、β焼入の前または後に行われるが、沸騰水型原
子炉用のジルカロイ２については、後述するように、β
焼入前に行われることが多い。素管に対しては焼鈍後、
必要な寸法が得られるまで冷間圧延−焼鈍を繰り返す。
そして、最終の焼鈍の後に精整を行う。
【０００４】ここで、ビレットのβ焼入は、本来は成分
組成の均一化を目的とするものであるが、最近は製品の
より高い品質を求める要求に応えるため、β焼入時の冷
却速度を大きくして、ノジュラー腐食に対する耐性を高
めるのが一般的である。
組成の均一化を目的とするものであるが、最近は製品の
より高い品質を求める要求に応えるため、β焼入時の冷
却速度を大きくして、ノジュラー腐食に対する耐性を高
めるのが一般的である。
【０００５】具体的には、日本原子力学会誌Vol.３２，
No. ７（１９９０）Ｐ７２〜８４「ＢＷＲ用燃料被覆管
の耐食性に及ぼすジルカロイ合金組成の影響」に示され
た実験で採用されているように、丸ビレットを１０００
℃以上に加熱した後、冷媒中に投入して急冷する。この
ような丸ビレットの急冷処理に際しては、急冷効果をよ
り一層高めるため、通常、加熱前の丸ビレットに孔明け
加工を施すとともに、冷媒として氷水が用いられる。
No. ７（１９９０）Ｐ７２〜８４「ＢＷＲ用燃料被覆管
の耐食性に及ぼすジルカロイ合金組成の影響」に示され
た実験で採用されているように、丸ビレットを１０００
℃以上に加熱した後、冷媒中に投入して急冷する。この
ような丸ビレットの急冷処理に際しては、急冷効果をよ
り一層高めるため、通常、加熱前の丸ビレットに孔明け
加工を施すとともに、冷媒として氷水が用いられる。
【０００６】ビレットのβ焼入において、このような急
冷処理を行うことにより、ジルコニウム合金中に析出物
として存在するＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ含有の金属間化合物相
が微細化分散化し、ノジュラー腐食感受性が低下する。
冷処理を行うことにより、ジルコニウム合金中に析出物
として存在するＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ含有の金属間化合物相
が微細化分散化し、ノジュラー腐食感受性が低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者の実
験調査によると、前述したような急速冷却は、耐食性向
上にある程度は寄与するものの、β組織がα域押出後も
一部残存し、熱間押出後に引き続いて行われる冷間圧延
での加工性を低下させる原因になることが判明した。
験調査によると、前述したような急速冷却は、耐食性向
上にある程度は寄与するものの、β組織がα域押出後も
一部残存し、熱間押出後に引き続いて行われる冷間圧延
での加工性を低下させる原因になることが判明した。
【０００８】実際、ジルコニウム合金管の製造に使用さ
れる素管は、冷間圧延で管内外面に疵が発生しやすく、
そのため、１回の冷間圧延での加工度を低く抑える必要
があり、その結果として圧延回数が増え、製造コストの
上昇を招くという問題があった。
れる素管は、冷間圧延で管内外面に疵が発生しやすく、
そのため、１回の冷間圧延での加工度を低く抑える必要
があり、その結果として圧延回数が増え、製造コストの
上昇を招くという問題があった。
【０００９】本発明の目的は、耐食性に優れたジルコニ
ウム合金管を経済的に製造できる方法を提供することに
ある。
ウム合金管を経済的に製造できる方法を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】耐食性に優れたジルコニ
ウム合金管の製造に使用される素管の冷間加工性が良く
ないことは従来より知られていたが、冷間加工回数の増
加によりその加工性の悪さが補われていたために、この
ことが特に問題とされることはなかった。
ウム合金管の製造に使用される素管の冷間加工性が良く
ないことは従来より知られていたが、冷間加工回数の増
加によりその加工性の悪さが補われていたために、この
ことが特に問題とされることはなかった。
【００１１】ところが、本発明者の実験調査により、β
焼入での急速冷却が、冷間圧延での加工性劣化の原因に
なっていることが新たに判明し、これにより、これまで
顧みられることのなかった冷間圧延での加工性改善につ
いての展望が開けることとなった。すなわち、本発明者
が得た知見とは次の４点である。
焼入での急速冷却が、冷間圧延での加工性劣化の原因に
なっていることが新たに判明し、これにより、これまで
顧みられることのなかった冷間圧延での加工性改善につ
いての展望が開けることとなった。すなわち、本発明者
が得た知見とは次の４点である。
【００１２】 β焼入で従来のような高速冷却を行う
と、その後にα域で熱間押出加工を行っても、その素管
にβ組織が多く残る。 この残存β組織が原因となって、冷間圧延での加工
性が低下し、高加工度で冷間圧延を行った場合に疵が発
生する。 図１に示すように、β焼入での冷却速度、特に９０
０℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒に抑
えることにより、残存β組織が減少し、冷間圧延での加
工性が改善される。 一般に、そのような低速冷却は、成分均一性および
ノジュラー腐食感受性に影響すると予想されるが、実用
上必要とされる成分均一性およびノジュラー腐食感受性
には影響しない。
と、その後にα域で熱間押出加工を行っても、その素管
にβ組織が多く残る。 この残存β組織が原因となって、冷間圧延での加工
性が低下し、高加工度で冷間圧延を行った場合に疵が発
生する。 図１に示すように、β焼入での冷却速度、特に９０
０℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒に抑
えることにより、残存β組織が減少し、冷間圧延での加
工性が改善される。 一般に、そのような低速冷却は、成分均一性および
ノジュラー腐食感受性に影響すると予想されるが、実用
上必要とされる成分均一性およびノジュラー腐食感受性
には影響しない。
【００１３】本発明はこれらの知見に基づいてなされた
もので、ジルコニウム合金管を製造する際に、ビレット
のβ焼入での９００℃から８００℃までの冷却速度を１
〜８０℃／秒とすることを特徴とするジルコニウム合金
管の製造方法を要旨とする。
もので、ジルコニウム合金管を製造する際に、ビレット
のβ焼入での９００℃から８００℃までの冷却速度を１
〜８０℃／秒とすることを特徴とするジルコニウム合金
管の製造方法を要旨とする。
【００１４】
【作用】本発明の方法は、従来の方法と比べてβ焼入の
工程が相違し、その結果として冷間圧延工程での加工
度、その配分、加工回数等が相違することになるが、他
の工程は、従来の方法と同一でよい。
工程が相違し、その結果として冷間圧延工程での加工
度、その配分、加工回数等が相違することになるが、他
の工程は、従来の方法と同一でよい。
【００１５】β焼入の冷却工程において、９００℃から
８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒としたのは、
１℃／秒未満では溶体化の目的が達せられず、ノジュラ
ー腐食感受性が高まり、８０℃／秒を超えるとα域での
熱間押出の後もβ組織が多く残存し、冷間圧延での加工
性が改善されないからである。
８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒としたのは、
１℃／秒未満では溶体化の目的が達せられず、ノジュラ
ー腐食感受性が高まり、８０℃／秒を超えるとα域での
熱間押出の後もβ組織が多く残存し、冷間圧延での加工
性が改善されないからである。
【００１６】冷却速度の低下により残存β組織が減少す
るのは、冷却速度が大きい場合に見られる歪みを多く含
む針状組織が、冷却速度の低下に伴って減少し、熱間押
出後の組織変化を緩和させるためである。一方、数℃／
秒というような低速冷却でも従来の高速冷却と同様にノ
ジュラー腐食感受性が低く抑えられるのは、この程度の
冷却速度であっても、β域からの冷却処理であるので金
属間化合物の微細分散化が何等妨げられることがないた
めと考えられる。
るのは、冷却速度が大きい場合に見られる歪みを多く含
む針状組織が、冷却速度の低下に伴って減少し、熱間押
出後の組織変化を緩和させるためである。一方、数℃／
秒というような低速冷却でも従来の高速冷却と同様にノ
ジュラー腐食感受性が低く抑えられるのは、この程度の
冷却速度であっても、β域からの冷却処理であるので金
属間化合物の微細分散化が何等妨げられることがないた
めと考えられる。
【００１７】望ましい冷却速度は、下限については５℃
／秒以上であり、１０℃／秒以上が更に望ましい。上限
については７０℃／秒以下が望ましく、５０℃／秒以下
が更に望ましい。
／秒以上であり、１０℃／秒以上が更に望ましい。上限
については７０℃／秒以下が望ましく、５０℃／秒以下
が更に望ましい。
【００１８】冷却速度限定温度域を９００℃から８００
℃までとしたのは、ジルカロイ２の変態温度がこの温度
域であり、且つ金属間化合物の微細分散化が顕著に起こ
るのに対し、これ以外の温度域では金属間化合物の微細
分散化が殆ど生じないためである。
℃までとしたのは、ジルカロイ２の変態温度がこの温度
域であり、且つ金属間化合物の微細分散化が顕著に起こ
るのに対し、これ以外の温度域では金属間化合物の微細
分散化が殆ど生じないためである。
【００１９】このような冷却速度を得るための具体的な
方法としては、ビレット形状の見直し、冷却媒体の変更
等がある。ビレット形状の見直しとは、中空形状のビレ
ットを中実品に代えること、すなわち孔ぐりをβ焼入後
に行うことであり、これにより冷却速度を遅くできる。
冷却媒体の変更とは温度調整した水の使用、高分子有機
物を溶解させた水の使用等であり、これによっても冷却
速度を遅くできる。そして、これらの組み合わせによ
り、９００℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃
／秒に調整できる。
方法としては、ビレット形状の見直し、冷却媒体の変更
等がある。ビレット形状の見直しとは、中空形状のビレ
ットを中実品に代えること、すなわち孔ぐりをβ焼入後
に行うことであり、これにより冷却速度を遅くできる。
冷却媒体の変更とは温度調整した水の使用、高分子有機
物を溶解させた水の使用等であり、これによっても冷却
速度を遅くできる。そして、これらの組み合わせによ
り、９００℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃
／秒に調整できる。
【００２０】ちなみに、前記文献に示されたのと同様の
工程条件では、中実品を水に投入した場合でも通常、そ
の水が氷水のため、９００℃から８００℃までの冷却速
度は９０℃／秒程度となる。また、前記文献は冷間圧延
での加工性のこと、β焼入での冷却速度がその加工性に
影響を与えること、本発明で限定した冷却速度が成分均
一性および耐食性に悪影響を与えることなく、その加工
性改善に寄与することを示していない。
工程条件では、中実品を水に投入した場合でも通常、そ
の水が氷水のため、９００℃から８００℃までの冷却速
度は９０℃／秒程度となる。また、前記文献は冷間圧延
での加工性のこと、β焼入での冷却速度がその加工性に
影響を与えること、本発明で限定した冷却速度が成分均
一性および耐食性に悪影響を与えることなく、その加工
性改善に寄与することを示していない。
【００２１】β焼入の加熱工程は従来どおりでよく、例
えば１０５０℃以上の温度域に３０分以上保持し、十分
な溶体化処理を行うことが望ましい。
えば１０５０℃以上の温度域に３０分以上保持し、十分
な溶体化処理を行うことが望ましい。
【００２２】冷間圧延では、素管の加工性が改善される
ため、加工１回当りの加工度の上限を約５０％程度から
９０％に引き上げることができる。これにより、圧延回
数および圧延に伴う焼鈍の回数低減が可能になる。
ため、加工１回当りの加工度の上限を約５０％程度から
９０％に引き上げることができる。これにより、圧延回
数および圧延に伴う焼鈍の回数低減が可能になる。
【００２３】なお、管材質は、沸騰水型原子炉の芯心材
料の場合は通常ジルカロイ２またはその相当品が選択さ
れるが、ジルカロイ４またはその相当品も使用可能であ
る。
料の場合は通常ジルカロイ２またはその相当品が選択さ
れるが、ジルカロイ４またはその相当品も使用可能であ
る。
【００２４】
【実施例】以下に本発明の実施例を示し、比較例と対比
させることにより、その効果を明らかにする。
させることにより、その効果を明らかにする。
【００２５】真空溶製によりジルカロイ２のインゴット
を作製した。そのインゴットを鍛造により外径１９０ｍ
ｍの丸ビレットとした。その丸ビレットをβ焼入し、熱
間押出加工により外径６3.５ｍｍ×肉厚１0.９ｍｍの素
管とした。その素管を焼鈍後、冷間圧延−焼鈍プロセス
の繰り返しにより外径１2.３ｍｍ×肉厚0.８６ｍｍに仕
上げた。
を作製した。そのインゴットを鍛造により外径１９０ｍ
ｍの丸ビレットとした。その丸ビレットをβ焼入し、熱
間押出加工により外径６3.５ｍｍ×肉厚１0.９ｍｍの素
管とした。その素管を焼鈍後、冷間圧延−焼鈍プロセス
の繰り返しにより外径１2.３ｍｍ×肉厚0.８６ｍｍに仕
上げた。
【００２６】β焼入では、１０５０℃に加熱した丸ビレ
ットを水中に投し、その水温調節と孔ぐりの有無とによ
り、９００℃から８００℃までの冷却速度を0.５，１，
１０，４０，８０，９０，１００，１１０℃／秒の８段
階に変更した。冷却速度はビレット外面に固定した熱電
対により測定した。
ットを水中に投し、その水温調節と孔ぐりの有無とによ
り、９００℃から８００℃までの冷却速度を0.５，１，
１０，４０，８０，９０，１００，１１０℃／秒の８段
階に変更した。冷却速度はビレット外面に固定した熱電
対により測定した。
【００２７】β焼入後の熱間押出は６５０℃で行い、押
出後の焼鈍は６５０℃×１Ｈｒとした。冷間圧延には表
１に示す２つのスケジユールを採用した。
出後の焼鈍は６５０℃×１Ｈｒとした。冷間圧延には表
１に示す２つのスケジユールを採用した。
【００２８】冷間圧延後の管内外面の疵を調査すると共
に、５００℃×１０，３ＭＰａ×２４Ｈｒのオートクレ
ープ試験によりノジュラー腐食の有無を調査した。調査
結果を表２に示す。
に、５００℃×１０，３ＭＰａ×２４Ｈｒのオートクレ
ープ試験によりノジュラー腐食の有無を調査した。調査
結果を表２に示す。
【００２９】表２から分かるように、β焼入において９
００℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒に
調整した本発明例（No. １〜４）では、ノジュラー腐食
の発生が認められなかった。また、冷間圧延を３回繰り
返す高加工度スケジユールを採用したにもかかわらず、
圧延での疵発生がなく、圧延後の手入を必要としなかっ
た。
００℃から８００℃までの冷却速度を１〜８０℃／秒に
調整した本発明例（No. １〜４）では、ノジュラー腐食
の発生が認められなかった。また、冷間圧延を３回繰り
返す高加工度スケジユールを採用したにもかかわらず、
圧延での疵発生がなく、圧延後の手入を必要としなかっ
た。
【００３０】一方、その冷却速度を0.５℃／秒とした比
較例（No. ５）では、冷間加工性は問題がなかったもの
の、ノジュラー腐食が発生した。
較例（No. ５）では、冷間加工性は問題がなかったもの
の、ノジュラー腐食が発生した。
【００３１】他方、その冷却速度が８０℃／秒を超えた
比較例（No. ６〜１１）では、ノジュラー腐食は認めら
れなかった。しかし、冷間圧延を３回繰り返す高加工度
スケジュールの場合（No. ６，７，８）はその圧延で疵
が発生したため、圧延後に手入れを必要とした。また、
冷間圧延を４回繰り返す低加工度スケジュールの場合
（No. ９，１０，１１）は、その疵が防止されたが、加
工回数および焼鈍回数が増加した。いずれの場合もコス
ト増を余儀なくされる。
比較例（No. ６〜１１）では、ノジュラー腐食は認めら
れなかった。しかし、冷間圧延を３回繰り返す高加工度
スケジュールの場合（No. ６，７，８）はその圧延で疵
が発生したため、圧延後に手入れを必要とした。また、
冷間圧延を４回繰り返す低加工度スケジュールの場合
（No. ９，１０，１１）は、その疵が防止されたが、加
工回数および焼鈍回数が増加した。いずれの場合もコス
ト増を余儀なくされる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のジルコニ
ウム合金管の製造方法は、ビレットのβ焼入での冷却速
度を１〜８０℃／秒とすることにより、耐ノジュラー腐
食性を犠牲にすることなく、冷間圧延での加工性を改善
し、その加工回数を少なくするなど、製造コスト低減に
大きな効果を発揮する。
ウム合金管の製造方法は、ビレットのβ焼入での冷却速
度を１〜８０℃／秒とすることにより、耐ノジュラー腐
食性を犠牲にすることなく、冷間圧延での加工性を改善
し、その加工回数を少なくするなど、製造コスト低減に
大きな効果を発揮する。
【図１】β焼入での冷却速度と冷間圧延での疵発生率と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 ジルコニウム合金管を製造する際に、ビ
レットのβ焼入での９００℃から８００℃までの冷却速
度を１〜８０℃／秒とすることを特徴とするジルコニウ
ム合金管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6155217A JPH083704A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ジルコニウム合金管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6155217A JPH083704A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ジルコニウム合金管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH083704A true JPH083704A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15601084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6155217A Pending JPH083704A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ジルコニウム合金管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH083704A (ja) |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP6155217A patent/JPH083704A/ja active Pending
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