JPH1054892A - 軽水炉用燃料棒およびその製造方法 - Google Patents
軽水炉用燃料棒およびその製造方法Info
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- JPH1054892A JPH1054892A JP8211282A JP21128296A JPH1054892A JP H1054892 A JPH1054892 A JP H1054892A JP 8211282 A JP8211282 A JP 8211282A JP 21128296 A JP21128296 A JP 21128296A JP H1054892 A JPH1054892 A JP H1054892A
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軽水炉用燃料棒およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：
０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％
を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成
のジルコニウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン
燃料ペレットを充填し、前記被覆管の両端を端栓で封止
したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することによ
り密封してなる軽水炉用燃料棒において、前記被覆管と
端栓をＴＩＧ溶接することにより形成されたビードに隣
接する被覆管の熱影響部組織の結晶粒界に、粒径：０．
０１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金
属間化合物からなる析出物が存在していることを特徴と
する。
る。 【解決手段】 Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：
０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％
を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成
のジルコニウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン
燃料ペレットを充填し、前記被覆管の両端を端栓で封止
したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することによ
り密封してなる軽水炉用燃料棒において、前記被覆管と
端栓をＴＩＧ溶接することにより形成されたビードに隣
接する被覆管の熱影響部組織の結晶粒界に、粒径：０．
０１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金
属間化合物からなる析出物が存在していることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、軽水炉用燃料棒
およびその製造方法に関するものである。
およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１の断面図に示されるように、軽水炉
用の燃料棒１はジルカロイ２（ＪＩＳＨ４７５１ＺｒＮ
Ｔ８０２Ｄ）もしくはジルカロイ４（ＪＩＳ Ｈ４７５
１ＺｒＮＴ８０４Ｄ）などのジルコニウム合金からなる
被覆管２の内部にＵＯ2 燃料ペレット３を積重ねて充填
し、スプリング５でＵＯ2 燃料ペレット３を押圧するよ
うにして被覆管２の両端を端栓４で封止し、ＴＩＧ溶接
することにより密封して組立てられる。前記ＴＩＧ溶接
により形成される溶接部のビード６の幅は約２ｍｍでそ
の両側に同じく約２ｍｍ幅の熱影響部７が形成される
が、ＴＩＧ溶接し溶接部をそのまま放冷すると、前記熱
影響部７は、通常、１００℃／秒程度の冷却速度で冷却
されるといわれている。
用の燃料棒１はジルカロイ２（ＪＩＳＨ４７５１ＺｒＮ
Ｔ８０２Ｄ）もしくはジルカロイ４（ＪＩＳ Ｈ４７５
１ＺｒＮＴ８０４Ｄ）などのジルコニウム合金からなる
被覆管２の内部にＵＯ2 燃料ペレット３を積重ねて充填
し、スプリング５でＵＯ2 燃料ペレット３を押圧するよ
うにして被覆管２の両端を端栓４で封止し、ＴＩＧ溶接
することにより密封して組立てられる。前記ＴＩＧ溶接
により形成される溶接部のビード６の幅は約２ｍｍでそ
の両側に同じく約２ｍｍ幅の熱影響部７が形成される
が、ＴＩＧ溶接し溶接部をそのまま放冷すると、前記熱
影響部７は、通常、１００℃／秒程度の冷却速度で冷却
されるといわれている。
【０００３】溶接前の被覆管２は加工組織を有してお
り、端栓４は等軸晶組織を有しているが、ＴＩＧ溶接す
ることにより形成される溶接部のビード６および熱影響
部７は組織が変化し、ビード６は液相から急冷されるこ
とにより非常に微細な針状晶組織になり、そして熱影響
部７はジルコニウム高温安定相であるβ（ｂ．ｃ．
ｃ．）相あるいはαとβとが混在する領域の温度から急
冷されることにより、図２に示されるように、等軸晶組
織８と針状晶組織９が混在する組織にそれぞれ変化す
る。
り、端栓４は等軸晶組織を有しているが、ＴＩＧ溶接す
ることにより形成される溶接部のビード６および熱影響
部７は組織が変化し、ビード６は液相から急冷されるこ
とにより非常に微細な針状晶組織になり、そして熱影響
部７はジルコニウム高温安定相であるβ（ｂ．ｃ．
ｃ．）相あるいはαとβとが混在する領域の温度から急
冷されることにより、図２に示されるように、等軸晶組
織８と針状晶組織９が混在する組織にそれぞれ変化す
る。
【０００４】近年、電力供給源として原子力発電の比重
が高まり、それにつれて原子力発電所の効率的な運転が
求められるようになってきた。しかし、原子力発電所の
効率的な運転は、そこに設置されている軽水炉の高効率
運転を必要とし、軽水炉の高効率運転はジルコニウム被
覆管にＵＯ2 燃料を充填した燃料棒の耐食性を向上さ
せ、燃料棒の交換回数を減らす必要があったが、従来の
ジルカロイ２またはジルカロイ４からなる被覆管を用い
た燃料棒では、長期間の十分な耐食性が得られない。
が高まり、それにつれて原子力発電所の効率的な運転が
求められるようになってきた。しかし、原子力発電所の
効率的な運転は、そこに設置されている軽水炉の高効率
運転を必要とし、軽水炉の高効率運転はジルコニウム被
覆管にＵＯ2 燃料を充填した燃料棒の耐食性を向上さ
せ、燃料棒の交換回数を減らす必要があったが、従来の
ジルカロイ２またはジルカロイ４からなる被覆管を用い
た燃料棒では、長期間の十分な耐食性が得られない。
【０００５】そこで、従来のジルカロイ２またはジルカ
ロイ４よりも長期間の腐食に耐えうるＮｂ：０．６〜
２．０重量％、Ｓｎ：０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：
０．０５〜０．３重量％を含有し、残りがＺｒおよび不
可避不純物からなる組成のジルコニウム合金（以下、こ
のジルコニウム合金を、ＮｂおよびＦｅを含むジルコニ
ウム合金という）が提案されている（例えば、特開昭６
１−１７０５５２号公報、特開平１−１８８６４３号公
報、特開平２−４９３７号公報、、特開平３−９０５２
７号公報、特公平２−６０１８号公報、特公平３−６０
１９号公報など参照）。
ロイ４よりも長期間の腐食に耐えうるＮｂ：０．６〜
２．０重量％、Ｓｎ：０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：
０．０５〜０．３重量％を含有し、残りがＺｒおよび不
可避不純物からなる組成のジルコニウム合金（以下、こ
のジルコニウム合金を、ＮｂおよびＦｅを含むジルコニ
ウム合金という）が提案されている（例えば、特開昭６
１−１７０５５２号公報、特開平１−１８８６４３号公
報、特開平２−４９３７号公報、、特開平３−９０５２
７号公報、特公平２−６０１８号公報、特公平３−６０
１９号公報など参照）。
【０００６】そして、ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウ
ム合金からなる被覆管２を使用した場合、ＴＩＧ溶接し
溶接部をそのまま放冷して得られた前記熱影響部７の組
織は、図２に示されるように、等軸晶組織８と等軸晶組
織８の結晶粒界１０、等軸晶組織８と針状晶組織９の結
晶粒界１０並びに針状晶組織９と針状晶組織９の結晶粒
界１０にＮｂおよびＦｅが偏析し、これら結晶粒界での
ＮｂおよびＦｅ濃度はそれぞれ最大でＮｂ：３．５重量
％でかつＦｅ：０．６重量％となることも知られてい
る。しかし、熱影響部７の結晶粒界１０にＺｒ、Ｎｂお
よびＦｅを含む金属間化合物が存在することは知られて
おらず、存在しているとしても粒径が０．０１μｍ未満
のごく微細なもので、金属間化合物として存在を確認す
ることが不可能であった。
ム合金からなる被覆管２を使用した場合、ＴＩＧ溶接し
溶接部をそのまま放冷して得られた前記熱影響部７の組
織は、図２に示されるように、等軸晶組織８と等軸晶組
織８の結晶粒界１０、等軸晶組織８と針状晶組織９の結
晶粒界１０並びに針状晶組織９と針状晶組織９の結晶粒
界１０にＮｂおよびＦｅが偏析し、これら結晶粒界での
ＮｂおよびＦｅ濃度はそれぞれ最大でＮｂ：３．５重量
％でかつＦｅ：０．６重量％となることも知られてい
る。しかし、熱影響部７の結晶粒界１０にＺｒ、Ｎｂお
よびＦｅを含む金属間化合物が存在することは知られて
おらず、存在しているとしても粒径が０．０１μｍ未満
のごく微細なもので、金属間化合物として存在を確認す
ることが不可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記ＮｂおよびＦｅを
含むジルコニウム合金からなる被覆管を使用しＵＯ2 燃
料を充填した燃料棒は、通常は、従来のジルカロイ２ま
たはジルカロイ４からなる被覆管よりも耐食性が向上し
ているが、Ｎｂ含有のジルコニウム合金からなる被覆管
の溶接熱影響部は、ジルカロイ２またはジルカロイ４か
らなる被覆管の溶接熱影響部よりも耐食性に劣ることが
あった。
含むジルコニウム合金からなる被覆管を使用しＵＯ2 燃
料を充填した燃料棒は、通常は、従来のジルカロイ２ま
たはジルカロイ４からなる被覆管よりも耐食性が向上し
ているが、Ｎｂ含有のジルコニウム合金からなる被覆管
の溶接熱影響部は、ジルカロイ２またはジルカロイ４か
らなる被覆管の溶接熱影響部よりも耐食性に劣ることが
あった。
【０００８】例えば、原子炉内で起こる腐食速度を炉外
で評価する手法の一つとして、温度：３６０℃、圧力が
その温度での飽和蒸気圧である約１９０気圧で実施する
オートクレーブ試験があるが、前記ＮｂおよびＦｅを含
むジルコニウム合金からなる被覆管とジルカロイ４から
なる端栓をＴＩＧ溶接することにより密封して組立てら
れた燃料棒のサンプルを、前記条件で１２０日間オート
クレーブ試験したところ、溶接ビード部および端栓側熱
影響部は、非溶接部と同様に黒色の酸化膜で覆われてお
り、この黒色の酸化膜で覆われた部分は耐食性に問題が
ないが、ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からな
る被覆管側の溶接熱影響部には白色の酸化膜が形成さ
れ、この白色の酸化膜が発生した部分の耐食性は極めて
低く、薄肉の被覆管の溶接熱影響部の白色酸化膜の形成
による耐食性の低下は燃料棒の寿命の大幅な短縮につな
がり、好ましくないことが分かった。
で評価する手法の一つとして、温度：３６０℃、圧力が
その温度での飽和蒸気圧である約１９０気圧で実施する
オートクレーブ試験があるが、前記ＮｂおよびＦｅを含
むジルコニウム合金からなる被覆管とジルカロイ４から
なる端栓をＴＩＧ溶接することにより密封して組立てら
れた燃料棒のサンプルを、前記条件で１２０日間オート
クレーブ試験したところ、溶接ビード部および端栓側熱
影響部は、非溶接部と同様に黒色の酸化膜で覆われてお
り、この黒色の酸化膜で覆われた部分は耐食性に問題が
ないが、ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からな
る被覆管側の溶接熱影響部には白色の酸化膜が形成さ
れ、この白色の酸化膜が発生した部分の耐食性は極めて
低く、薄肉の被覆管の溶接熱影響部の白色酸化膜の形成
による耐食性の低下は燃料棒の寿命の大幅な短縮につな
がり、好ましくないことが分かった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等はＮ
ｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からなる被覆管の
熱影響部に発生する白色の酸化膜について研究を行って
いたところ、従来のＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム
合金からなる被覆管と端栓をＴＩＧ溶接して得られたＮ
ｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からなる被覆管側
の熱影響部に５００℃〜７５０℃で１分〜２４時間保持
の熱処理を施すと、熱影響部の結晶粒界に粒径：０．０
１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含む金属間化
合物（例えば、Ｚｒ0.5 Ｎｂ0.3 Ｆｅ0.2 など）からな
る析出物が析出し、かかる粒径：０．０１〜０．５μｍ
のＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含む金属間化合物からなる析
出物が結晶粒界に存在する被覆管の熱影響部には白色の
酸化膜が発生せず、耐食性は一段と向上する、などの知
見を得たのである。
ｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からなる被覆管の
熱影響部に発生する白色の酸化膜について研究を行って
いたところ、従来のＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム
合金からなる被覆管と端栓をＴＩＧ溶接して得られたＮ
ｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からなる被覆管側
の熱影響部に５００℃〜７５０℃で１分〜２４時間保持
の熱処理を施すと、熱影響部の結晶粒界に粒径：０．０
１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含む金属間化
合物（例えば、Ｚｒ0.5 Ｎｂ0.3 Ｆｅ0.2 など）からな
る析出物が析出し、かかる粒径：０．０１〜０．５μｍ
のＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含む金属間化合物からなる析
出物が結晶粒界に存在する被覆管の熱影響部には白色の
酸化膜が発生せず、耐食性は一段と向上する、などの知
見を得たのである。
【００１０】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、（１）ＮｂおよびＦｅを含むジルコニ
ウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレッ
トを充填し、前記被覆管の両端をジルコニウム合金から
なる端栓で封止したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶
接することにより密封してなる軽水炉用燃料棒におい
て、前記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からな
る被覆管と端栓のＴＩＧ溶接により形成されたビードに
隣接する被覆管の熱影響部組織における結晶粒界に、粒
径：０．０１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含
有する金属間化合物からなる析出物が存在する軽水炉用
燃料棒、（２）ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金
からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレットを充填
し、被覆管の両端をジルコニウム合金からなる端栓で封
止したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することに
より密封する軽水炉用燃料棒の製造方法において、前記
被覆管と端栓のＴＩＧ溶接により形成されたビードに隣
接する被覆管の熱影響部を５００℃〜７５０℃で１分〜
２４時間保持の熱処理する軽水炉用燃料棒の製造方法、
に特徴を有するものである。
たものであって、（１）ＮｂおよびＦｅを含むジルコニ
ウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレッ
トを充填し、前記被覆管の両端をジルコニウム合金から
なる端栓で封止したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶
接することにより密封してなる軽水炉用燃料棒におい
て、前記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からな
る被覆管と端栓のＴＩＧ溶接により形成されたビードに
隣接する被覆管の熱影響部組織における結晶粒界に、粒
径：０．０１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含
有する金属間化合物からなる析出物が存在する軽水炉用
燃料棒、（２）ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金
からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレットを充填
し、被覆管の両端をジルコニウム合金からなる端栓で封
止したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することに
より密封する軽水炉用燃料棒の製造方法において、前記
被覆管と端栓のＴＩＧ溶接により形成されたビードに隣
接する被覆管の熱影響部を５００℃〜７５０℃で１分〜
２４時間保持の熱処理する軽水炉用燃料棒の製造方法、
に特徴を有するものである。
【００１１】この発明の軽水炉用燃料棒の被覆管として
用いる前記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金は、
Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：０．５〜１．５重
量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％を含有し、残りが
Ｚｒおよび不可避不純物からなる組成のジルコニウム合
金であるが、Ｎｂ：０．８〜１．２重量％、Ｓｎ：０．
８〜１．１重量％、Ｆｅ：０．０８〜０．１２重量％を
含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成の
ジルコニウム合金であることが好ましい。
用いる前記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金は、
Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：０．５〜１．５重
量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％を含有し、残りが
Ｚｒおよび不可避不純物からなる組成のジルコニウム合
金であるが、Ｎｂ：０．８〜１．２重量％、Ｓｎ：０．
８〜１．１重量％、Ｆｅ：０．０８〜０．１２重量％を
含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成の
ジルコニウム合金であることが好ましい。
【００１２】この発明のＮｂおよびＦｅを含むジルコニ
ウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレッ
トを充填し、前記被覆管の両端を端栓で封止したのち、
前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することにより密封して
なる軽水炉用燃料棒のＴＩＧ溶接により形成されたビー
ドに隣接する被覆管の熱影響部組織における結晶粒界に
存在する粒径：０．０１〜０．５μｍのＺｒ、Ｎｂおよ
びＦｅを含有する金属間化合物からなる析出物には、前
記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金の不可避不純
物としてＣｒが含まれていると、微量のＣｒが検出され
ることもあった。
ウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン燃料ペレッ
トを充填し、前記被覆管の両端を端栓で封止したのち、
前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することにより密封して
なる軽水炉用燃料棒のＴＩＧ溶接により形成されたビー
ドに隣接する被覆管の熱影響部組織における結晶粒界に
存在する粒径：０．０１〜０．５μｍのＺｒ、Ｎｂおよ
びＦｅを含有する金属間化合物からなる析出物には、前
記ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金の不可避不純
物としてＣｒが含まれていると、微量のＣｒが検出され
ることもあった。
【００１３】この発明の軽水炉用燃料棒における溶接熱
影響部の結晶粒界に存在する粒径：０．０１〜０．５μ
ｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金属間化合物の析
出物は、不活性性ガス雰囲気中で（イ）誘導加熱あるい
は直接通電加熱するかまたは（ロ）抵抗加熱炉で間接的
に加熱することにより得られる。その際、５００℃〜７
５０℃の範囲で温度が高い時は１分〜２４時間の範囲内
で短時間保持し、反対に温度の低い時は長時間保持の熱
処理を施す。
影響部の結晶粒界に存在する粒径：０．０１〜０．５μ
ｍのＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金属間化合物の析
出物は、不活性性ガス雰囲気中で（イ）誘導加熱あるい
は直接通電加熱するかまたは（ロ）抵抗加熱炉で間接的
に加熱することにより得られる。その際、５００℃〜７
５０℃の範囲で温度が高い時は１分〜２４時間の範囲内
で短時間保持し、反対に温度の低い時は長時間保持の熱
処理を施す。
【００１４】溶接熱影響部の結晶粒界のＺｒ、Ｎｂおよ
びＦｅを含有する金属間化合物の析出物は、粒径が０．
０１μｍ未満では十分な耐食性が得られず、一方、０．
５μｍを越える析出物は通常の条件では存在しない。ま
た５００℃未満の温度に現実的な時間保持しても金属間
化合物の析出物の粒径が０．０１μｍには達せず、７５
０℃を越える温度で熱処理した場合、再び耐食性の低下
が起こる。この時、析出物の成長は起こるが、その数は
急激に減少し、再溶解が始まっているものと考えられ
る。熱処理時間が１分未満では温度を最高の７５０℃に
しても金属間化合物の析出物の粒径が０．０１μｍには
達しない。一方、２４時間以上熱処理しても、既に平衡
に達しており、それ以上の析出物の成長および耐食性の
改善効果は認められない。
びＦｅを含有する金属間化合物の析出物は、粒径が０．
０１μｍ未満では十分な耐食性が得られず、一方、０．
５μｍを越える析出物は通常の条件では存在しない。ま
た５００℃未満の温度に現実的な時間保持しても金属間
化合物の析出物の粒径が０．０１μｍには達せず、７５
０℃を越える温度で熱処理した場合、再び耐食性の低下
が起こる。この時、析出物の成長は起こるが、その数は
急激に減少し、再溶解が始まっているものと考えられ
る。熱処理時間が１分未満では温度を最高の７５０℃に
しても金属間化合物の析出物の粒径が０．０１μｍには
達しない。一方、２４時間以上熱処理しても、既に平衡
に達しており、それ以上の析出物の成長および耐食性の
改善効果は認められない。
【００１５】
実施例１ 直径：１０mm、厚さ：０．６mmの寸法を有し、Ｎｂ：
１．０重量％、Ｓｎ：１．０重量％、Ｆｅ：０．１重量
％を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組
成の組成のジルコニウム合金製被覆管を用意し、このジ
ルコニウム合金製被覆管の端部にＳｎ：１．５重量％、
Ｆｅ：０．２重量％、Ｃｒ：０．１重量％を含有し、残
りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成のジルコニウ
ム合金製端栓を下記の条件でＴＩＧ溶接し、熱影響部を
表１に示される条件で熱処理することによりＺｒ、Ｎｂ
およびＦｅを含む金属間化合物からなる析出物を結晶粒
界に生じさせ、本発明サンプル１〜１５、比較サンプル
１〜５および従来サンプル１を作製した。 ＴＩＧ溶接条件： 電流：３０Ａ、 電圧：１５Ｖ、 溶接速度：５００ｍｍ／ｍｉｎ． 冷却ガス：２５ι／ｍｉｎ．Ｈｅ、
１．０重量％、Ｓｎ：１．０重量％、Ｆｅ：０．１重量
％を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組
成の組成のジルコニウム合金製被覆管を用意し、このジ
ルコニウム合金製被覆管の端部にＳｎ：１．５重量％、
Ｆｅ：０．２重量％、Ｃｒ：０．１重量％を含有し、残
りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成のジルコニウ
ム合金製端栓を下記の条件でＴＩＧ溶接し、熱影響部を
表１に示される条件で熱処理することによりＺｒ、Ｎｂ
およびＦｅを含む金属間化合物からなる析出物を結晶粒
界に生じさせ、本発明サンプル１〜１５、比較サンプル
１〜５および従来サンプル１を作製した。 ＴＩＧ溶接条件： 電流：３０Ａ、 電圧：１５Ｖ、 溶接速度：５００ｍｍ／ｍｉｎ． 冷却ガス：２５ι／ｍｉｎ．Ｈｅ、
【００１６】かかる本発明サンプル１〜１５、比較サン
プル１〜３および従来サンプル１を硝フッ酸（ＨＮ
Ｏ3 ：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝４５：５：５０（ｖｏｌ％））の
溶液中で厚さ：１００μｍまで化学研磨し、直径：３ｍ
ｍのｄｉｓｋ状に切り出した後、下記の条件の電解研磨
を行うことにより透過電子顕微鏡観察用薄膜試料を作製
した。 電解研磨条件： 電圧：２０Ｖ、 電流：１００ｍＡ、 温度：マイナス４０℃、 溶液：５％過塩酸−メタノール
プル１〜３および従来サンプル１を硝フッ酸（ＨＮ
Ｏ3 ：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝４５：５：５０（ｖｏｌ％））の
溶液中で厚さ：１００μｍまで化学研磨し、直径：３ｍ
ｍのｄｉｓｋ状に切り出した後、下記の条件の電解研磨
を行うことにより透過電子顕微鏡観察用薄膜試料を作製
した。 電解研磨条件： 電圧：２０Ｖ、 電流：１００ｍＡ、 温度：マイナス４０℃、 溶液：５％過塩酸−メタノール
【００１７】この様にして得られた本発明サンプル１〜
１５、比較サンプル１〜３および従来サンプル１の透過
電子顕微鏡観察用薄膜試料を加速電圧：２００ＫＶ、倍
率：５０，０００倍で観察し、さらに熱影響部の結晶粒
界に存在するＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金属間化
合物からなる析出物の粒径を測定し、それらの結果を表
１に示した。
１５、比較サンプル１〜３および従来サンプル１の透過
電子顕微鏡観察用薄膜試料を加速電圧：２００ＫＶ、倍
率：５０，０００倍で観察し、さらに熱影響部の結晶粒
界に存在するＺｒ、ＮｂおよびＦｅを含有する金属間化
合物からなる析出物の粒径を測定し、それらの結果を表
１に示した。
【００１８】一方、本発明サンプル１〜１５、比較サン
プル１〜３および従来サンプル１をオートクレーブ装置
に装入し、３６０℃の高温純水中に１２０日間保持の条
件によるオートクレーブ試験し、ジルコニウム合金製被
覆管の熱影響部の色調を調べ、その結果を表１に示し
た。
プル１〜３および従来サンプル１をオートクレーブ装置
に装入し、３６０℃の高温純水中に１２０日間保持の条
件によるオートクレーブ試験し、ジルコニウム合金製被
覆管の熱影響部の色調を調べ、その結果を表１に示し
た。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１に示される結果から、熱処理しない従
来サンプル１のジルコニウム合金製被覆管の熱影響部は
オートクレーブ試験により白色となって耐食性が劣るこ
とが分かる。一方、熱影響部のＺｒ、ＮｂおよびＦｅを
含有する金属間化合物からなる析出物の粒径が０．０１
〜０．５μｍの範囲内にある本発明サンプル１〜１５
は、オートクレーブ試験後の熱影響部の色調がいずれも
黒色で耐食性に優れているが、熱影響部のＺｒ、Ｎｂお
よびＦｅを含有する金属間化合物からなる析出物の粒径
が０．０１μｍ未満の比較サンプル１〜３は、オートク
レーブ試験後の熱影響部の色調がいずれも白色で耐食性
が低いことが分かる。
来サンプル１のジルコニウム合金製被覆管の熱影響部は
オートクレーブ試験により白色となって耐食性が劣るこ
とが分かる。一方、熱影響部のＺｒ、ＮｂおよびＦｅを
含有する金属間化合物からなる析出物の粒径が０．０１
〜０．５μｍの範囲内にある本発明サンプル１〜１５
は、オートクレーブ試験後の熱影響部の色調がいずれも
黒色で耐食性に優れているが、熱影響部のＺｒ、Ｎｂお
よびＦｅを含有する金属間化合物からなる析出物の粒径
が０．０１μｍ未満の比較サンプル１〜３は、オートク
レーブ試験後の熱影響部の色調がいずれも白色で耐食性
が低いことが分かる。
【００２１】
【発明の効果】上述のように、この発明の軽水炉用燃料
棒は、溶接熱影響部の熱処理により従来よりも耐食性が
向上し、信頼性の高い高効率運転が可能となって、原子
力産業の発展に大いに貢献しうるものである。
棒は、溶接熱影響部の熱処理により従来よりも耐食性が
向上し、信頼性の高い高効率運転が可能となって、原子
力産業の発展に大いに貢献しうるものである。
【図１】軽水炉用燃料棒の構造を示す説明図である。
【図２】ＮｂおよびＦｅを含むジルコニウム合金からな
る被覆管のＴＩＧ溶接により形成された熱影響部の組織
における結晶粒界の説明図である。
る被覆管のＴＩＧ溶接により形成された熱影響部の組織
における結晶粒界の説明図である。
１ 燃料棒 ２ 被覆管 ３ ＵＯ2 燃料ペレット ４ 端栓 ５ スプリング ６ ビード６ ７ 熱影響部 ８ 等軸晶組織 ９ 針状晶組織 １０ 結晶粒界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前 義治 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 (72)発明者 高橋 利通 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１−１−１ 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 須田 佳孝 茨城県那珂郡東海村舟石川622−１ 三菱 原子燃料株式会社東海製作所内 (72)発明者 山藤 明男 茨城県那珂郡東海村舟石川622−１ 三菱 原子燃料株式会社東海製作所内 (72)発明者 米田 英志 茨城県那珂郡東海村舟石川622−１ 三菱 原子燃料株式会社東海製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：
０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％
を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成
のジルコニウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン
燃料ペレットを充填し、前記被覆管の両端を端栓で封止
したのち、前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することによ
り密封してなる軽水炉用燃料棒において、 前記被覆管と端栓をＴＩＧ溶接することにより形成され
たビードに隣接する被覆管の熱影響部組織の結晶粒界
に、粒径：０．０１〜０．５μｍのＺｒ、ＮｂおよびＦ
ｅを含有する金属間化合物からなる析出物が存在してい
ることを特徴とする軽水炉用燃料棒。 - 【請求項２】 Ｎｂ：０．６〜２．０重量％、Ｓｎ：
０．５〜１．５重量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３重量％
を含有し、残りがＺｒおよび不可避不純物からなる組成
のジルコニウム合金からなる被覆管の内部に酸化ウラン
燃料ペレットを充填し、被覆管の両端をジルコニウム合
金からなる端栓で封止したのち、前記被覆管と端栓をＴ
ＩＧ溶接することにより密封する軽水炉用燃料棒の製造
方法において、 前記被覆管と端栓のＴＩＧ溶接により形成されたビード
に隣接する被覆管の熱影響部を５００℃〜７５０℃で１
分〜２４時間保持の熱処理することを特徴とする軽水炉
用燃料棒の製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP21128296A JP3564887B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | 軽水炉用燃料棒およびその製造方法 |
| US08/908,695 US5912935A (en) | 1996-08-09 | 1997-08-08 | Fuel rod for light water reactor and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21128296A JP3564887B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | 軽水炉用燃料棒およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054892A true JPH1054892A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3564887B2 JP3564887B2 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=16603358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21128296A Expired - Fee Related JP3564887B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | 軽水炉用燃料棒およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3564887B2 (ja) |
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| JP4097775B2 (ja) * | 1998-04-27 | 2008-06-11 | 三菱原子燃料株式会社 | 燃料棒の溶接方法 |
| SE513185C2 (sv) | 1998-12-11 | 2000-07-24 | Asea Atom Ab | Zirkoniumbaserad legering och komponent i en kärnenergianläggning |
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| US10221475B2 (en) | 2004-03-23 | 2019-03-05 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium alloys with improved corrosion/creep resistance |
| US9284629B2 (en) | 2004-03-23 | 2016-03-15 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium alloys with improved corrosion/creep resistance due to final heat treatments |
| FR2874119B1 (fr) * | 2004-08-04 | 2006-11-03 | Framatome Anp Sas | Procede de fabrication d'un tube de gainage de combustible pour reacteur nucleaire, et tube ainsi obtenu |
| RU2615961C1 (ru) * | 2015-11-26 | 2017-04-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали (варианты) |
| US20200161010A1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-21 | Westinghouse Electric Company Llc | Coatings and Surface Modifications to Mitigate SiC Cladding During Operation in Light Water Reactors |
| KR20240044343A (ko) | 2022-09-28 | 2024-04-04 | 바울 포 정 | 리셉터클을 폐쇄하기 위한 방법 및 시스템 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4649023A (en) * | 1985-01-22 | 1987-03-10 | Westinghouse Electric Corp. | Process for fabricating a zirconium-niobium alloy and articles resulting therefrom |
| DE3805124A1 (de) * | 1988-02-18 | 1989-08-31 | Siemens Ag | Kernreaktorbrennelement |
| US4921663A (en) * | 1988-06-06 | 1990-05-01 | Westinghouse Electric Corp. | End plug weld for nuclear fuel rod |
| US5112573A (en) * | 1989-08-28 | 1992-05-12 | Westinghouse Electric Corp. | Zirlo material for light water reactor applications |
| US5230758A (en) * | 1989-08-28 | 1993-07-27 | Westinghouse Electric Corp. | Method of producing zirlo material for light water reactor applications |
| US5158740A (en) * | 1991-08-05 | 1992-10-27 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel rod end plug welding method |
-
1996
- 1996-08-09 JP JP21128296A patent/JP3564887B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-08 US US08/908,695 patent/US5912935A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3564887B2 (ja) | 2004-09-15 |
| US5912935A (en) | 1999-06-15 |
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