JPS597552B2 - 中性子遮蔽用複合部材の製造法 - Google Patents

中性子遮蔽用複合部材の製造法

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JPS597552B2
JPS597552B2 JP54045758A JP4575879A JPS597552B2 JP S597552 B2 JPS597552 B2 JP S597552B2 JP 54045758 A JP54045758 A JP 54045758A JP 4575879 A JP4575879 A JP 4575879A JP S597552 B2 JPS597552 B2 JP S597552B2
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stainless steel
container
neutron shielding
hip
manufacturing
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JP54045758A
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伸泰 河合
和郎 緒方
誠矢 古田
正明 寺垣
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉炉心部近傍に設けられる中性子遮蔽部材
、特にTa部材外周面にステンレス鋼外皮材を被覆した
耐酸化性能に優れた中性子遮蔽部材の製造法に関するも
のである。
中性子遮蔽部材としては、従来より種々検討がなされて
おり、ステンレス鋼(SUS316)、バナジウム合金
、Ta(タンタル)等がその代表的な金属として文献等
に発表されている。
しかし乍ら、このラちステンレス鋼は炉心近傍に配置す
るにはその中性子吸収能に問題があり、バナジウム合金
及びTaは中性子吸収能が高く、特にTaは優れた遮蔽
能を有しているが、いづれも冷却媒体としての液体Na
あるいは水に含まれている微量酸素と反応して酸化物を
形成し、しかもこの酸化物は母材との密着性が悪く極め
て剥離し易い性質を有していることから容易に剥離して
冷却媒体中に移行することになる。そして移行した酸化
物は冷却系内を媒体と共に循環し、冷却系の放射能汚染
を引き起こすのみならず、冷却系内に蓄積してこれを閉
塞し重大事故を誘引するおそれすらある。そこで、この
酸化物の生成を防止するため、耐酸化性を有するNi等
を溶射する方法が一部において検討され、試みられたが
、溶射層は多孔質となり、この孔部を通つて侵入してき
た酸素によつて酸化反応が生じ、生成した酸化物が剥離
して溶射層自体をも剥離させることが判明し、更に他の
効果的な酸化防止技術の開発が要求されるに至つている
本発明はかかる現状に鑑み、特に中性子遮蔽能が大で実
用性の高いTaをベースとし、この表面に耐酸化性を有
する金属材料の外皮材就中、中性子遮蔽能を有し、かつ
酸化性があり、容易に加工可能なステンレス鋼の外皮材
を熱間静水圧プレス法(以下HIP法という)により強
固に接合して複合部材とすることにより上述の酸化によ
る問題点を解決するものである。
HIP法は高温高圧のガス雰囲気下で金属粉末等の被処
理体を強固に接合し、緻密な成形体を得る方法として近
年盛んにその研究がなされており、一部で既に実用化さ
れている技術であり、本発明においては、このHIP法
を利用して、中性子遮蔽部材としてのTa部材の外周面
に、その酸化を防止するステンレス鋼外皮材を強固に拡
散接合させて一体化するものである。
以下本発明について具体的に説明する。
第1図は本発明の中性子遮蔽用複合部材を製造する方法
の一例を示すもので、コンテナ2は開口部を有する極め
て単純な有底筒状形状をなしており、この中に予め所定
形状に形成してなるTa部材1を装入し、該Ta部材1
とコンテナ2との間にステンレス鋼粉末8を充填した後
、脱気管4を備えた蓋を溶接蓋止し、常法に従つて脱気
管4を真空ポンプ(図示せず)に接続し続いて脱気管4
を閉塞してコンテナ内を脱気密封し、これを高温高圧の
HIP炉に装入して900〜1200℃の温度でHIP
処理することにより、ステンレス鋼粉末8をほY真密度
の緻密な焼結体となすと共にTa部材とも拡散接合によ
り一体化させる。
そしてHIP処理が完了すると図中2点鎖線で示すよう
にTa部材1周囲の焼結体をTa部材の形状に沿つて切
削除去することにより、該部材1の外周面にステンレス
鋼外皮層9を層形成する。なおこの方法にあつては、外
皮材は粉末で形成されるから、Ta部材1の形状がいか
なる形状であつてもその外周面を容易に被覆することが
でき、またコンテナ2の形状はTa部材1の形状と無関
係であり、しかもコンテナ材がTa部材の外皮材となる
ものではないから、該コンテナ2は軟鋼等の成形容易な
材料で円筒状等単純な形状のものを使用することができ
る。従つてTa部材の形状に関係なく、単純形状のコン
テナ2とステンレス鋼粉末8とからHIP法により耐酸
化性ステンレス鋼外皮が形成されるから、この方法はた
とえ少量多品種の場合であつても中性子遮蔽部材を製造
する方法として好適な方法といえる。なおこの方法で使
用するステンレス鋼外皮材としては前述した如くステン
レス鋼粉末が使用されるが、粉末化し難い場合、若しく
は少量の粉末のみを必要とし、粉末化することが経済的
でない場合等粉末を入手し難い場合には、第1図中点線
で示しているように、コンテナ2とTa部材1との空隙
形状に一致する形状に切削形成したステンレス鋼プロツ
ク10a〜10dを粉末に代えて該空隙部に配置し、し
かる後、前述の場合と同様、脱気密封、HIP処理する
ことも可能である。
上記、外皮材となる材料としては、特に耐酸化性を有し
、かつ拡散接合し易い金属であればいかなる金属も使用
は可能であるが、使用温度ならびに900〜1200℃
に及ぶHlP温度の高温領域ではステンレス鋼が最も実
用的であり、かつ効果的である。そして、これらの外皮
は冷却媒体中の微量酸素と反応し難いのみならず、酸化
反応により生成した酸化物は母材に強固に密着した安定
な酸化皮膜を形成するため、これが剥離して冷却流体中
に移行するようなことは防止される。
又、コンテナ材をステンレス鋼で形成しこれをTa部材
にHIP法により拡散接合させて一体化し、該コンテナ
部分をTa部材の外皮材とする方法も考えられるが、こ
れはコンテナ材自体の成形が面倒となり余り得策ではな
い。
次に本発明に使用するステンレス鋼材料とTaのHIP
処理の試験例について説明する。
第2図は本試験に用いたコンテナとテストピースの配列
を示すもので、SUS3O4で形成したコンテナ2内に
下方よりMO板A,Ta板B,Ni板C及びSUS3O
4製プラグDを図示の如く配置し、これを脱気管4より
脱気密封し、アルゴンガス雰囲気中で1000Kf/,
D,l2OO′C,lhrの条件でHIP処理し、(イ
)〜(へ)の部分での各金属間の接合状況を観察した。
その結果、(イ)部(SUS−SUS)は接合部が強固
に接合しており、(口)部(SUS−Ni),(ハ)部
(Ta−Ni)及び(ニ)部(Ta−SUS)のEPM
Aによる接合部には何れも相互拡散による合金層が形成
されていて、共にHIP法による拡散接合に何等問題の
ないことが分つた。しかし(へ)部(Ta−MO)は、
このHIP条件では温度が低いため何等合金層が形成さ
れておらず、拡散接合していないことが判明した。従つ
て、MOを外皮材とする場合n二Ta部材外面に予めS
USを溶射等により予めコーテイングしておき、その外
層にMOを位置させるようにしなければならない不利が
ある。なお外皮材として本試験例に示した如くステンレ
ス鋼を用いる場合には、HIP処理を従来より普通に行
なわれている方法即ち加熱→HlP処理→炉冷(徐冷)
という工程をとるときは、HlP処理を900℃以下の
温度で行なえばHIP処理後改めて溶体化処理を行なう
必要があるが、Pの場合は、高圧のガスが圧力媒体とし
て使用されるのでHIP終了後の除圧の過程で回収され
るガス圧力媒体がコンテナの熱をも運ぶことになり、一
般の熱処理炉に比べて大きい冷却速度となり、HIP処
理温度をステンレス鋼の溶体化処理温度(900〜12
0『C)と一致させ、しかもP処理後、プレス中でコン
テナを冷却すればHlP処理と同時に溶体化処理もそこ
で行なわれることになり、HIP処理後の溶体化処理を
改めて行なう必要がなくなるという利点がある。
勿論冷却はプレス外へ取り出して冷却しても同様である
以下、更に本発明方法を利用した中性子遮蔽用複合材料
の具体的な製造例を掲げ、同時に本発明による中性子遮
蔽用複合材料がすぐれた酸化防止能を具有することを試
料片のNa中耐腐蝕性試験により明らかにする。
実施例 1 縦横各11ぁ、厚さ5ぁのSUS3l6からなる2枚の
厚板と、縦横各11TIIJI1厚さ1藺のTa板とを
用意し、これらを脱脂した後、SUS3l6からなる厚
板を両側にして中間にTa板を挟みサンドィツチ状に組
立てた。
そしてこれを軟鋼製の角型コンテナ内に装人し、脱気管
を備えた上蓋を溶接蓋止した後、脱気管を真空ポンプに
接続しコンテナ内を脱気し、続いて脱気管を閉塞して脱
気密封を行ない、これを高温高圧炉内に装入し、110
0℃ 1000K9/,RAで1時間、HIP処理した
処理後、炉より取り出し、処理済の材料に機械加工を施
し、縦横各10WIJII1厚さ3V11で、両側の各
SUS3l6板と中間のTa板が共に各1藺厚のサンド
イツチ状複合材料の試料を作成した。
一方、比較のため同じく縦横各10藺、厚さ1闘のTa
板の両面にモリブデン、SUS3l6を夫々プラズマ溶
射によつてコーティングし、1VI厚のコーティング層
を形成した試料を作つた。更にSUS3l6板、Ta板
も夫々比較すべく縦横各10Tf1J11厚さ3v1t
の板として用意した。次に上記各試料について第3図に
示す如き下部ホルダー11、上部ホルダー12からなる
2つ割りホルダー容器を利用し、その中心溝部13にお
いて下部ホルダー側の溝内の中央部のみに試料14を配
置し、両側を端部ストツパ15,16で夫々止め、上下
両ホルダー11,12の中心に貫通して形成される通路
17を通して液体ナトリウムを導入し、夫々の試料のN
a中耐腐蝕性試験を行つた。このときのテスト条件は次
の通りであつた。
(イ)液体ナトリウム温度 400′C(ロ)液体ナト
リウム流速 1〜2m/8e0(ハ)液体ナトリウム中
02濃度2ppmそして上記試験の結果は次表の如くで
あつた。
なお、表中、耐腐蝕性は以下により求めた。以上詳述し
た通り本発明方法によると、HIP処理の利用によりい
かなる形状の中性子遮蔽部材であつても、容易にその外
周面にステンレス鋼外皮材を被覆させることができ、し
かも得られた複合部材は900〜1200℃の高温下で
、ステンレス鋼を外皮材としてHIP処理により複合さ
れているので強固に拡散接合して形成され、従つて相互
に剥離することがなく、冷却媒体中の酸素からTa部材
は完全に保護されることとなり前述した如きTa酸化物
による種々の弊害を完全に防止し、原子炉の安全性を一
層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法による中性子遮蔽用複合部材を製造
するためのTa部材をコンテナに装填した状態を示す断
面図、第2図は各種金属材料をHIP処理するための試
料を示す断面図である。 又、第3図はNa中耐腐蝕性試験に使用する試料ホルダ
ーを示す一部切欠斜視図である。1・・・Ta部材、2
・・・コンテナ、8・・・ステンレス鋼、9・・・外皮
層、10a〜10d・・・プロツク。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 中性子遮蔽部材としてのTa部材外周面にステンレ
    ス鋼外皮材を被覆してなる中性子遮蔽用複合部材を製造
    する方法において予め所定形状に成形されたTa部材を
    、開口部を有するコンテナ内に該コンテナとTa部材と
    の空隙部にステンレス鋼粉末若しくは該空隙形状に対応
    した形状のステンレス鋼ブロックを装入してTa部材を
    ステンレス鋼で囲繞せしめて装填し、次いで該コンテナ
    内を脱気密封して900℃〜1200℃の温度で熱間静
    水圧プレス処理することにより前記Ta部材とステンレ
    ス鋼とを拡散接合させてこれらを一体化し、次いで、前
    記コンテナを冷却し、しかる後、ステンレス鋼のうち外
    皮材としての不要部を切削除去することを特徴とする中
    性子遮蔽用複合部材の製造法。
JP54045758A 1979-04-13 1979-04-13 中性子遮蔽用複合部材の製造法 Expired JPS597552B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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