JPS6353257B2 - - Google Patents

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JPS6353257B2
JPS6353257B2 JP61059063A JP5906386A JPS6353257B2 JP S6353257 B2 JPS6353257 B2 JP S6353257B2 JP 61059063 A JP61059063 A JP 61059063A JP 5906386 A JP5906386 A JP 5906386A JP S6353257 B2 JPS6353257 B2 JP S6353257B2
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Sharuke Danieru
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YUUROPEENU DO JIRUKONIUMU SEJUSU CO
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    • 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
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジルコニウム合金製外側基体とジル
コニウム製内側ライニングとからなる原子炉燃料
用複合被覆管の製法に係る。この製法はこの種の
共押出成形品の質を向上せしめる。本発明はこの
製法によつて得られる複合被覆管にも係る。
問題点の説明 複合被覆管は、例えばジルカロイ２（zircaly2）
の如きジルコニウム合金の中空ビレツトと非合金
ジルコニウム製内側管とからなるアセンブリを共
押出することによつて製造される。これらビレツ
ト及び内側管は通常電子衝撃によつてその前方端
と後方端とが互いに溶接されている。次いで、こ
のブランクを冷間圧延と熱処理とに交互にかけて
複合被覆管を完成する。
この複合被覆管の内側表面にはオーバーラツプ
又は微小亀裂の如き冶金学的欠陥ができるだけ少
ないことが望まれ、且つジルコニウム製内側ライ
ニングには規則的な微細構造が望まれる。
公知技術の説明 公知技術では、核規準に従うジルコニウム合金
ジルカロイ２のインゴツトを鍛造又は熱間圧延
し、次いでβ領域（1050℃）から水で急冷する。
この急冷操作の前又は後でビレツトに穴を設け、
この穴のあいたビレツトを機械加工する。
一方、消耗電極を用いて真空下で再溶融するこ
とにより製造した非合金純ジルコニウムのインゴ
ツトを、800℃以上のα＋β又はβ領域の温度範
囲で熱間条件下に変形させる。このバーを複数の
ビレツトに切断し、これらビレツトに穴をあけ
る。次いでこれら穴のあいたビレツトを550℃〜
700℃のα領域内で熱間押出し成形にかけて管状
にする。
押出し成形したジルコニウム管とジルカロイビ
レツトとを、管が内側になるように組合せて互い
に接合し、得られたアセンブリを550℃〜700℃の
α領域内で押出して複合ブランクを形成する。次
いでこのブランクを冷間圧延とα領域の熱処理と
に交互にかけ、複合被覆管を完成する。
ジルコニウムは不純物含量が合計5000ppm以下
のものを使用する。
特に酸素含量は1200ppmを越えてはならず好ま
しくは600ppmを越えてはならない。他の不純物
についても同様に越えてはならない上限はある
が、下限はない。すなわち、ジルコニウムの純度
は、バリヤー層に特別な性質を与えるための本質
的条件と見なされるからである。
前述の方法で製造される被覆管の内側表面は或
る程度の疵を有しており、そのため、燃料中に発
生する核分裂生成物と水素とに対するバリヤーと
しての内部ライニングの適格性に欠け、これら核
分裂生成物及び水素がジルカロイ基体に金属疲労
作用を及ぼす。
本発明の説明 本発明は冷間加工したブランク、又は内側を非
合金ジルコニウム層で被覆したジルコニウム合金
製複合管の製法の改良に係る。この製法は先行技
術に従い下記の諸ステツプからなる。
ａ 一方で、熱間加工（圧延及び／又は鍛造）に
よりジルコニウム合金インゴツトをバー形状に
変える。
得られた加工処理バーを複数のビレツトに切
断する。このビレツトにほぼ同軸の穴を設け、
次いで機械加工する。
ビレツトに切断する前のバー、又は穴をあけ
る前もしくは後の少なくとも１つの切断ビレツ
トをβ領域から水で急冷する。
ｂ 他方で、熱間加工（圧延及び／又は鍛造）に
より非合金ジルコニウムインゴツトをバー形状
に変える。
得られたバーを複数の小片又はビレツトに切
断する。
この小片又はビレツトに穴をあけ、α領域で
管状に押出す。
ｃ この非合金ジルコニウム管をジルコニウム合
金ビレツトのほぼ同軸の穴の中に挿入し、得ら
れたアセンブリをα領域で押出して複合押出し
ブランクを形成し、この複合押出しブランクを
冷間圧延にかけ、次いで熱処理にかけて１つ以
上の複合加工ブランクないしは複合被覆管を得
る。
本発明の改良はステツプ(b)、即ち非合金ジルコ
ニウム製ライニング形成ステツプに関して、下記
の条件のうち２つ又はより好ましくは３つを組合
わせることにある。
― 複合被覆管の内側ライニングとして、少なく
とも250ppmのFe、好ましくは250〜1000ppm
のFeを含む非合金ジルコニウムインゴツトを
用いる。
― このジルコニウムインゴツトを好ましくは通
常630〜760℃であるα領域内で熱間加工する。
これはジルコニウムライニングの構造を微細に
する効果がある。
― この熱間加工後、特定の予備加熱領域である
β領域から得られたバー又はビレツトを水で急
冷する。即ちこの急冷処理をα領域での管状の
押出し前に行ない、この押出し処理の後はやは
りα領域でジルコニウム合金製ビレツト／純ジ
ルコニウム製内側管複合アセンブリの押出しを
行なう。
前記特定β領域は880〜1050℃の温度、好まし
くは900℃〜1000℃、更に好ましくは950℃±30℃
の温度に相当する。前述の「非合金ジルコニウ
ム」とは、不純物合計含量が5000ppm以下、好ま
しくは最大で1200ppmに等しいような、ハフニウ
ム除去ジルコニウムを意味する。
本発明の改良方法を使用すれば、冷間加工した
中間ブランク及びその後の複合被覆管に冶金学的
欠陥のない内側表面を与えることができる。従つ
て内側ライニングの腐蝕及び疵が生起する危険が
大幅に低下し、該ライニングが燃料アセンブリ内
に含まれるガスと核分裂生成物とから基体壁面を
保護するという役割を十分に果たすことができ
る。加えて、この方法を用いればジルコニウムに
規則的な微細構造が与えられる。
本発明は更に、本発明の方法によつて得られる
製品にも係る。この製品とは最終段階で得られる
もの（複合被覆管）以外に中間段階、即ち通常は
複合ブランク押出し後の１〜４回の冷間圧延と、
中間焼なましと通常少なくとも１回の表面処理と
に相当する段階で得られるものも含む。本明細書
ではこれらの中間製品を「冷間加工複合ブラン
ク」と称する。実施例中の「トレツクス
（TREX）」はこれらブランクの一特定例を指す。
これら製品の内側ライニングは少なくとも
ASTM9に等しく通常はASTM10に等しいイン
デツクスを持つ極めて微細な粒子を有する。冷間
加工複合ブランクは通常は複合被覆管を得るべく
繰返し圧延にかけられる出発半製品である。
比較例 １ この実施例では下記の組成 1.45％Sn；0.16％Fe；0.12％Cr；0.05％Ni；
1180ppm Ｏ；90ppm Ｃ；40ppm Hf を有し、残りの不純物が核使用ジルコニウム合金
規定条件ASTM B52に準じるようなジルカロイ
２のインゴツトと、下記の主要不純物 Fe 364ppm；Cr 22ppm；Ni＜10ppm；Ｏ
520ppm；Ｃ 40ppm；Hf 43ppm を含む非合金ジルコニウムのインゴツトとを出発
材料として複合被覆管を形成した。
前記合金ジルカロイ２は約1000℃のβ転移
（transus）（α＋β領域から純β領域への変化）
温度を有する。前記ジルコニウムのβ転移温度は
約890℃である。
ジルカロイ２インゴツトを1040℃で鍛造して直
径170mmの円筒状バーにする。このバーを1050℃
の温度から水で急冷した。このバーを長さ450mm
の円筒状ビレツトに切断し、このビレツトに直径
80mmの穴をあけ、その後機械加工を施した。
先行技術（β領域での熱間加工）により950℃
でジルコニウムインゴツトを鍛造して直径170mm
のバーを形成し、このバーを長さ430mmの小片又
はビレツトに切断した。
前記小片又はビレツトに直径50mmの同軸穴をあ
け、650℃で押出して外径81mm、厚み15mmの管を
形成した。
外側を処理した後、この管を前記ジルカロイビ
レツトの穴の中に挿入して溶接により互に接合
し、このアセンブリを650℃で押出して長さ約
2700mm、外径80mm、内径51mmの複合ブランクを形
成した。
このブランクを冷間圧延にかけて外径63.5mm、
厚み11mmの直径縮小管状ブランク即ちトレツクス
（TREX＝Tube reduced extrusion）を得、圧
延後このブランクを焼なまし処理した。この管状
ブランクの内側表面を調べた結果、繊維状表面を
有していた。
顕微鏡断面で調べてみると深さ30〜50ミクロン
の粒子間クラツクの始まりが観察された。ジルコ
ニウム粒子は微細であり、ASTMインデツクス
９であつた。
比較例 ２ 次に、前述のジルカロイと、250ppm以下の鉄
を含む以外は前記比較例１の場合と同じ組成を有
するジルコニウムとを用いてトレツクスを形成し
た。
管状アセンブリ及びブランクのジルカロイの変
形操作は比較例１の場合と同じにした。一方、α
領域でのインゴツトの鍛造によつて得たジルコニ
ウムビレツトは950℃で加熱し、水で急冷した後
650℃で押出して、ジルカロイの穴あきビレツト
に接合した。
該トレツクスの内側表面を調べるとやはり繊維
状であり、表面欠陥が幾つか見られた。
加えて、金属ジルコニウムの構造はASTMイ
ンデツクス７〜８の極めて粗い粒子を有するとい
う特徴を示していた。
実施例最後に本発明の方法により、前記２つの
比較例と同様のジルカロイインゴツトと、比較例
１と同様のジルコニウムインゴツトとを用いてト
レツクスを形成した。変形操作は比較例２と同様
に、即ちインゴツトをα領域で鍛造し、且つジル
コニウムビレツトを950℃での加熱後水で急冷す
ることによつて行なつた。
検査の結果該トレツクスの内側表面は健全な状
態を示し、不規則性は殆んどなく、いずれの場合
も粒子間クラツクス又は表面欠陥は見られなかつ
た。また、断面を調べた結果純ジルコニウム内側
ライニングの粒径は極めて微細（ASTMインデ
ツクス10〜11）であつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 冷間加工ブランク、又は内側を非合金ジルコ
    ニウム層で被覆したジルコニウム合金製複合管の
    製法であつて、 ａ 一方でジルコニウム合金インゴツトを熱間加
    工（圧延及び／又は鍛造）によりバー形状に変
    え、得られた加工バーを複数のビレツトに切断
    し、このビレツトにほぼ同軸の穴をあけ且つ機
    械加工し、ビレツトに切断する前の加工バー又
    は穴をあける前もしくは後の少なくとも１つの
    前記ビレツトをβ領域から水で急冷し、 ｂ 他方で非合金ジルコニウムインゴツトを熱間
    加工（圧延及び／又は鍛造）によりバー形状に
    変形し、この加工バーを複数のビレツト又は小
    片に切断し、このビレツト又は小片に穴をあけ
    てα領域で管状に押出し、 ｃ 最後に前記非合金ジルコニウム管を前記ジル
    コニウム合金ビレツトのほぼ同軸の穴の中に挿
    入し、得られたアセンブリをα領域で押出して
    複合押出しブランクを形成し、この複合押出し
    ブランクを冷間圧延にかけ、次いで熱処理にか
    けて１つ以上の複合加工ブランクないしは複合
    被覆管を得る ことからなり、少なくとも250ppmの鉄を含む非
    合金ジルコニウムのインゴツトを使用し、非合金
    ジルコニウムのビレツトを穴あけの前又は後で
    880〜1050℃の温度から水で急冷することを特徴
    とする製法。 ２ 250〜1000ppmの鉄を含む非合金ジルコニウ
    ムのインゴツトを用いることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 非合金ジルコニウムインゴツトの熱間加工操
    作をα領域温度で行なうことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４ 非合金ジルコニウムインゴツトの熱間加工操
    作を630〜760℃で行なうことを特徴とする特許請
    求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 加工した非合金ジルコニウムブランクを900
    〜1000℃の温度から水で急冷することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方
    法。 ６ 加工した非合金ジルコニウムブランクを920
    〜980℃の温度から水で急冷することを特徴とす
    る特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ７ 内側が非合金ジルコニウムでライニングされ
    たジルカロイ２の冷間加工管状複合ブランクであ
    つて、内側ライニングが250〜1000ppmのFeを含
    み且つ少なくともASTMインデツクス９に相当
    する微細粒子を有することを特徴とする複合ブラ
    ンク。 ８ 内側が非合金ジルコニウムでライニングされ
    たジルカロイ２の複合被覆管であつて、内側ライ
    ニングが250〜1000ppmのFeを含み且つ少なくと
    もASTMインデツクス９に相当する微細粒子を
    有することを特徴とする複合被覆管。
JP61059063A 1985-03-19 1986-03-17 核燃料用複合被覆管の製法及びその製品 Granted JPS61213362A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR85-04597 1985-03-19
FR8504597A FR2579122B1 (fr) 1985-03-19 1985-03-19 Procede de fabrication de tubes-gaines composites pour combustible nucleaire et produits obtenus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61213362A JPS61213362A (ja) 1986-09-22
JPS6353257B2 true JPS6353257B2 (ja) 1988-10-21

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CA (1) CA1310479C (ja)
DE (1) DE3609074C3 (ja)
ES (1) ES8705789A1 (ja)
FR (1) FR2579122B1 (ja)
GB (1) GB2172737B (ja)
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