SE459340B - Foerfarande foer framstaellning av ett kallbearbetat sammansatt roer av zirkoniumlegering, roerformigt aemne och mantlat roer - Google Patents

Description

459 340 Det strängpressade zirkoniumröret och arbetsstycket av zir- kaloy sätts sedan ihop och sammanfogas, med röret invändigt, och enheten strängpressas vid mellan 550°C och 700°C inom a-omrâdet för att få ett sammansatt arbetsstycke. Arbetsstycket utsätts se- dan för ahæznennfie kallvalsnings- och värmebehandlingsförfaranden inom a-området för att åstadkomma det slutliga sammansatta mantla- de röret.

Det zirkonium som används innehåller föroreningar i en mängd som totalt är mindre än 5000 ppm.

Speciellt får mängden syre ej överskrida 1200 ppm och före- trädesvis 600 ppm. Det förekommer även övre gränser som ej skall överskridas för andra föroreningar, men nâgra lägre gränser finns ej eftersom zirkoniets renhet betraktas som en viktig förutsätt- ning som ger spärrskiktet dettas speciella egenskaper.

Den inre ytan hos de på så sätt framställda mantlade rören uppvisar en del sprickor som gör den invändiga beklädnaden mindre lämplig att tjäna som avskärmning mot klyvningsprodukter och väte, som bildas i bränslet och som har försprödande inverkan på zirkaloysubstratet. ' Beskrivning av uppfinningen Uppfinningen avser ett förbättrat förfarande för framställ- ning av ett kallbearbetat ämne eller ett sammansatt rör av zirko- niumlegering vilket invändigt är beklätt med ett skikt av olegerat zirkonium, vilket förfarande i enlighet med tidigare teknik inne- fattar: a) å ena sidan omformning av en tacka av zirkoniumlegering till en stång genom varmbearbetning (valsning och/eller smidning); skärning av den erhållna stången till arbetsstycken och borrning av ett huvudsakligen koaxiellt hål i ett arbetsstycke samt maskinbearbetning av detta arbetsstycke; och vattenhärdning antingen av den bearbetade stången innan denna skärs till arbetsstycken, eller av åtminstone ett tillskuret arbetsstycke, före eller efter borrningen, med början från ß-omrâ- det; _ b) å andra sidan omformning av en tacka av olegerat zírkonium till en stång genom varmbearbetning (valsning och/eller smidning); skärning av den bearbetade stången till arbetsstycken eller 459 340 delar; och genomborrning av ett arbetsstycke eller en del och sträng- pressning därav inom a-området till rörform; c) slutligen infogning av röret av olegerat zirkonium inuti det huvudsakligen koaxiella hålet i arbetsstycket av zirkonium- legering; strängpressning av den erhållna enheten inom u-området till formen av ett sammansatt strängpressat ämne; och kallvalsning av det samansatta strängpressade ämnet samt värmebehandling därav för att åstadkomma ett eller flera samman- satta bearbetade ämnen och därefter samansatta mantlade rör.

Förbättringen enligt uppfinningen består i en kombination av tvâ eller, bättre, tre av följande betingelser som avser steg b), det vill säga framställningen av beklädnaden av olegerat zirko~ nium: - för det sammansatta rörets inre beklädnad används en tacka av olegerat zirkonium som innehåller minst 250 ppm Fe och företrä- desvis 250 till 1000 ppm Fe; - varmbearbetningen av zirkoniumtackan utförs företrädesvis inom a-omrâdet, typiskt mellan 630 och 760°C, vilket bidrartíILfär§e- ningen av zirkoniumbeklädnadens struktur; och - efter varmbearbetningen utförs vattenhänüfing av den er- hållna stången eller arbetsstycket med början från ett speciellt 8-förvärmningsområde. Hänüüngsförfarandet sker sålunda före sträng- pressningen inom a-området till rörform, och själva strängpress- T- ningsförfarandet åtföljs av strängpressning av den sammansatta en- heten bestående av arbetsstycket av zirkoniumlegering och det inre röret av rent zírkonium, vilket strängpressningsförfarande också utförs inom a-området.

Det speciella 6-området motsvarar en temperatur av mellan 880 och l050°C och företrädesvis mellan 900 och l00OoC, och ännu bättre omkring 950oC med en tolerans av t 30°C. Uttrycket "olege- rat zirkonium" enligt ovan avser avhafnierat zirkonium med en total mängd föroreningar lägre än 5000 ppm och företrädesvis högst lika med 1200 ppm.

Användning av det förbättrade förfarandet enligt uppfinningen gör det möjligt att åstadkomma en inre yta som ej har några metal- lurgiska defekter på den kallbearbetade mellanprodukten och sedan 459 340 hos det mantlade röret. Risken för begynnande korrosion och sprick- bildninq i den invändiga beklädnaden minskar därför avsevärt och beklädnaden kan tillförlitligt fungera som.en skyddsvägg för sub- stratet mot gaser och klyvningsprodukter som är inneslutna i bränslepatronen. Förfarandet medför dessutom en fin och jämn zir- koniumstruktur. uppfinningen avser även de produkter som framställs genom förfarandet enligt uppfinningen, både j, slutliga tillståndet (sammansatta mantlade rör) och 1 form av mellanprodukter. vilka vanligen motsvarar l till 4 kalhmüsnfirnmasægerefter strängpress- ningen av det sammansatta ämnet med mellanliggande glödgningssteg samt i allmänhet minst en ytbehandling. Dessa produkter betecknas här 'sammansatta kallbearbetade ämnenï; 'TREX' enligt exemplen är en speciell utföringsform därav. Den inre beklâdnaden har mycket fin kornstorlek med ett index so åtminstone är lika med 9 ASTM och ofta 10 ASTM. De sammansatta kallbearbetade ämnena är i all- mänhet utgångsprodukter som är avsedda att omvalsas till saman- satta mantlade rör.

EXEMPEf 1. Detta exempel avser framställning av ett sammansatt mantlat rör av å ena sidan en tacka av "Zirkaloy~2" med följande samman- ' sättning: _ 1,45% Sn; 0,16! Fe; 0,12% Cr: 0,05! Ni; 1180 ppm 0» so ppm C: 40 ppm Hf. varvid övriga föroreningar är i överensstämelse med specifikatio- nen avseende zirkoniumlegeringar för nukleärt bruk,enligt ASTMB52, å andra.sidan en tacka av olegerat zirkonium vari de viktigaste föroreningarna är följande: Fe 364 Ppflß Cr 22 ppm: Ni <1ß PPM: 0 520 ppm; C 40 ppm; Hf 34 ppm.

Ovannämnda "Zirkaloy 2"-legeringen har en ß-omvandlingstemp- eratur (omvandling från området l000°C. 8-omvandlingstemperaturen för ovannämnda zirkoninm är cir- ka 8§0dC. . gTackan av "Zirkaloy 2" smiddes vid 1040°C till dess en cyl- indrisk stång med diametern 170 mm erhölls. Stângen vattenhärdades från en temperatur av 105000. Ett cylindriskt arbetsstycke, med 459 340 längden 450 mm) avskürëÉ*från stången och genomborrat av ett hål med diametern 80 mm, bearbetades maskinellt.

Tackan av zirkonium smiddes vid 950°C i enlighet med tidiga- re teknik (varmbearbetning inom B-omrâdet) för att få en stång med diametern 170 mm, vilken skars till arbetsstycken eller delar med en längd av 430 mm.

Ett arbetsstycke genomborrades med ett koaxiellt hål av S0 m diameter och strängpressades sedan vid en temperatur av 650°C för att åstadkomma ett rör med en ytterdiameter av 81 mm och en tjocklek av 15 mm.

Efter utvändig maskinell bearbetning infördes röret i borr- hålet i arbetsstycket och den genom svetsning åstadkomma enheten strängpressades vid en temperatur av 650°C för att få ett samman- satt ämne med en längd av cirka 2700 mm, en ytterdiameter av 80 mm och en innerdiameter av 51 mm. Ämnet utsattes sedan för kallvalsning för att få ett reduce- rat rörformigt ämne eller “TREX" ("Tube Reduced Extrusion“) med en ytterdiameter av 63,5 mm och en tjocklek av ll mm; ämnet glödgades efter valsning- Undersökning av det rörformiga ämnets inre yta vi- sade en fibrös yta.

Med användning av en mikrografisk genomskärníng var det möj- ligt att konstatera begynnande interkristallina sprickor med ett djup av 30 till 50 mikron. Zirkoniet hade fin kornstorlek: ASTM- index “9“. 2. Ett “TREX“ framställdes av samma zirkaloy samt ett zirkonium som innehöll mindre än 250 ppm järn men i övrigt hade samma samman- sättning som det som användes i det första försöket.

Följden av arbetssteg för omformning av zirkaloy, den samman- fogade enheten och ämnet var desamma som i det första försöket. Där- emot värmdes arbetsstycket av zirkonium, som framställts-efter smid- ning av tackan inom u-omrâdet,till 950°C och vattenhärdades innan det strängpressades vid 650°C och sammanfogades med det genomborrade arbetsstycket av zirkaloy.

Undersökning'av den invändiga ytan hos detta "TREX" visade en fortfarande fibrös yta med en del synliga ytdefekter.

Zirkoniummetallens struktur kännetecknades dessutom av mycket grova korn: ASTM-index 7-8. 459 540 3. Slutligen framställdes ett “TREX" med användning av förfa- randet enligt uppfinningen av en tacka av zirkaloy av lüguufle slag som i de två tidigare försöken samt en tacka av zirkonium av 1flgwn_ de slag som i det första försöket. Den använda serien av omform- ningsförfaranden var densama som i det andra försöket, det vill säga den innefattade smidning av tackan inom u-omrâdet och vatten- härfining av arbetsstycket av zirkonium efter värmning vid 950°C.

Undersökning av den invändiga ytan hos detta "TREX" visade en felfri yta med endast nâgra få ojämnheter, men under inga för- hâllanden någon begynnande intergranulär SpriCkbildnin9 eller ytdefekter; ett tvärsnitt uppvisade dessutom en mycket fin korn- storlek (ASTM-index 10 till ll) hos den inre beklädnaden av rent zirkonium.

Claims (8)

459 340 _ Patentkrav 1.J':

1. l. Förfarande för framställning av ett kallbearbetat ämne eller ett sammansatt rör av zirkoniumlegering vilket invändigt är beklätt med ett skikt av olegerat zirkonium, vilket förfarande i enlighet med tidigare teknik innefattar: a) å ena sidan omformning av en tacka av zirkoniumlegering till en stång genom varmbearbetning (valsning och/eller smidning); skärning av den erhållna bearbetade stången 'till arbetsstycken och borrning av ett huvudsakligen koaxiellt hål i ett arbetsstycke samt maskinbearbetning av detta arbetsstycke; och vattenhärdning ' antingen av den bearbetade stången innan denna skärs till arbetsstycken, eller av åtminstone ett tillskuret arbetsstycke, före eller efter borrningen, med början från 8-områ- det; b) å andra sidan omformning av en tacka av olegerat zirkonium till en stång genom varmbearbetning (valsning och/eller smidning); skärning av den erhållna bearbetade stången till arbets- stycken eller delar; och genomborrning av ett arbetsstycke eller en del och sträng- pressning därav inom a-omrâdet till rörform; c) slutligen infogning av röret av olegerat zirkonium inuti det huvudsakligen koaxiella hålet i arbetsstycket av zirkoniumle- gering; strängpressning av den erhållna enheten inom a-omrâdet till formen av ett sammansatt strängpressat ämne; och kallvalsning av det sammansatta strängpressade ämnet samt värmebehandling därav för att åstadkomma ett eller flera samman- satta bearbetade ämnen och därefter sammansatta mantlade rör, k ä n n e t e c k n a t av att en tacka av olegerat zirkonium som innehåller minst 250 ppm järn används, och att arbetsstycket av olegerat zirkonium vattenhärdas, före eller efter 9efl0mb0Ir“ ningen, från en temperatur av mellan 880 och l050°C.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att en tacka av olegerat zirkonium används, vilken innehåller mellan 250 och 1000 ppm järn. 459 340

3. ~ Förfarande enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att förfarandet för varmbearbetning av tavkän av olegerat zirkonium utförs inom a-temperaturområdet.

4. Förfarande enligt krav 3, k 3 n H G t G C K U 3 t av att förfarandet för varmhearbetning ÄV tåckfln ÄV °1°9°'at z1rk°"1“m utförs mellan 630 och 760°C.

5. förfarande enligt något av kraven 1 eller 2, K 3 n R G ' t e c k n a t av att det bearbetade ämnet av olegerat ziâkoniu vattenhärdas' från en temperatur av mellan 900 och 1000 C.

6. Pörfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att det bearbetade ämnet av olegerat zirkoniu vattenhärdas från en temperatur av mellan 920 och 980°C.

7. Sammansatt kallbearbetat rörformigt ämne av “Zirkàloy-2", invändigt beklätt med olegerat zirkoninm, k ä n n e t e c k n a t av att den invändiga beklädnaden innehåller från 250 till 1000 ppm Fe och har en kornetorlek som åtminstone är lika fin som ASTM- indeix "9" .

8. Sammansatt mantlat rör av "Zirkaloy 2", invändigt beklätt med olegerat zirkonium, k ä n n e t e c k n'a t av att den invändiga beklädnaden innehåller från 250 till 1000 ppm Fe och har en korn- storlek som åtminstone är lika fin som ASTM-index “9“.