| 【発明の名称】 |
高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管 |
| 【発明者】 |
【氏名】磯部 毅
【氏名】村井 琢弥
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| 【要約】 |
【課題】高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管を提供する。
【解決手段】原子炉燃料被覆管を、質量％で、Ｎｂ：０．４〜０．９％、Ｃｒ：０．０５〜０．６％、Ｆｅ：０．０５〜０．４％を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金で構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 質量％で、Ｎｂ：０．４〜０．９％、Ｃｒ：０．０５〜０．６％、Ｆｅ：０．０５〜０．４％、を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金で構成したことを特徴とする高強度およびすぐれた耐食性を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高強度を有し、かつ高温高圧水に対する耐食性にもすぐれ、したがって細径化および薄肉化を可能ならしめるＺｒ合金製原子炉燃料被覆管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に原子炉、例えば軽水炉が燃料被覆管を備え、この燃料被覆管は内部に収容した放射性物質である燃料の発する熱を外周面に接して流通する高温高圧水に伝達する機能をもつものであり、これの製造には多くのＺｒ合金が提案され、実用に供されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の原子炉の高性能化に対応して、燃料被覆管にも細径化および薄肉化が要求される傾向にあるが、従来提案されている各種のＺｒ合金製の燃料被覆管の場合、いずれも強度が不十分であるために、これらの要求に満足に対応することができないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高強度を有するＺｒ合金製原子炉燃料被覆管を開発すべく研究を行なった結果、質量％で（以下、％は質量を示す）、Ｎｂ：０．４〜０．９％、Ｃｒ：０．０５〜０．６％、Ｆｅ：０．０５〜０．４％、を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金は、高強度を有し、かつ高温高圧水に対してもすぐれた耐食性を示し、したがってこのＺｒ合金によれば燃料被覆管の細径化および薄肉化が可能になるという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基いてなされたものであって、Ｎｂ：０．４〜０．９％、Ｃｒ：０．０５〜０．６％、Ｆｅ：０．０５〜０．４％、を含有し、残りがＺｒと不可避不純物からなる組成を有するＺｒ合金で構成してなる、高強度を有し、かつ耐食性にもすぐれたＺｒ合金製原子炉燃料被覆管に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明の原子炉燃料被覆管を構成するＺｒ合金の組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）ＮｂＮｂ成分には、Ｆｅ成分との共存において素地に微細に析出する金属間化合物を形成して、強度を向上させる作用があるが、その含有量が０．４％未満では所望の高強度を確保することができず、一方その含有量が０．９％を越えると製管時の熱間および冷間加工性が低下し、所望の細径化および薄肉化を図ることが困難になるほか、耐食性に低下傾向が現われるようになることから、その含有量を０．４〜０．９％と定めた。
（ｂ）ＣｒＣｒ成分には、素地に固溶して耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０５％未満では所望の耐食性向上効果が得られず、一方その含有量が０．６％を越えるとＮｂと同様に製管時の熱間および冷間加工性が低下するほか、耐食性にも低下傾向が現れるようになることから、その含有量を０．０５〜０．６％と定めた。
（ｃ）ＦｅＦｅ成分には、上記の通りＮｂとの共存において金属間化合物を形成して、強度を向上させる作用があるが、その含有量が０．０５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が０．４％を越えると製管加工性が低下し、かつ耐食性も低下するようになることから、その含有量を０．０５〜０．４％と定めた【０００７】
【発明の実施の態様】つぎに、この発明の原子炉燃料被覆管を実施例により具体的に説明する。真空アーク溶解炉にて表１に示される成分組成をもったＺｒ合金を溶製し、直径：３８０ｍｍのインゴットに鋳造し、このインゴットに熱間鍛造を施して直径：２４０ｍｍの棒材とし、この棒材に１０５０℃に加熱後水冷の溶体化処理を施した後、７５０℃に加熱した状態で、熱間押出し加工を施して、外径：８５ｍｍ×内径：６０ｍｍの寸法をもった管状素材とし、この管状素材に６００℃での中間焼鈍を加えながら６回の冷間圧延を施すことにより外径：７．５ｍｍ×内径：６．７ｍｍの寸法をもった本発明燃料被覆管１〜７および比較燃料被覆管１〜６を製造した。なお、比較燃料被覆管１〜６は、合金成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れた組成を有するＺｒ合金で構成されたものである。
【０００８】つぎに、この結果得られた本発明燃料被覆管１〜７および比較燃料被覆管１〜６について、強度を評価する目的で、引張り強さを測定し、さらに耐食性を評価する目的で、軽水炉の燃料被覆管が受ける腐食条件に相当する条件、すなわち長さ：５０ｍｍに切り出した試験片を静置式オートクレーブ内にセットし、イオン交換水（伝導度：０．１μＳｖ以下）を用い、３６０℃飽和水蒸気圧の高温高圧水中に放置の条件で２００日間の腐食試験を行い、酸化膜生成による重量増加を測定した。これらの結果を表１に示したが、腐食増量に関しては単位面積当りの増量で示した。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【発明の効果】表１に示される結果から、本発明燃料被覆管１〜７は、いずれも高強度を有し、かつすぐれた耐食性を示すのに対して、比較燃料被覆管１〜６に見られるように、構成成分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲から外れると少なくとも強度および耐食性のいずれかが低下し、所望の高強度とすぐれた耐食性の両方を具備せしめることができないことが明らかである。上述のように、この発明の原子炉燃料被覆管は、高強度を有し、かつ耐食性にもすぐれているので、原子炉の高性能化に対応して要求される細径化および薄肉化にも満足に対応できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２６４
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６６７９
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 和夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２１４３７５（Ｐ２００２−２１４３７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月３１日（２００２．７．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−４５１６（Ｐ２００１−４５１６） |
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