JP3380569B2 - ジルコニウム基合金およびそれで作られた構造部材 - Google Patents
ジルコニウム基合金およびそれで作られた構造部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジルコニウム基合金お
よびそれで作られた原子炉用構造部材に関する。
よびそれで作られた原子炉用構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉産業においては種々のジルコニウ
ム合金が構造部材として用いられている。最も一般的に
用いられている合金はジルカロイ−２およびジルカロイ
−４であり、これらは強力なアルファ相安定化元素とし
て錫および酸素を、そしてベータ相安定化元素として
鉄、クロム、ニッケルを含有している。これらの合金は
一般的にベータ領域で鍛造され、そして約１０６５℃
（１９５０°Ｆ）で固溶化処理され、水で急冷される。
次に熱間加工と熱処理をアルファ領域（７９０℃以下）
で行い、固溶・急冷されていた金属間化合物を微細に均
一に分散させる。蒸気および高温水中での耐食性はこの
金属間化合物の分散状態に依存している。
ム合金が構造部材として用いられている。最も一般的に
用いられている合金はジルカロイ−２およびジルカロイ
−４であり、これらは強力なアルファ相安定化元素とし
て錫および酸素を、そしてベータ相安定化元素として
鉄、クロム、ニッケルを含有している。これらの合金は
一般的にベータ領域で鍛造され、そして約１０６５℃
（１９５０°Ｆ）で固溶化処理され、水で急冷される。
次に熱間加工と熱処理をアルファ領域（７９０℃以下）
で行い、固溶・急冷されていた金属間化合物を微細に均
一に分散させる。蒸気および高温水中での耐食性はこの
金属間化合物の分散状態に依存している。
【０００３】もう一つの重要な市販合金はＺｒ−２．５
Ｎｂである。Ｚｒ−２．５Ｎｂ合金は、機械的および物
理的性質はジルカロイ合金と同程度であるが、耐食性が
若干劣る。ジルコニウムは、稠密六方（ｃｐｈ）の結晶
構造を持つ低温相アルファが、約８７０℃（１６００°
Ｆ）で体心立方（ｂｃｃ）構造に変態する。この変態温
度は、酸素のような不純物がほんの少量存在してもその
影響を受ける。アルファ安定化元素はアルファからベー
タへの同素変態の温度を上昇させる。アルファ安定化元
素としては、Ａｌ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｐｂ、Ｈｆ、
Ｎ、Ｏ、Ｃｄ等がある。ベータ安定化元素はアルファか
らベータへの変態温度を降下させる。典型的なベータ安
定化元素としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｈ、Ｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ
がある。Ｃ、Ｓｉ、Ｐのような低溶解度金属間化合物形
成元素は容易に金属間化合物を形成し、熱処理には比較
的鈍感である。
Ｎｂである。Ｚｒ−２．５Ｎｂ合金は、機械的および物
理的性質はジルカロイ合金と同程度であるが、耐食性が
若干劣る。ジルコニウムは、稠密六方（ｃｐｈ）の結晶
構造を持つ低温相アルファが、約８７０℃（１６００°
Ｆ）で体心立方（ｂｃｃ）構造に変態する。この変態温
度は、酸素のような不純物がほんの少量存在してもその
影響を受ける。アルファ安定化元素はアルファからベー
タへの同素変態の温度を上昇させる。アルファ安定化元
素としては、Ａｌ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｐｂ、Ｈｆ、
Ｎ、Ｏ、Ｃｄ等がある。ベータ安定化元素はアルファか
らベータへの変態温度を降下させる。典型的なベータ安
定化元素としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｈ、Ｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ
がある。Ｃ、Ｓｉ、Ｐのような低溶解度金属間化合物形
成元素は容易に金属間化合物を形成し、熱処理には比較
的鈍感である。
【０００４】酸素は、アルファ安定化元素であると同時
に、ジルコニウムの固溶強化にも用いられる。クロル法
スポンジの酸素含有量は純化処理工程数と各工程の有効
度とによるが、一般的に約５００〜２０００ｐｐｍの範
囲である。ジルコニウム結晶棒の酸素含有量は一般に１
００ｐｐｍ未満である。一例として、"The Metallurgy
of Zirconium"(B. Lustman他著、McGraw-Hill Book社、
1955) の表５．１０に記載されているWestinghous ジル
コニウム結晶棒の典型的な分析値では、酸素２００ｐｐ
ｍ、Ｆｅ２００ｐｐｍ、Ｓｉ３０ｐｐｍ、Ａｌ３０ｐｐ
ｍ、Ｈｆ４ｐｐｍ、Ｃｕ０．５ｐｐｍ以下、Ｔｉ１０ｐ
ｐｍ、Ｃａ５０ｐｐｍ以下、Ｍｎ１０ｐｐｍ以下、Ｍｇ
１０ｐｐｍ以下、Ｐｂ１０ｐｐｍ以下、Ｍｏ１０ｐｐｍ
以下、Ｎｉ３０ｐｐｍ以下、Ｃｒ３０ｐｐｍ以下、Ｓｎ
１０ｐｐｍ以下、Ｎ１０ｐｐｍ、Ｈ２０ｐｐｍ、Ｃ１０
０ｐｐｍであり、検出されなかった元素としては、Ｇ
ａ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｂ、Ｂ、Ｖ、Ｐ、
Ｂｉ、Ｃｄ、Ｙ、Ｙｂ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｏｓ、Ｌ
ｕ、Ｎａがある。
に、ジルコニウムの固溶強化にも用いられる。クロル法
スポンジの酸素含有量は純化処理工程数と各工程の有効
度とによるが、一般的に約５００〜２０００ｐｐｍの範
囲である。ジルコニウム結晶棒の酸素含有量は一般に１
００ｐｐｍ未満である。一例として、"The Metallurgy
of Zirconium"(B. Lustman他著、McGraw-Hill Book社、
1955) の表５．１０に記載されているWestinghous ジル
コニウム結晶棒の典型的な分析値では、酸素２００ｐｐ
ｍ、Ｆｅ２００ｐｐｍ、Ｓｉ３０ｐｐｍ、Ａｌ３０ｐｐ
ｍ、Ｈｆ４ｐｐｍ、Ｃｕ０．５ｐｐｍ以下、Ｔｉ１０ｐ
ｐｍ、Ｃａ５０ｐｐｍ以下、Ｍｎ１０ｐｐｍ以下、Ｍｇ
１０ｐｐｍ以下、Ｐｂ１０ｐｐｍ以下、Ｍｏ１０ｐｐｍ
以下、Ｎｉ３０ｐｐｍ以下、Ｃｒ３０ｐｐｍ以下、Ｓｎ
１０ｐｐｍ以下、Ｎ１０ｐｐｍ、Ｈ２０ｐｐｍ、Ｃ１０
０ｐｐｍであり、検出されなかった元素としては、Ｇ
ａ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｂ、Ｂ、Ｖ、Ｐ、
Ｂｉ、Ｃｄ、Ｙ、Ｙｂ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｏｓ、Ｌ
ｕ、Ｎａがある。
【０００５】ガリウムは主に電子工業界で用いられてお
り、周期律表のIII族、IV族、V 族元素と組み合わせて
半導体材料を形成する。ガリウムがアルミニウム中に存
在すると、アルミニウムの粒界腐食が著しくなる。ジル
コニウム合金は、米国特許第３，１４８，０５５号、第
４，５８４，０３０号、第４，７０７，３３０号、第
４，７１７，４３４号、第４，７５１，０４５号、第
４，７７８，６４８号、第４，８１０，４６１号、第
４，８６３，６７９号、第４，９０８，０７１号、第
４，９３８，９２０号、第４，９３８，９２１号、およ
び第４，９６３，３１６号に開示されている。米国特許
第４，６５９，５４５号には、ジルコニウム基核燃料棒
被覆材が開示されている。米国特許第３，７７７，３４
６号には、測定機器の回転機構を懸架するためのテンシ
ョンバンドが開示されており、このテンションバンドは
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの各合金で作られており、Ａｌ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｇａ、またはＣｕのような非遷移金属を１５
ａｔ％以下含有する。
り、周期律表のIII族、IV族、V 族元素と組み合わせて
半導体材料を形成する。ガリウムがアルミニウム中に存
在すると、アルミニウムの粒界腐食が著しくなる。ジル
コニウム合金は、米国特許第３，１４８，０５５号、第
４，５８４，０３０号、第４，７０７，３３０号、第
４，７１７，４３４号、第４，７５１，０４５号、第
４，７７８，６４８号、第４，８１０，４６１号、第
４，８６３，６７９号、第４，９０８，０７１号、第
４，９３８，９２０号、第４，９３８，９２１号、およ
び第４，９６３，３１６号に開示されている。米国特許
第４，６５９，５４５号には、ジルコニウム基核燃料棒
被覆材が開示されている。米国特許第３，７７７，３４
６号には、測定機器の回転機構を懸架するためのテンシ
ョンバンドが開示されており、このテンションバンドは
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの各合金で作られており、Ａｌ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｇａ、またはＣｕのような非遷移金属を１５
ａｔ％以下含有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、クリープ強
度を向上させたジルコニウム基合金およびそれで作られ
た原子炉用構造部材を提供することを目的とする。
度を向上させたジルコニウム基合金およびそれで作られ
た原子炉用構造部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、Ｚｒと、クリープ強度を高めるのに有効な量の
Ｇａとを含んで成る、クリープ強度を向上させたジルコ
ニウム基合金によって達成される。この合金は、１ｗｔ
％以下のＧａを含有することができる。例えば、Ｇａは
０．５ｗｔ％以下、または０．２５ｗｔ％以下例えば
０．１〜０．２５ｗｔ％の量で存在することができる。
本発明の一態様においては、Ｇａは０．２５〜０．５ｗ
ｔ％の量で存在する。
よれば、Ｚｒと、クリープ強度を高めるのに有効な量の
Ｇａとを含んで成る、クリープ強度を向上させたジルコ
ニウム基合金によって達成される。この合金は、１ｗｔ
％以下のＧａを含有することができる。例えば、Ｇａは
０．５ｗｔ％以下、または０．２５ｗｔ％以下例えば
０．１〜０．２５ｗｔ％の量で存在することができる。
本発明の一態様においては、Ｇａは０．２５〜０．５ｗ
ｔ％の量で存在する。
【０００８】本発明の合金は酸素をも含有することがで
きる。例えば酸素含有量は０．５ｗｔ％以下とすること
ができる。特に、酸素は０．１〜０．２５ｗｔ％または
０．１２〜０．１８ｗｔ％の量で存在することができ
る。本発明の合金はＳｎをも含有することができる。例
えば、Ｓｎは１ｗｔ％以下の量で存在することができ
る。特に、Ｓｎは０．１〜０．７ｗｔ％または０．２５
〜０．５ｗｔ％の量で存在することができる。
きる。例えば酸素含有量は０．５ｗｔ％以下とすること
ができる。特に、酸素は０．１〜０．２５ｗｔ％または
０．１２〜０．１８ｗｔ％の量で存在することができ
る。本発明の合金はＳｎをも含有することができる。例
えば、Ｓｎは１ｗｔ％以下の量で存在することができ
る。特に、Ｓｎは０．１〜０．７ｗｔ％または０．２５
〜０．５ｗｔ％の量で存在することができる。
【０００９】本発明の合金は、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＶの
うちの少なくとも一種をも含有することができる。例え
ば、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＶの合計量を１ｗｔ％以下とす
ることができる。特に、Ｆｅは０．５ｗｔ％以下例えば
０．１〜０．５ｗｔ％、または０．２５〜０．４ｗｔ％
の量で存在することができる。Ｃｒは０．５ｗｔ％以下
例えば０．１〜０．５ｗｔ％または０．１５〜０．２５
ｗｔ％の量で存在することができる。Ｖは０．５ｗｔ％
以下例えば０．１５〜０．４ｗｔ％または０．２〜０．
３ｗｔ％の量で存在することができる。
うちの少なくとも一種をも含有することができる。例え
ば、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＶの合計量を１ｗｔ％以下とす
ることができる。特に、Ｆｅは０．５ｗｔ％以下例えば
０．１〜０．５ｗｔ％、または０．２５〜０．４ｗｔ％
の量で存在することができる。Ｃｒは０．５ｗｔ％以下
例えば０．１〜０．５ｗｔ％または０．１５〜０．２５
ｗｔ％の量で存在することができる。Ｖは０．５ｗｔ％
以下例えば０．１５〜０．４ｗｔ％または０．２〜０．
３ｗｔ％の量で存在することができる。
【００１０】本発明の一態様においては、本発明の合金
は０．２５〜０．５ｗｔ％のＧａ、０．１〜０．２５ｗ
ｔ％の酸素、０．１〜０．７ｗｔ％のＳｎ、０．１〜
０．５ｗｔ％のＦｅ、０．１５〜０．４ｗｔ％のＶ、０
〜０．５ｗｔ％のＣｒ、残部Ｚｒおよび不可避不純物か
ら実質的に成る。例えば、酸素は０．１２〜０．１８ｗ
ｔ％の量で存在することができ、Ｓｎは０．２５〜０．
５ｗｔ％の量で存在することができ、Ｆｅは０．２５〜
０．４ｗｔ％の量で存在することができ、Ｖは０．２〜
０．３ｗｔ％の量で存在することができ、Ｃｒは０．１
５〜０．２５ｗｔ％の量で存在することができる。
は０．２５〜０．５ｗｔ％のＧａ、０．１〜０．２５ｗ
ｔ％の酸素、０．１〜０．７ｗｔ％のＳｎ、０．１〜
０．５ｗｔ％のＦｅ、０．１５〜０．４ｗｔ％のＶ、０
〜０．５ｗｔ％のＣｒ、残部Ｚｒおよび不可避不純物か
ら実質的に成る。例えば、酸素は０．１２〜０．１８ｗ
ｔ％の量で存在することができ、Ｓｎは０．２５〜０．
５ｗｔ％の量で存在することができ、Ｆｅは０．２５〜
０．４ｗｔ％の量で存在することができ、Ｖは０．２〜
０．３ｗｔ％の量で存在することができ、Ｃｒは０．１
５〜０．２５ｗｔ％の量で存在することができる。
【００１１】本願のもう一つの発明に従えば原子炉用構
造部材が提供され、この構造部材はクリープ強度を高め
るのに有効な量のＧａを含有するジルコニウム基合金で
構成される。この合金は、１ｗｔ％以下のＧａ、０．５
ｗｔ％以下の酸素、１ｗｔ％以下のＳｎ、合計量１ｗｔ
％以下のＦｅ、ＣｒおよびＶを含有することができる。
特定な場合には、この合金は、０．２５〜０．５ｗｔ％
のＧａ、０．１〜０．２５ｗｔ％の酸素、０．１〜０．
７ｗｔ％のＳｎ、０．１〜０．５ｗｔ％のＦｅ、０．１
５〜０．４ｗｔ％のＶ、０〜０．５ｗｔ％のＣｒ、残部
Ｚｒおよび不可避不純物から実質的に成る。酸素は０．
１２〜０．１８ｗｔ％の量で存在することができ、Ｓｎ
は０．２５〜０．５ｗｔ％の量で存在することができ、
Ｆｅは０．２５〜０．４ｗｔ％の量で存在することがで
き、Ｖは０．２〜０．３ｗｔ％の量で存在することがで
き、Ｃｒは０．１５〜０．２５ｗｔ％の量で存在するこ
とができる。この構造部材は、燃料管、スペーサ、スプ
リング等のような燃料集合体の一構成要素を構成するこ
とができる。燃料管の場合、この合金をＧａ無添加イン
ナーライナー例えばジルコニウムライナーと共に用いる
こともできるし、管全体をＺｒ−Ｇａ合金で作りライナ
ー無しの管とすることもできる。
造部材が提供され、この構造部材はクリープ強度を高め
るのに有効な量のＧａを含有するジルコニウム基合金で
構成される。この合金は、１ｗｔ％以下のＧａ、０．５
ｗｔ％以下の酸素、１ｗｔ％以下のＳｎ、合計量１ｗｔ
％以下のＦｅ、ＣｒおよびＶを含有することができる。
特定な場合には、この合金は、０．２５〜０．５ｗｔ％
のＧａ、０．１〜０．２５ｗｔ％の酸素、０．１〜０．
７ｗｔ％のＳｎ、０．１〜０．５ｗｔ％のＦｅ、０．１
５〜０．４ｗｔ％のＶ、０〜０．５ｗｔ％のＣｒ、残部
Ｚｒおよび不可避不純物から実質的に成る。酸素は０．
１２〜０．１８ｗｔ％の量で存在することができ、Ｓｎ
は０．２５〜０．５ｗｔ％の量で存在することができ、
Ｆｅは０．２５〜０．４ｗｔ％の量で存在することがで
き、Ｖは０．２〜０．３ｗｔ％の量で存在することがで
き、Ｃｒは０．１５〜０．２５ｗｔ％の量で存在するこ
とができる。この構造部材は、燃料管、スペーサ、スプ
リング等のような燃料集合体の一構成要素を構成するこ
とができる。燃料管の場合、この合金をＧａ無添加イン
ナーライナー例えばジルコニウムライナーと共に用いる
こともできるし、管全体をＺｒ−Ｇａ合金で作りライナ
ー無しの管とすることもできる。
【００１２】
【作用】本発明は、Ｇａの添加によりクリープ強度を向
上させた新規なジルコニウム基合金を提供する。このク
リープ強度の向上は、合金の耐食性を著しく損なうこと
なく達成される。原子炉用の燃料管の分野においては、
最大限の性能を引き出すために良好な耐食性と機械的性
質とを兼備することが必要である。０〜０．５ｗｔ％Ｓ
ｎをベースにしてＦｅ、Ｃｒ、Ｖを種々組み合わせたジ
ルコニウム合金は、ジルカロイ−４に比べて耐食性は向
上するが、強度とクリープ特性が著しく低下する。米国
特許第４，５８４，０３０号（その開示内容を本願にお
いて参考として引用している）は、約１．２〜１．７ｗ
ｔ％のＳｎ、約０．１２〜０．１８ｗｔ％のＦｅ、およ
び約０．０５〜０．１５ｗｔ％のＣｒを含有するジルカ
ロイ−４の組成を開示している。米国特許第４，５８
４，０３０号はジルカロイ−４に関連して米国特許第
３，１４８，０５５号（その開示内容を本願において参
考として引用している）に言及している。米国特許第
３，１４８，０５５号は、１．３〜１．６ｗｔ％のＳ
ｎ、０．０７〜０．１２ｗｔ％のＣｒ、０．１２〜０．
４０ｗｔ％のＦｅ、０．００７ｗｔ％以下のＮｉ、０．
１６〜０．２５ｗｔ％の酸素、０．０１２ｗｔ％以下の
Ｓｉ、０．０５ｗｔ％以下のＣ＋Ｎを含有し残部がＺｒ
であるジルコニウム基合金を開示している。
上させた新規なジルコニウム基合金を提供する。このク
リープ強度の向上は、合金の耐食性を著しく損なうこと
なく達成される。原子炉用の燃料管の分野においては、
最大限の性能を引き出すために良好な耐食性と機械的性
質とを兼備することが必要である。０〜０．５ｗｔ％Ｓ
ｎをベースにしてＦｅ、Ｃｒ、Ｖを種々組み合わせたジ
ルコニウム合金は、ジルカロイ−４に比べて耐食性は向
上するが、強度とクリープ特性が著しく低下する。米国
特許第４，５８４，０３０号（その開示内容を本願にお
いて参考として引用している）は、約１．２〜１．７ｗ
ｔ％のＳｎ、約０．１２〜０．１８ｗｔ％のＦｅ、およ
び約０．０５〜０．１５ｗｔ％のＣｒを含有するジルカ
ロイ−４の組成を開示している。米国特許第４，５８
４，０３０号はジルカロイ−４に関連して米国特許第
３，１４８，０５５号（その開示内容を本願において参
考として引用している）に言及している。米国特許第
３，１４８，０５５号は、１．３〜１．６ｗｔ％のＳ
ｎ、０．０７〜０．１２ｗｔ％のＣｒ、０．１２〜０．
４０ｗｔ％のＦｅ、０．００７ｗｔ％以下のＮｉ、０．
１６〜０．２５ｗｔ％の酸素、０．０１２ｗｔ％以下の
Ｓｉ、０．０５ｗｔ％以下のＣ＋Ｎを含有し残部がＺｒ
であるジルコニウム基合金を開示している。
【００１３】米国特許第４，９３８，９２０号（その開
示内容を本願において参考として引用している）は、
０．１０〜０．１６ｗｔ％の酸素と、０〜１．０ｗｔ％
のＮｂと、０〜０．８ｗｔ％のＳｎと、Ｆｅ、Ｃｒおよ
びＶから成る群の少なくとも二種の金属とを含有し、Ｆ
ｅは０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒは０〜０．４ｗｔ％、
そしてＶは０．３ｗｔ％且つＦｅ、Ｃｒ、Ｖの合計量を
０．２５〜１．０ｗｔ％とし、ＮｂおよびＳｎの合計量
を０〜１．０ｗｔ％としたジルコニウム基合金を開示し
ている。米国特許第４，９３８，９２０号は０．２５ｗ
ｔ％のＳｎ、０．２ｗｔ％のＦｅ、０．１５ｗｔ％の
Ｖ、０．１ｗｔ％の酸素および５０ｐｐｍ未満のＮｉを
含有する特定なジルコウニウム基合金を開示している。
示内容を本願において参考として引用している）は、
０．１０〜０．１６ｗｔ％の酸素と、０〜１．０ｗｔ％
のＮｂと、０〜０．８ｗｔ％のＳｎと、Ｆｅ、Ｃｒおよ
びＶから成る群の少なくとも二種の金属とを含有し、Ｆ
ｅは０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒは０〜０．４ｗｔ％、
そしてＶは０．３ｗｔ％且つＦｅ、Ｃｒ、Ｖの合計量を
０．２５〜１．０ｗｔ％とし、ＮｂおよびＳｎの合計量
を０〜１．０ｗｔ％としたジルコニウム基合金を開示し
ている。米国特許第４，９３８，９２０号は０．２５ｗ
ｔ％のＳｎ、０．２ｗｔ％のＦｅ、０．１５ｗｔ％の
Ｖ、０．１ｗｔ％の酸素および５０ｐｐｍ未満のＮｉを
含有する特定なジルコウニウム基合金を開示している。
【００１４】本発明は、ジルコニウム基合金に少量のＧ
ａを添加するとクリープ強度が向上するという全く予期
されなかった発見に基づいている。特に、Ｓｎ含有ジル
コニウム基合金のような希薄なジルコニウム基合金に
０．２５〜０．５ｗｔ％のＧａを添加すると、全く予期
しないクリープ強度の向上が見出された。
ａを添加するとクリープ強度が向上するという全く予期
されなかった発見に基づいている。特に、Ｓｎ含有ジル
コニウム基合金のような希薄なジルコニウム基合金に
０．２５〜０．５ｗｔ％のＧａを添加すると、全く予期
しないクリープ強度の向上が見出された。
【００１５】
【実施例】表１に示すように、４００℃で１２０ＭＰａ
の応力下で約３００時間経過した後のクリープ歪みは、
ガリウムを添加しない合金は４倍から６倍であることが
見出された。本発明の合金の耐食性は、標準的な４００
℃でのオートクレーブ試験の結果、ジルカロイ−４と同
等以上である。
の応力下で約３００時間経過した後のクリープ歪みは、
ガリウムを添加しない合金は４倍から６倍であることが
見出された。本発明の合金の耐食性は、標準的な４００
℃でのオートクレーブ試験の結果、ジルカロイ−４と同
等以上である。
【００１６】表１の結果から、本発明による合金は、同
様な組成でガリウムを添加しないものと比較しても、ま
たジルカロイ−４と比較しても、クリープ歪みが非常に
小さい。また、本発明による合金は、ジルカロイ−４お
よび同様な組成でガリウム無添加の合金と同等の耐食性
を持つことも分かる。このように、ガリウム添加により
耐食性が実質的に低下することはない。表１に示した試
験結果は、４００℃のオートクレーブ中に３日間、２８
日間、３１日間保持した後の測定値である。
様な組成でガリウムを添加しないものと比較しても、ま
たジルカロイ−４と比較しても、クリープ歪みが非常に
小さい。また、本発明による合金は、ジルカロイ−４お
よび同様な組成でガリウム無添加の合金と同等の耐食性
を持つことも分かる。このように、ガリウム添加により
耐食性が実質的に低下することはない。表１に示した試
験結果は、４００℃のオートクレーブ中に３日間、２８
日間、３１日間保持した後の測定値である。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１中の各合金は、タングステン電極アー
ク溶解したボタン試料を、熱間加工と中間再結晶焼鈍を
伴う多段冷間加工とによってストリップにしたものであ
る。各ストリップを最終的に５００℃で３．５時間焼鈍
した後、試験に供した。従来の製造技術、例えば従来技
術の項に記載した米国特許第３，１４８，０５５号、第
４，５８４，０３０号、第４，９３８，９２０号等の技
術を用いて、本発明合金製の燃料管を製造することがで
きる。Ｇａは融点が低いので、望みの組成にするには別
途の処置が必要になるかもしれない。例えば、Ｇａを他
の成分と組み合わせてＺｒ−Ｇａマスター合金の形にす
ることができる。
ク溶解したボタン試料を、熱間加工と中間再結晶焼鈍を
伴う多段冷間加工とによってストリップにしたものであ
る。各ストリップを最終的に５００℃で３．５時間焼鈍
した後、試験に供した。従来の製造技術、例えば従来技
術の項に記載した米国特許第３，１４８，０５５号、第
４，５８４，０３０号、第４，９３８，９２０号等の技
術を用いて、本発明合金製の燃料管を製造することがで
きる。Ｇａは融点が低いので、望みの組成にするには別
途の処置が必要になるかもしれない。例えば、Ｇａを他
の成分と組み合わせてＺｒ−Ｇａマスター合金の形にす
ることができる。
【００１９】本発明の合金は、金属間化合物の分布状態
に関してジルカロイ−２およびジルカロイ−４と同等の
ミクロ組織を示す。但しこの分野で知られているよう
に、金属間化合物の分布および寸法は、合金組成に加え
て加工熱処理の履歴にも依存する。Ｇａは本発明の合金
において固溶強化に寄与していると考えられる。この効
果はＧａが少量存在するときにも生ずる。Ｇａの一部は
析出物のような形で粒子として存在し得る。
に関してジルカロイ−２およびジルカロイ−４と同等の
ミクロ組織を示す。但しこの分野で知られているよう
に、金属間化合物の分布および寸法は、合金組成に加え
て加工熱処理の履歴にも依存する。Ｇａは本発明の合金
において固溶強化に寄与していると考えられる。この効
果はＧａが少量存在するときにも生ずる。Ｇａの一部は
析出物のような形で粒子として存在し得る。
【００２０】以上、本発明を一実施例によって説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求
の範囲に規定した範囲内で多種多様な態様が可能であ
る。
が、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求
の範囲に規定した範囲内で多種多様な態様が可能であ
る。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐食性を損ねることなくクリープ強度を向上させたジル
コニウム基合金およびそれで作られた構造部材が提供さ
れる。
耐食性を損ねることなくクリープ強度を向上させたジル
コニウム基合金およびそれで作られた構造部材が提供さ
れる。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−126739（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−207835（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 16/00
G21C 3/00
Claims (16)
- 【請求項１】 下記の組成： Ｇａ：０．１〜１mass％、 Ｓｎ：０．１〜１mass％、 Ｏ ：０．１〜０．５mass％、 Ｆｅ：０．１〜０．５mass％、Ｃｒ：０．１〜０．５ma
ss％、およびＶ：０．１５〜０．５mass％のうちの少な
くとも一種、および残部のＺｒおよび不可避不純物から
成る、クリープ強度を向上させたジルコニウム基合金。 - 【請求項２】 Ｇａ含有量が０．５mass％以下である請
求項１記載の合金。 - 【請求項３】 Ｏ含有量が０．１〜０．２５mass％であ
る請求項１記載の合金。 - 【請求項４】 Ｏ含有量が０．１２〜０．１８mass％で
ある請求項１記載の合金。 - 【請求項５】 Ｓｎ含有量が０．１〜０．７mass％であ
る請求項１記載の合金。 - 【請求項６】 Ｓｎ含有量が０．２５〜０．５mass％で
ある請求項１記載の合金。 - 【請求項７】 Ｆｅ、ＣｒおよびＶの合計含有量が１ma
ss％以下である請求項１記載の合金。 - 【請求項８】 Ｆｅ含有量が０．２５〜０．４mass％で
ある請求項１記載の合金。 - 【請求項９】 Ｃｒ含有量が０．１５〜０．２５mass％
である請求項１記載の合金。 - 【請求項１０】 Ｖ含有量が０．１５〜０．４mass％で
ある請求項１記載の合金。 - 【請求項１１】 Ｖ含有量が０．２〜０．３mass％であ
る請求項１記載の合金。 - 【請求項１２】 請求項１から１１までのいずれか１項
記載の合金製である原子炉用構造部材。 - 【請求項１３】 燃料管を構成する請求項１２記載の構
造部材。 - 【請求項１４】 前記燃料管はライナーが無い請求項１
３記載の構造部材。 - 【請求項１５】 前記燃料管は、Ｇａを含有しないジル
コニウム製インナーライナーを具備する請求項１３記載
の構造部材。 - 【請求項１６】 燃料集合体の一構成要素を構成する請
求項１２記載の構造部材。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US659882 | 1991-02-25 | ||
| US07/659,882 US5122334A (en) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | Zirconium-gallium alloy and structural components made thereof for use in nuclear reactors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04325642A JPH04325642A (ja) | 1992-11-16 |
| JP3380569B2 true JP3380569B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=24647221
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP02656992A Expired - Lifetime JP3380569B2 (ja) | 1991-02-25 | 1992-02-13 | ジルコニウム基合金およびそれで作られた構造部材 |
Country Status (6)
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|---|---|
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| JP (1) | JP3380569B2 (ja) |
| KR (1) | KR920017134A (ja) |
| AT (1) | ATE128489T1 (ja) |
| DE (1) | DE69205032T2 (ja) |
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| DE69602123T3 (de) * | 1995-03-28 | 2007-03-29 | General Electric Co. | Legierung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Kernreaktorbauteile |
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| CH527412A (de) * | 1970-07-17 | 1972-08-31 | Straumann Inst Ag | Spannband für die Spannbandaufhängung eines drehbaren Messwerks |
| US4360445A (en) * | 1981-06-16 | 1982-11-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Oxygen stabilized zirconium-vanadium-iron alloy |
| US4963323A (en) * | 1986-07-29 | 1990-10-16 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Highly corrosion-resistant zirconium alloy for use as nuclear reactor fuel cladding material |
| DE3873643T2 (de) * | 1987-06-23 | 1993-03-25 | Commissariat Energie Atomique | Verfahren zur herstellung eines rohres auf zirconiumlegierungsbasis fuer kernkraftreaktoren und verwendung. |
| DE3863864D1 (de) * | 1987-07-21 | 1991-08-29 | Siemens Ag | Brennstab fuer ein kernreaktorbrennelement. |
| DE3805124A1 (de) * | 1988-02-18 | 1989-08-31 | Siemens Ag | Kernreaktorbrennelement |
| JP2548773B2 (ja) * | 1988-06-06 | 1996-10-30 | 三菱重工業株式会社 | ジルコニウム基合金とその製造方法 |
| US4986957A (en) * | 1989-05-25 | 1991-01-22 | General Electric Company | Corrosion resistant zirconium alloys containing copper, nickel and iron |
-
1991
- 1991-02-25 US US07/659,882 patent/US5122334A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-01-27 DE DE69205032T patent/DE69205032T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-27 EP EP92850014A patent/EP0501938B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-27 AT AT92850014T patent/ATE128489T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-02-13 JP JP02656992A patent/JP3380569B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-17 KR KR1019920002288A patent/KR920017134A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04325642A (ja) | 1992-11-16 |
| DE69205032T2 (de) | 1996-02-29 |
| EP0501938B1 (en) | 1995-09-27 |
| DE69205032D1 (de) | 1995-11-02 |
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| US5122334A (en) | 1992-06-16 |
| EP0501938A1 (en) | 1992-09-02 |
| ATE128489T1 (de) | 1995-10-15 |
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