TW311227B - - Google Patents

Description

經濟部4-央標準局員工消費合作社印袋 本發明係關於供用於組成核燃料棒外鞘之所有部份或 外在部份的以锆爲基合金之管，或導引管》本發明之主要 的（但並非唯一的）應用係在於製造欲用於受壓水反應器 之燃料棒外鞘管的領域上。 迄今，已特定地使用了由稱之爲’Zircaloy 4#之以 锆爲基合金所製得的外鞘，且其含有如下之重量比： 1.20% 至 1.70% 錫 0. 18% 至 0. 24 % 鐵 0 07% 至 0. 13% 鉻 其中鐵加上鉻的總含量在0. 28%至0. 37%範圍內 。慣常地，鐵含量對鉻含量之比係爲約1. 38至 3 . 4 2範圍內。 通常，'Zircaloyf 的氧含量是不超過0. 16% ’並且，一般而言會更小。 頃發現，Zircaloy 4外鞘的機械強度可令人滿意的 ’然而，彼等受高溫下之加壓水的腐蝕卻限制了其在反應 器內可接受的維持時限。 目前，已揭示了使用由具有約2. 5%鈮之Zr—

Nb合金所組成之外鞘（美國專利 US—A - 4 717 534案號），其經發現在高溫水介質中具 有良好的抗腐蝕性。不幸地，此合金卻有不良的熱潛變行 爲。此合金可藉由摻雜具有氧含量在0.10%至 0. 16%重量比範圍內之合金，並使該外鞘承受再結晶 之最終熱'處理而改良。雖然如此，此類合金之熱潛變行爲 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） ^IT.¾. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -4 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一.,1-- ''*1 31lh7^ e;；；；；7 at i ,i：：!.I^J__B7____ 五、發明説明（2) 還是沒有其他外鞘材料好。 特定言之，本發明係欲提供製造外鞘管的方法，使獲 得在高溫水介質中具有良好抗腐蝕性，同時有滿意的高溫 潛變行爲’並且不會引起應用上之困難而導致高廢棄率之 管變得可行。 最終地，本發明係提供一種製造以鉻爲基合金，同時 含有 50pprn 至 250ppm 鐵、0. 8% 至 1. . 3% 重量比鈮、小於1600ppm氧、小於2〇〇ppm碳 、及小於1 2 0 p pm矽之管的方法，該方法包括： 將熱的錠塊（亦即藉由煅造或軋製）轉變成棒狀物； 待將該棒狀物於電爐或感應爐中加熱至1 0 〇 〇°c至 1 200 °C之後，於水中淬火； 將一中空粗坯料加熱至6 0 0°C到8 0 0°C範圍的溫 度後，擠壓之； 視需要地，在該坯料上施加熱處理，5 6 0°C至 620 °C範圍內；以及 冷軋至少4次使形成厚度漸減的管形式’並配合溫度 在5 6 0°C至6 2 0 °C範圍的中程熱處理及最終熱處理， 且所有的熱處理係在惰性氣壓下或真空進行° 依此方法製得之管等到使用做爲外鞘管或導引管時也 不用再接受可能會改變其冶金學結構的進一步熱處理。雖 然如此，其確實要接受表面處理，並且需進行檢驗。特定 而言，此表面處理可包括，砂磨及化學酸洗’接著再清洗 。該表面'處理可經由利用循環帶或輪之拋光而完成。檢驗 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐〉 ---------餐------ΐτ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5

係以已知之方法來執行》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 重要的是，鐵含量不可超過2 5 0 p pm。意想不到 地，頃觀察到，當鐵含量超過2 5 0 p p m時，高溫潛變 性能會突然地降落。實際上，對經得住潛變而言，鐵含量 在1 0 0 p pm至2 0 0 p pm範圍內可獲致良好結果。 唯一之數據顯示出，關於一含有1 %妮之合金，在代表著 外鞘所承受之各條件下與不同的鐵含量時所獲得之直徑變 形的試驗結果之比較。 同時也必要的是，避免使該合金在擠壓後進行任何高 於6 2 0 °C溫度之熱處理。在組成一關於含有1%鈮之鉻 合金的均勻腐蝕試驗中，如在熱壓釜中以5 0 〇°C蒸汽之 腐蝕試驗下所獲得之下列結果顯示般，超過6 2 0 °C溫度 之熱處理會大大地減低熱腐蝕性》 實施例1 •中程處理：580 °C下2小時。 •最終處理：5 8 0 °C下2小時。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 實施例2 •中程處理：700 °C下2小時》 •最終處理：5 8 0 °C下2小時。 實施例3 •中程處 '理：7 0 0 °C下2小時。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 -

A7 B7 五、發明説明（4) •最終處理：7 0 0 °C下2小時 在熱壓釜試驗期間所獲得之質量增加乃如下列： •實施例 1 : 4 8mg/dm2 •實施例 2 : 5 7mg/dm2 •實施例 3 : 63 mg/ dm2 在所有的3個實施例中之試樣都具有1 5 〇 P Pm的 鐵含量。 頃觀察到，該合金呈現有記憶現像，如此，在第一通 次稍後所施加到合金的高於6 2 0 °C之單一處理效應絕不 會完全地被忘記。 一般而言，中程熱處理應在5 6 5 °C至6 0 5 °C範圍 內之參考溫度下進行，頃發現到，中程處理的溫度大於 5 8 0 °C且最終處理之溫度約5 8 0 °C時，對大部份組成 物而言會特別地令人滿意。 特定言之，管子可藉由執行4或5通次在5 6 0 °C至 6 2 0°C範圍內，較佳地係接近6 2 0 °C，之個別的熱處 理，而從擠出之坯料中製得。 頃發現約1 2 0 0 p pm之氧含量是較令人滿意的， 如此在再結晶合金中即可獲得較佳的抗潛變效果。 本發明同時也提供一用於核反應器（其係藉由加壓水 冷卻及緩和）中之燃料組件的外鞘或導引管，該管係由完 全結晶狀態的以銷爲基合金所製造，此合金具有5 〇 ppm至250ppm鐵、〇. 8%至1. 3%重量比鈮 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210 Χ297公釐） ! i I ! I I 訂 II — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準扃負工消費合作社印裝 -7 - 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（5) 、1 OOOppm 至 I600ppm 氧、小於 200 P pm碳、小於1 2 0 P Pm矽，而其餘者除了無可避免 的雜質外，都是由锆組成》 檢驗依此方法製得之合金時’可看出沒有/9 Z r沈 澱物的排列，從腐蝕性的觀點來看，此排列是有害的。 比較性試驗是在那些具有鈮含量爲0. 86%至 1. 3%且鐵含量在l〇〇PPm至150ppm.範圍之 合金上進行。 代表性的製造範圍係從一具有1 7 7mm直徑的煅造 棒狀物開始，乃如下所列： •待於1 0 5 0 °C下加熱1小時後，於水中淬火； •機製一具有外直徑爲1 6 8mm且內直徑爲4 8 m m之粗还； •待感應加熱至6 5 0°C之後，擠壓之，以便獲得外 直徑爲80mm且內直徑爲48mm: •以5個循環滾軋管子，其包括中程熱處理爲5 8 0 °C下2小時；以及 •最終熱處理係在5 8 0 °C下2小時。 在代表著高壓水反應器之條件的高溫水性介質中，與 那些具有高鈮含量之已知的Z r — Nb合金比較時，試驗 顯示出普遍化的抗腐蝕性；彼等也展現出比已知之合金還 好的熱潛變強度，同時可媲美於最佳的’Zircaloy 4^合 金：因此，在1 30MPa下於400 °C下240小時之 後，測得 '下列的潛變直徑變形； 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貰) -8 - 年 !. -3//- ^ - . 月曰p —η^件：w 第8Sl〇〇〇64 號專利申請栗中文詋明書修正頁 ;(招JlL丨 民國86年4月修正 —晒_ 丨丨 --」______.… 五、發明説明（6 ) •Zr:l%Nb，15〇Ppm Fe，再結晶化 ：0 . 5 ； • ’Zircaloy 4#從一組成份中再結晶，從潛變的觀 點來看最佳的是：$1. 0%。 圖式之簡里說明 本案中唯一之圖式呈現出試驗結果，證明一種含有i %鈮之合金，在代表著外稍所承受之各條件下，於不胃胃 含量時所獲得之直徑變形情況。 i I I —裝— I I I I 訂— I I I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

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Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 311227 韶 C8 _____ D8 六、申請專利範圍 1 · 一種製造供用於組成核燃料棒外鞘之所有部份或 外在部份之管或供用於核燃料組件之導引管的方法， 其特徵爲： 製造一由同時含有5 0 p pm至2 5 0 P pm鐵、 〇. 8%至1. 3%重量比鈮 '小於I 600ppm氧、 小於1 6 0 〇 p p m氧、小於2 0 0 p p m碳、及小於 1 2 0 p pm矽之锆合金所組成的棒狀物； 使該棒狀物加熱到1 〇 〇 〇。(：至1 2 0 0。(：，然後於 水中淬火； 待加熱到6 0 0°C至8 0 0 °C範圍之後，擠壓出一还 料； 以至少4個通次冷軋該坯料以便獲得一管，並配合 5 6 0 °C至6 2 0°C範圍之中程熱處理；以及 在5 6 0 °C至6 2 0 °C範圍內進行最終熱處理，且所 有的熱處理係在惰性氣壓下或真空中執行。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵爲該管係 從該擠出之坯料中以4或5個冷軋通次製得。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵爲該坯料 擠壓後，接著是在5 6 0 °C至6 2 0 °C範圍的溫度下熱處 理。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵爲該中程 處理係在5 6 5 °C至6 0 5 °C的參考溫度下進行2小時至 4小時。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -I ί HI HI ^^1 In - In I -A衣 -K - - I - 1^1 n^i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) -10 - A8 B8 C8 D8 511227 六、申請專利範圍 特徵爲該最終熱處理係在5 6 5 °C至6 0 5 °C範圍的溫度 下（較佳地係接近5 8 0 °C )進行2至4小時。 6 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 特徵爲鐵含量係約1 5 0 p pm。 7 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 特徵爲氧含量係在1 0 0 0 P pm至1 6 0 0 P Pm的範 圍內。 8 . —種供用於經加壓水冷卻及緩和之核反應器中之 燃料組件的外鞘或導引管，該管係由完全結晶形態之以鉻 爲基的合金製造，此合金具有5 0 p pm至2 5 0 p pm 鐵、0. 8%至1. 3%重量比鈮、lOOOppm至 1 600ppm氧、小於200ppm碳、小於1 20 p pm矽，其餘者除了無可避免的雜質外皆由鉻所組成。 -------!---衣------訂 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11