制备核燃料组件用管的方法及由此得到的管

本发明涉及用于构成核燃料棒壳的全部或外部，或一种导管的 锆基合金管。本发明主要的，尽管不是唯一的用途在于制造用于压水 反应堆的燃料棒的壳管的领域。

迄今为止，一直采用特别是由所调的“Zircaloy4”锆基合金制造 的壳管且该锆基合金含下列组分(重量％)：

1.20-1.70％锡

0.18-0.24％铁

0.07-0.13％铬

其中铁加铬总量在0.28-0.37％的范围内。通常，铁和铬含量 之比在1.38-3.42的范围内。

通常，“Zircaloy4”氧含量不超过0.16％，一般它是非常小的。

Zircaloy4壳管的机械强度是令人满意的，但在高温下压水对它 的腐蚀使其寿命不能为反应堆接受。

已推荐用含约2.5％铌的Zr-Nb合金制造壳管(US-A-4, 717,534)，已发现该合金在高温含水介质中有良好的耐腐蚀性。不幸 的是该合金的热蠕变性能很差。通过加入范围为0.10-0.16％(重 量)的氧及使该壳管经最终的再结晶热处理可改进热蠕变性。尽管如 此，这类合金的热蠕变性能仍劣于其它的壳管材料。

本发明特别试图提供一种制造壳管的方法，该管可能同时达到 在高温含水介质中良好的耐腐蚀性能和令人满意的高温蠕变性，该 方法容易实施而不含有高产品率。

为此，本发明特别提供一种制造锆基合金管的方法，该合金还含 50-250ppm的铁，0.8-1.3％(重量)的铌，小于1600ppm的氧，小 于200ppm的碳，小于120ppm的硅，该方法包括：

将热锭(如由锻造或轧制)变形以得到一个棒；

将该棒于电炉或感应炉中加热到1000-1200℃之间后再于水 中急冷；

在加热到600-800℃的温度范围后挤压成中空的坯锭；

将该坯锭在560-620℃温度下任选地进行热处理；以及

为减少管厚进行至少4次冷轧，其中进行中间热处理和温度范 围为560-620℃的最终热处理，全部热处理都是在惰性气氛或真空 中完成的。

用此法制造的管在其用作壳管或导管前无须再作可能改变其金 相组织的热处理。尽管如此，它还要接受表面处理，而且对其进行检 验。表面处理特别是可包括喷砂、化学酸洗，接着是洗涤。表面处理 可以循环转动的带子或轮抛光来完成。检测按常规方法进行。

重要的是铁含量不超过250ppm。出乎意料地观察到，当铁含量 超过250ppm时高温蠕变性能急剧下降。实际上，范围为100- 200ppm的铁含量可得到良好的耐蠕变结果。唯一的图示出了试验 结果，该结果示出了在壳管所经受的典型条件下，对含1％铌的合金 在不同铁含量时得到的直径的变形。

挤压后避免使合金经受在大于620℃的温度下的任何的热处 理。超过此温度的热处理大大地降低耐热腐蚀性能，这如以下的腐蚀 试验结果所示，该结果是在500℃水蒸汽的高压釜中对含1％的铌的 锆合金进行均匀的腐蚀试验而得到的。

实施例1

·中间处理：于580℃，2小时。

·最终处理：于580℃，2小时。

实施例2

·中间处理：于700℃，2小时。

·最终处理：于580℃，2小时。

实施例3

·中间处理：于700℃，2小时。

·最终处理：于700℃，2小时。

在热高压试验中得到的质量增量如下：

·实施例1：——48mg/dm2

·实施例2：——57mg/dm2

·实施例3：——63mg/dm2

在三个实施例中的试样的铁含量均为150ppm。

所观察到的是，该合金呈现一种记忆现象，如在第一道次后施于 该合金的高于620℃的单一处理的效应永远不会完全忘记。

一般来说，中间热处理应在范围为565-605℃的参考温度下进 行，已发现高于580℃的中间热处理温度和约580℃的最终处理温度 对大多数的成分是特别令人满意的。

管子可用挤压的坯锭制成，特别是通过进行4或5个被范围为 560-620℃的，更有利的是接近620℃的热处理隔开的道次制成。

已发现约1200ppm的氧含量对于在再结晶合金中获得有利的 抗蠕变效果是令人满意的。

本发明还提供一种用于以压水冷却和减速的核反应堆的燃料组 件的壳管和导管，该管是用完全再结晶态的，除不可避免的杂质外含 50-250ppm铁、0.8-1.3％(重量)铌1000-1600ppm氧、小于 200ppm碳、小于120ppm硅、余量为锆的锆基合金制成的。

当检验以这种方法制成的合金时，可以看到没有βZr析出物的 排列，从腐蚀的观点看这种排列是有害的。

用铌含量范围为0.86-1.3％，铁含量范围为100-150ppm的 合金进行对比试验。

以直经为177mm的锻造棒开始的代表性的制造范围如下：

·于1050℃加热1小时后在水中急冷；

·加工成外径168mm，内径48mm的坯料；

·感应加热到650℃后挤压以得到80mm的外径和48mm的 内径；

·以5个周期，包括580℃，2小时的中间热处理轧制管；以及

·于580℃，2小时的最终热处理

试验表明，所产生的代表高压水反应堆条件的高温含水介质中 的耐腐蚀性可与含高铌含量的已知Zr-Nb合金相比；试验还表明， 热蠕变强度比已知合金好得多，而且可与最好的“Zircaloy4”合金相 比；这样，在130MPa下，400℃，240小时后；测得了以下的蠕变直径 变形；

·Zr：1％Nb，150pp Fe，再结晶：0.5；

·从蠕变的观点优选组分的再结晶“Zircaloy4”：≤1.0％。