铪合金和使用了该合金的核反应堆控制棒用中子吸收体制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种塑性加工性高，且具有高耐腐蚀性的铪（Ｈｆ）合金及使用了该合金的核反应堆控制棒用中子吸收体和核反应堆用控制棒。本发明专利技术是一种核反应堆控制棒用中子吸收体，由含有Ｃｒ０．０３－１．５％，Ｓｎ０．０３－１．５％，Ｆｅ０．０３－２．０％中的至少一种，Ｈｆ和Ｚｒ０．１－４．５％的合计量为９７％以上的特定的组分的Ｈｆ合金，或其合金构成，并由长方形筒状的长构件构成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高耐腐蚀性铪(Hf)合金和使用了该合金的核反应堆控制棒用中子吸收体及反应堆用控制棒以及使用该控制棒的核反应堆和核电站。铪的热中子吸收截面积不一定大，但是在共振能区域具有多个峰值，因此，作为核反应堆的控制棒具有有效的核方面的性质。与此同时，由于还具有优良的加工性和即便是在高温高压蒸汽中也具有比较好的耐腐蚀性，故人们尝试把它用作长寿命控制棒材料。最初由不锈钢密封起来使用使其不与反应堆的水接触，但现在却直接与反应堆的水(堆水)接触。若把铪长时间地装到核反应堆中作为控制棒使用，则在其过程中在表面上会斑点状地生成白色腐蚀生成物，经过团块状腐蚀后将变成层状的疏松的氧化膜。存在有这些白色化的氧化膜在生长的同时一部分的氧化膜将会剥离的担心。现在，BWR(沸水式反应堆)用的控制棒，使用把作为中子吸收材料将碳化硼(B4C)的粉末填充到细的不锈钢管中去的中子吸收管配置到十字形的不锈钢制构件的内侧的控制棒。该控制棒构成4组燃料机组和核反应堆心(炉心)的单元。就是说，用一体的控制棒控制4组燃料机组的输出功率。从提高今后的核电站的利用率的观点来看，要向运转周期的长期化发展。因此，加长控制棒的使用寿命是当务之急。出于这种状况，把铪(Hf)应用到现行的BWR控制棒中去的情况日益增多。例如，在日本特公昭58-44237号中就提出了在控制棒的上方部分和侧方部分使用Hf的控制棒的方案。此外，在日本特开昭56-978897号或特开昭56-74690号中，还示出了以板状使用Hf或铪(Hf)合金的控制棒。一般认为Hf材料在高温水中的耐腐蚀性非常优良，但是，对于在BWR环境下长时间使用，其耐腐蚀性是不够的。作为改善耐腐蚀性目的的合金，在Hf基合金的情况下，在日本特开昭59-208043号，特开昭61-66188号，特表平9-500931号等中，提出了添加Fe,Sn,Ni,Cr,Nb和Zr中的一种或多种的提案。但是，这些合金由于添加量多、要对多种的合金元素进行调整，存在着材料的价格贵，加工性低下，以及将增大特性的不均一性等的问题。若把铪长时间地装到核反应堆中作为控制棒使用，则随着时间的推移会因与反应堆水之间的氧化反应而形成氧化膜。该氧化膜生长得不均一，将发展为团块状，而且还因伴有白色腐蚀而会产生剥离。氧化物的剥离将使控制特性降低，且会对控制棒的长寿命化构成一大障碍。本专利技术的目的是提供一种塑性加工性高，且具有高耐腐蚀性的铪(Hf)合金及使用了该合金的核反应堆控制棒用中子吸收体和核反应堆用控制棒。本专利技术是一种按重量算，Cr0.03～0.8％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，Sn0.03～0.5％,Fe0.05～0.5％,Zr0.1～4.5％剩余部分实质上为Hf的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Zr0.1～4.5％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe)的比为0.2～1.6的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，Sn0.03～0.5％,Fe0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Cr0.03～1.5％,Zr0.1～4.5％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe+Cr)的比为0.05～0.5的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，Sn0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Cr0.03～1.5％,Nb0.03～1.5％,Zr0.1～45％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe+Cr+Nb)的比为0.1～0.5的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种按重量算，含有Sn0.03～0.5％,Fe0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Nb0.05～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf的高耐腐蚀性Hf合金。本专利技术是一种高耐腐蚀性Hf基合金，其特征是由Hf基合金构成，该基合金具有97重量％的Hf，该Hf合金在用热轧进行了厚度50％的轧制后的室温下的维氏硬度为220～250，在410℃进行8小时和在530℃进行16小时的水蒸汽中的加热后，其腐蚀增量为50mg/cm2以下。本专利技术是一种核反应堆控制棒用中子吸收体，该中子吸收体由按重量算含有Cr0.03～1.5％,Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％中的至少一种，且Hf和Zr0.1～4.5％的合计量为97％以上的Hf合金或上述的各种Hf合金构成，或者由在这些合金的表面上具有合金本身的氧化膜的合金构成，并由长方形筒状的长构件构成。本专利技术是一种核反应堆用控制棒，在具备手柄，连接到该手柄上的壳，设于该壳内的中子吸收体，使该壳十字状地配合设置的拉杆，设于该拉杆的下方控制在核反应堆中的下落速度的下落速度限制器，以及设于该下落速度限制器的下部的连接插座的核反应堆控制棒中，其特征是上述中子吸收体，由按重量算含有Cr0.03～1.5％,Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％中的至少一种，且Hf和Zr0.1～4.5％的合计量为97％以上的Hf合金或上述的各种Hf合金构成，或者由在这些合金的表面上具有合金本身的氧化膜的合金构成，并由长方形筒状的长构件构成。本专利技术是一种在核反应堆压力容器内具备中子源管道，反应堆心支持板，中子测定管，控制棒，护套，上部栅格板，和具有被覆管及元件盒(channel box)的燃料组件的构造构件的核反应堆，其特征是所述控制棒由上述的控制棒构成。本专利技术是一种用由收纳于核反应堆压力容器内的核燃料得到的热输出使蒸汽汽轮机转动，并借助于该蒸汽汽轮机的转动驱动发电机，由此得到电能输出的核电站，其特征是上述核反应堆的热输出大于3200MW，核反应堆压力大于7.0Mpa，核反应堆水温在288℃以上，上述电能输出大于1100MW，上述核反应堆压力容器内具备中子源管道，反应堆心支持板，中子测定管，控制棒，护套，上部栅格板的各个构件，所述控制棒由上述的控制棒构成。本专利技术采用以特定的关系复合添入锡，锆，铬，铁和铌的办法，显著地提高了在高温水中的耐腐蚀性，而且采用使由氧化反应得到的氧化物变成致密的物质的新型的铪合金构成控制棒的办法，大幅度地提高了核反应堆用控制棒的寿命。对元素给Hf的耐腐蚀性带来的影响进行研究的结果，首次得知通过适量添加不损害Hf的机械性质的量的锡、铁、铬和铌，可以得到形成致密的氧化层和大幅度改善耐腐蚀性的效果。锆在制造铪时就存在，其含有量为0.1～4.5重量％，特别是该量为0.5～2.0％是理想的。作为合金元素的添加量(重量％)Sn应为0.03～1.50％，若不足0.03％，则对于强度和耐腐蚀性没有足够的效果，反过来，若含有量超过了1.5％，氧化膜的形成将会变得显著，故是不希望的。特别是该量为0.03～0.5％是理想的。Cr即便单独添加0.03～1.5％也是有效的，若与锡进行复合添加则氧化膜更为稳定且会变成致密的构造。特别是该量为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐腐蚀性Ｈｆ合金，按其特征是：重量算，Ｃｒ ０．０３～０．８％，Ｚｒ ０．１～４．５％，剩余部分实质上为Ｈｆ。

【技术特征摘要】
JP 1998-3-19 069764/981．一种高耐腐蚀性Hf合金，按其特征是重量算，Cr0.03～0.8％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf。2．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，Sn0.03～0.5％,Fe0.05～0.5％,Zr0.1～4.5％剩余部分实质上为Hf。3．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Zr0.1～4.5％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe)的比为0.2～1.6。4．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，Sn0.03～0.5％,Fe0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf。5．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Cr0.03～1.5％,Zr0.1～4.5％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe+Cr)的比为0.05～0.5。6．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，Sn0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf。7．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，含有Sn0.03～1.5％,Fe0.03～2.0％,Cr0.03～1.5％,Nb0.03～1.5％,Zr0.1～4.5％,Hf和Zr的合计量为97％以上，(Sn/Fe+Cr+Nb)的比为0.1～0.5。8．一种高耐腐蚀性Hf合金，其特征是按重量算，含有Sn0.03～0.5％,Fe0.03～0.5％,Cr0.03～0.5％,Nb0.05～0.5％,Zr0.1～4.5％，剩余部分实质上为Hf。9．一种高耐腐蚀性Hf基合金，其特征是由具有97重量％以上的Hf的Hf基合金构成，该Hf基合金在用热轧进行了厚度50％的轧制后的室温下的维氏硬度为220～250，在410℃进行8小时和在530℃进行16小时的在水蒸汽中的加热后，其腐蚀增量为50mg/cm2以下。10．一种核反应堆控制棒用中子...

【专利技术属性】
技术研发人员：高濑磐雄，稻垣正寿，藤枝正，小泉章，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]