(57)【要約】  本発明は、沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属（５）の製造方法を開示するものであり、また、そのようなシート状金属（５）を開示するものである。本発明による方法においては、主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなる材料を準備し、この場合、ジルコニウム合金の主要合金材料をニオブを備えたものとする。材料をアニーリングし、これにより、ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてを、β−ニオブ粒子へと、転換する。
2008506039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属（５）の製造方法であって、
主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなる材料を準備し、この場合、前記ジルコニウム合金の主要合金材料をニオブを備えたものとし、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料を存在させないものとし、さらに、前記ジルコニウム合金を、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとし、
前記材料に対して、少なくとも１回の熱間圧延を施し、
前記材料に対して、少なくとも１回の第１β−クエンチングを施し、
熱間圧延した前記材料に対して、少なくとも１回の冷間圧延を施す、
という方法において、
前記少なくとも１回の冷間圧延の後になおかつ前記第１β−クエンチングの後に、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度以下の温度でもって、なおかつ、前記ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてが、９０重量％を超えるニオブ含有量でもって前記ジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子へと、転換され得るに十分な時間にわたって、冷間圧延した材料を転換アニーリングすることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記第１β−クエンチングを、前記熱間圧延の前に実行することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記第１β−クエンチングを、前記少なくとも１回の熱間圧延のいずれかと、前記少なくとも１回の冷間圧延と、の間に実行することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
さらに、第２β−クエンチングを行うとともに、この第２β−クエンチングを、前記少なくとも１回の冷間圧延の後になおかつ前記転換アニーリングの前に、行うことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
さらに、前記第２β−クエンチングと前記転換アニーリングとの間に冷間変形を行い、
この冷間変形においては、材料を、延伸前の元々のサイズの１％〜７％という残留変形量でもって延伸することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記転換アニーリングを、４５０℃〜６００℃でもって、有利には５００℃〜６００℃でもって、好ましくは５４０℃〜５８０℃でもって、行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
前記主要合金材料を、ニオブ、鉄、および、スズ、とし、
その他の合金材料の含有量を、０．０５重量％以下とすることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、
ニオブの含有量を、０．５〜１．６重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７または８記載の方法において、
鉄の含有量を、０．３〜０．６重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法において、
スズの含有量を、０．５〜０．８５重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７記載の方法において、
スズの含有量を、０．７〜１．１重量％とし、
鉄の含有量を、０．０９〜０．１５重量％とし、
ニオブの含有量を、０．８〜１．２重量％とし、
その他の合金材料の含有量を、０．０５重量％以下とすることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
前記主要合金材料を、ニオブとし、
前記合金内におけるニオブの含有量を、０．５〜１．６重量％とし、好ましくは０．９〜１．１重量％とし、
その他の合金材料の含有量を、０．０５重量％以下とすることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法において、
前記転換アニーリングの後における温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超える場合には、継続時間を、最長でも、前記ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてがβ−ニオブ粒子として維持され得る時間とすることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、
前記転換アニーリング後の温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超えている時間を、１０分間未満とする、好ましくは５分間未満とする、有利には全くないものとすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックス（２）の製造方法であって、
シート状金属（５）を、請求項１〜１４のいずれか１項に記載された方法に基づいて製造し、
このシート状金属（５）を、前記燃料チャンネルボックス（２）をなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして配置する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属（５）であって、
前記シート状金属（５）が、主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなり、この場合、前記ジルコニウム合金の主要合金材料がニオブを備えたものとされ、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料が存在しないものとされ、さらに、前記ジルコニウム合金が、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとされ、
このようなシート状金属において、
前記ニオブを含有した第２相粒子が、実質的に、９０重量％を超えるニオブ含有量でもって前記ジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子だけから構成されていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１７】
請求項１６記載のシート状金属において、
前記主要合金材料が、ニオブ、鉄、および、スズ、とされ、
その他の合金材料の含有量が、０．０５重量％以下とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１８】
請求項１７記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内におけるニオブの含有量が、０．５〜１．６重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１９】
請求項１７または１８記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内における鉄の含有量が、０．３〜０．６重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内におけるスズの含有量が、０．５〜０．８５重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項２１】
請求項１７記載のシート状金属において、
スズの含有量が、０．７〜１．１重量％とされ、
鉄の含有量が、０．０９〜０．１５重量％とされ、
ニオブの含有量が、０．８〜１．２重量％とされ、
その他の合金材料の含有量が、０．０５重量％以下とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項２２】
請求項１６記載のシート状金属において、
前記主要合金材料が、ニオブとされ、
前記合金内におけるニオブの含有量が、０．９〜１．１重量％とされ、
その他の合金材料の含有量が、０．０５重量％以下とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項２３】
沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックス（２）であって、
請求項１４〜１９のいずれか１項に記載されたシート状金属（５）を備え、
このシート状金属（５）が、前記燃料チャンネルボックス（２）をなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして配置されていることを特徴とする燃料チャンネルボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉内におけるシート状金属に関するものであり、また、そのようなシート状金属の製造方法に関するものであり、さらに、そのようなシート状金属を備えた燃料チャンネルボックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉においては、核燃料は、燃料ペレットとして構成され、燃料ペレットは、燃料棒内に配置され、燃料棒は、燃料チャンネルボックス内に配置される。核燃料アセンブリは、燃料チャンネルボックスを備えてなり、燃料チャンネルボックス内には、複数の燃料棒と、スプレッダー部材と、当業者には公知であるような様々な他の部材と、が配置されている。燃料チャンネルボックスは、両端部に開口を有した長尺のパイプとして構成される。燃料チャンネルボックスは、シート状金属を曲げて溶接することによって製造され、シート状金属は、通常、ジルコニウム合金から構成される。ジルコニウム合金が中性子照射に対して曝されたときには、ジルコニウム合金は、成長する。沸騰水型原子炉の動作時に、燃料チャンネルボックスが沸騰水および中性子照射に対して曝されたときには、燃料チャンネルボックスが成長して腐食することとなる。中性子によって誘発されたこの成長の度合いは、合金ごとに異なる。燃料チャンネルボックスをなす材料が成長した際には、燃料チャンネルボックスが曲がってしまうことが起こり得る。沸騰水型原子炉内における燃料チャンネルボックスの有効寿命は、腐食耐性と、曲げ耐性と、に依存する。
【０００３】
特許文献１には、燃料チャンネルボックスと、このような燃料チャンネルボックスの製造方法とが、開示されている。解決課題は、従来より公知の燃料チャンネルボックスと比較して、中性子によって誘起される成長および腐食に対してより良好な耐性を有した燃料チャンネルボックスを提供することである。特許文献１においては、この解決課題に対し、シート状金属として異なる合金からなる外層と内層とが連結される。内層は、照射成長に対してより大きな耐性を有した合金とされ、外層は、腐食に対してより大きな耐性を有したものとされる。
【０００４】
特許文献１による燃料チャンネルボックスは、中性子によって誘起される成長に関する耐性が好ましいものでありなおかつ腐食耐性が好ましいものではあるけれども、しかしながら、複数の層を有していることにために、シート状金属の製造が複雑なものとなる。よって、１つの層だけを有しているとともに、公知の２つのシート状金属の場合と少なくとも同等に中性子誘起成長耐性と腐食耐性とを有しているような、公知の燃料チャンネルボックスに関する代替物が要望されている。
【特許文献１】米国特許第５，８０５，６５６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、中性子照射に対して曝された際に沸騰水型原子炉のための公知のシート状金属と比較して小さな程度しか成長しないような、沸騰水型原子炉のための均一なシート状金属を提供することであり、また、そのようなシート状金属の製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、腐食耐性と中性子誘起成長耐性とが好ましいものであるとともに均一な材料から製造されたような、沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックスを提供することであり、また、そのような燃料チャンネルボックスの製造方法を提供することである。
【０００７】
これらの目的は、独立請求項において規定されたようなシート状金属や燃料チャンネルボックスやシート状金属の製造方法や燃料チャンネルボックスの製造方法によって、達成される。
【０００８】
さらなる利点は、従属請求項において規定された様々な特徴点によって達成される。
【０００９】
本発明における基本的なアイデアは、ニオブを含有している第２相粒子が実質的にβ−ニオブ粒子だけからなるようにして、ジルコニウム合金からなるシート状金属を提供することである。
【００１０】
本明細書中においては、第２相粒子とは、合金の中の、合金の主要部分をなす組成以外の組成を有した粒子を意味している。β−ジルコニウム粒子は、ジルコニウム合金内において、ジルコニウムとニオブとを含有した粒子であって、主要部分は、ジルコニウムである。β−ニオブ粒子は、ジルコニウム合金内において、大部分がニオブからなる粒子である。β−ニオブ粒子は、９０重量％以上のニオブを含有しており、好ましくは、９９重量％以上のニオブを含有している。
【００１１】
ジルコニウム合金内においてニオブが存在する場合、ニオブを含有した第２相粒子が形成される。ニオブを含有した第２相粒子は、ジルコニウム合金内において、ニオブを含有したあるいはニオブとジルコニウムとの混合物を含有した粒子である。ジルコニウム合金内においてニオブが十分な高濃度で存在する場合、第１相粒子は、β−ジルコニウム粒子とβ−ニオブ粒子との混合物として存在することができ、第２相粒子は、β−ニオブ粒子だけとして存在することができる。第１相は、第２相と比較して、より高温においても安定している。β−ジルコニウム粒子という形態とされた第２相に関する相境界は、第１相と第２相との相境界である。β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界の温度以下に温度が維持されたときには、β−ジルコニウム粒子は、β−ニオブ粒子へと転換されることとなる。
【００１２】
以下の説明においては、材料という用語は、材料がシート状金属へと完全に処理され終わるまでは、様々な処理ステップを行う対象物を意味するものとして、使用されている。
【００１３】
本発明の第１見地においては、沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属の製造方法が提供される。この方法においては、主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなる材料を準備し、この場合、ジルコニウム合金の主要合金材料をニオブを備えたものとし、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料を存在させないものとし、さらに、ジルコニウム合金を、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとする。この方法においては、さらに、材料に対して、少なくとも１回の熱間圧延を施し、材料に対して、少なくとも１回の第１β−クエンチングを施し、さらに、熱間圧延した材料に対して、少なくとも１回の冷間圧延を施す。この方法においては、少なくとも１回の冷間圧延の後になおかつ第１β−クエンチングの後に、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度以下の温度でもって、なおかつ、ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてが、９０重量％を超えるニオブ含有量でもってジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子へと、転換され得るに十分な時間にわたって、冷間圧延した材料を転換アニーリングすることを特徴としている。
【００１４】
本発明による方法においては、中性子照射に対して曝された際にわずかしか成長しないようななおかつ好ましい腐食耐性を有しているようなジルコニウム合金が提供される。当然のことながら、本発明による方法においては、さらに他のステップを行うことができる。さらに、本発明による方法における様々なステップは、異なる順序で実施することができる。
【００１５】
β−クエンチングは、当業者には周知のものである。すなわち、このβ−クエンチングにおいては、ジルコニウム合金を高温にまで加熱し、これにより、ｂｃｃ（body center cubic ）タイプの結晶構造を形成する。β−クエンチングにおいては、さらに、ジルコニウム合金を急冷し、これにより、ｈｃｐ（hexagonal closed packed ）タイプの結晶構造を形成する。この操作によって、ジルコニウム合金は、ランダム化された構造となる。
【００１６】
第１β−クエンチングは、熱間圧延の前に実行することができる。この場合には、材料内の構造は、ある程度は、以後の熱間圧延によって、および、さらに他の以降のステップによって、影響を受けるかもしれない。これに代えて、第１β−クエンチングは、少なくとも１回の熱間圧延のいずれかと、少なくとも１回の冷間圧延と、の間に実行することができる。
【００１７】
合金のランダム化された構造を得るためには、最後の冷間圧延の後に、第２β−クエンチングを実行しなければならない。
【００１８】
ほぼ完成品をなす対象物に対して以降のステージにおいて第２β−クエンチングを行う場合には、第２β−クエンチングと転換アニーリングとの間において、冷間変形を行うことが有利である。この冷間変形においては、材料は、延伸前の元々のサイズの１％〜７％という残留変形量でもって延伸される。転換アニーリングの前に冷間変形を行うことにより、第２相粒子の組成に関する所望の結果を、より迅速に得ることができる。
【００１９】
転換アニーリングの際の温度は、β−ジルコニウム粒子をβ−ニオブ粒子へと転換する速度に影響を与える。この速度は、部分的には、ニオブがジルコニウム内において拡散する拡散速度に依存し、また、部分的には、ニオブ粒子がジルコニウム内において形成される核生成速度に依存する。拡散速度は、温度につれて増大し、一方、核生成速度は、温度につれて減少する。転換アニーリングは、転換を迅速に行い得るよう、４５０℃〜６００℃でもって、有利には５００℃〜６００℃でもって、好ましくは５４０℃〜５８０℃でもって、行われる。
【００２０】
転換アニーリングを継続しなければならない時間は、温度に依存する。温度が５００℃〜６００℃に維持されている場合には、転換アニーリングは、好ましくは、６〜１０時間にわたって行われ、少なくとも３時間以上にわたって行われる。より低温においては、転換アニーリングは、より長時間にわたって継続されなければならない。
【００２１】
腐食と中性子誘起成長とに関して良好な特性を達成するためには、ニオブの含有量は、好ましくは、０．５〜１．６重量％とされ、鉄の含有量は、好ましくは、０．３〜０．６重量％とされ、スズの含有量は、好ましくは、０．５〜０．８５重量％とされる。これら３つの数値範囲を満たすグループをなす合金は、腐食に関しておよび中性子誘起成長に関して好ましい特性を達成するに際して、特に有利である。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下とされる。
【００２２】
特に好ましい特性を有した他のグループをなす合金は、Ｚｉｒｌｏ（登録商標）という商標名のものであり、スズの含有量が、０．７〜１．１重量％とされ、鉄の含有量が、０．０９〜０．１５重量％とされ、ニオブの含有量が、０．８〜１．２重量％とされている。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下とされる。
【００２３】
上述した合金を代替し得るグループをなす合金は、合金材料として実質的にニオブだけを備えているとともに合金内におけるニオブの含有量が０．５〜１．６重量％とされている好ましくは０．９〜１．１重量％とされているような合金である。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下とされる。
【００２４】
有利には、転換アニーリングの後における温度は、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超えないものとされる。転換アニーリングの後における温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超える場合には、継続時間は、最長でも、ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてがβ−ニオブ粒子として維持され得る時間とされる。この目的のために、転換アニーリング後の温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超えている時間は、適切には、１０分間未満とされ、好ましくは５分間未満とされ、有利には全くないものとされる。継続時間は、β−ジルコニウム粒子の相境界の温度を超えることが許容される温度状況に依存する。
【００２５】
本発明の第２見地においては、沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックスの製造方法であって、シート状金属を、上述したいずれかの方法に基づいて製造し、このシート状金属を、燃料チャンネルボックスをなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして配置する、という方法が提供される。
【００２６】
本発明の第３見地においては、沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属が提供され、このシート状金属は、主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなり、この場合、ジルコニウム合金の主要合金材料がニオブを備えたものとされ、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料が存在しないものとされ、さらに、ジルコニウム合金が、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとされる。このシート状金属は、ニオブを含有した第２相粒子が、実質的に、９０重量％を超えるニオブ含有量でもってジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子だけから構成されていることを特徴としている。
【００２７】
シート状金属は、本発明による方法に関して上述したような利点を有している。シート状金属は、当然のことながら、上述した方法によって製造することができる。
【００２８】
本発明の第４見地においては、燃料チャンネルボックスが提供され、この燃料チャンネルボックスは、本発明によるシート状金属を、燃料チャンネルボックスをなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして備えている。
【００２９】
上記方法に関連して上述した様々な特徴点は、適用可能であれば、本発明によるシート状金属に対しても、また、本発明による燃料チャンネルボックスに対しても、適用することができる。
【００３０】
上述した様々な特徴点は、適用可能な同一の実施形態内において、任意に組み合わせることができる。以下においては、添付図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、沸騰水型原子炉のために構成された従来技術による核燃料アセンブリ１を示している。核燃料アセンブリ１は、本発明の一実施形態による燃料チャンネルボックス２を備えている。核燃料アセンブリは、さらに、複数の燃料棒３を備えている。燃料棒３の中には、核燃料が燃料ペレットとして配置されている。燃料チャンネルボックス２は、複数の燃料棒３の長手方向軸線と平行なものとされた長手方向軸線４を有している。燃料チャンネルボックス２は、通常、２つのシート状金属５から製造され、これら２つのシート状金属５を、燃料チャンネルボックス２の長手方向軸線４の方向に沿って曲げて互いに溶接することによって製造される。
【００３２】
以下の２つの実施例は、燃料チャンネルボックス２のために１つのシート状金属５に関し、本発明による製造方法を例示するものである。
【００３３】
いずれの方法においても共通しているものは、後のステージにおいて、転換アニーリングを行うことである。これにより、β−ジルコニウム粒子という形態の第２相粒子を、β−ニオブ粒子という形態の第２層粒子へと、転換することができる。このアニーリングは、約６１０℃といったような、β−ジルコニウム粒子の相境界温度以下の温度で実行される。β−ジルコニウム粒子からβ−ニオブ粒子への第２相粒子の転換に関する原動力は、ジルコニウム内へニオブの拡散速度によって部分的に制限されるとともに、核生成速度によって部分的に制限される。核生成速度とは、第２相粒子が合金内に形成される速度である。拡散は、温度の上昇につれて、増大する。一方、核生成速度は、温度の上昇につれて、減少する。このことは、大きな転換速度を得るに際して、最適温度が存在することを意味している。
【００３４】
この応用において想定される合金に関しては、急速な転換のための最適温度は、約５５０℃である。しかしながら、温度がβ−ジルコニウムの粒子の相境界温度以下である限りにおいては、所望の結果を得ることができる。好ましい温度範囲は、５００〜６００℃であり、より好ましい温度範囲は、５４０〜５８０℃である。
【００３５】
本発明にとって主に興味がある合金は、０．５〜１．６重量％というニオブ含有量を有した合金である。
【００３６】
第１グループをなす合金は、上述したニオブ含有量と、０．３〜０．６重量％という鉄含有量と、０．５〜０．８５重量％というスズ含有量と、を有した合金である。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下である。
【００３７】
第２グループをなす合金は、Ｚｉｒｌｏ（登録商標）であって、０．７〜１．１重量％というスズと、０．０９〜０．１５重量％という鉄と、０．８〜１．２重量％というニオブと、を有している。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下である。
【００３８】
第３グループをなす合金は、主要な合金材料としてニオブだけを備えており、ニオブ含有量は、０．９〜１．１重量％である。合金内には、他の材料が存在することができるものの、これら他の材料の含有量は、０．０５重量％以下である。
【００３９】
すべてのグループの合金は、良好な腐食耐性と、中性子誘起成長の小ささと、をもたらす。
【００４０】
『実施例１』
第１実施例に基づいて燃料チャンネルボックス２のためのシート状金属５を製造するに際しては、まず最初に、ジルコニウムブリケットと様々な合金材料とを互いに押圧することによって、ジルコニウム合金からなる電極を製造する。このジルコニウム合金は、電極の重量をベースとして、約１重量％というニオブと、０．４重量％という鉄と、０．６重量％というスズと、を備えている。その後、電極を真空融解し、キャスティング材を形成する。その後、キャスティング材を、少なくとも１回は真空融解し、これにより、１００〜１２５ｍｍ厚さの材料を形成する。この材料に対して加工を施し、表面処理を施す。その後、材料に対して、β−クエンチングを施す。すなわち、材料を１０００℃〜１１００℃という温度まで加熱し、その後、冷却する。材料は、５００℃以下の温度にまで、少なくとも１０℃／ｓｅｃという速度で冷却される。β−クエンチングの後に、材料を表面処理し、その後、複数のステップにわたって熱間圧延する。ステップの回数や、各熱間圧延後の厚さは、シート状金属５に関して所望された最終的な厚さに依存する。
【００４１】
材料に対して、複数回にわたっての冷間圧延を施す。熱間圧延した材料をアニーリングした後に第１回目の冷間圧延を行うことにより、材料内において好ましいグレイン構造が得られる。各冷間圧延どうしの間においては、標準的な製造手順に基づき、次なる冷間圧延を行う前にグレイン構造を回復させ得るよう、材料をアニーリングする。このアニーリングは、β−クエンチング以下の温度で行う。すなわち、９００℃以下で行う。好ましくは、約６００℃以下で行う。例えば、約５６０℃で行う。
【００４２】
複数回の冷間圧延の後に、材料を６時間にわたって５４５℃という温度まで加熱することによって、転換アニーリングを行う。転換アニーリングの際には、β−ジルコニウム粒子という形態の第２相粒子が、９９重量％を超えるニオブ含有量を有した粒子からなるβ−ニオブ粒子という形態の第２相粒子へと、転換される。
【００４３】
転換アニーリングの後に、材料を、仕上げ寸法へと冷間圧延し、グレイン構造を回復させ得るよう最終アニーリングを行う。最終アニーリングは、β−ジルコニウム粒子の相境界温度以下の温度で実行する。これにより、最終的なシート状金属の製造が完了する。最後に、シート状金属５のエッジをカットし、シート状金属を、さらに表面処理する。
【００４４】
『実施例２』
第２実施例に基づいて燃料チャンネルボックス２のためのシート状金属５を製造するに際しては、ジルコニウムブリケットと様々な合金材料とを互いに押圧することによって、ジルコニウム合金からなる電極を製造する。このジルコニウム合金は、０．９７重量％というスズと、０．０１重量％という鉄と、１．０３重量％というニオブと、０．００８１重量％というクロムと、を備えている。この合金は、Ｚｉｒｌｏ（登録商標）という商標名でも知られている。その後、電極を真空融解し、キャスティング材を形成する。その後、キャスティング材を、少なくとも１回は真空融解し、これにより、１００〜１２５ｍｍ厚さの材料を形成する。この材料に対して加工を施し、表面処理を施す。その後、材料に対して、β−クエンチングを施す。すなわち、材料を１０００℃〜１１００℃という温度まで加熱し、その後、急速に冷却する。材料は、５００℃以下の温度にまで、少なくとも１０℃／ｓｅｃという速度で冷却される。その後、複数のステップにわたって材料を熱間圧延する。ステップの回数や、各熱間圧延後の厚さは、シート状金属５に関して所望された最終的な厚さに依存する。
【００４５】
熱間圧延した材料をアニーリングした後に第１回目の冷間圧延を行うことにより、材料内において好ましいグレイン構造が得られる。材料に対して、複数回にわたっての冷間圧延を施す。各冷間圧延どうしの間においては、標準的な製造手順に基づき、次なる冷間圧延を行う前にグレイン構造を回復させ得るよう、材料をアニーリングする。このアニーリングは、β−クエンチング以下の温度で行う。すなわち、９００℃以下で行う。好ましくは、約６００℃以下で行う。例えば、約５６０℃で行う。
【００４６】
その後、材料に対して、第２回目のβ−クエンチングを施す。すなわち、材料を１０００℃〜１１００℃という温度まで加熱し、その後、急速に冷却する。材料は、５００℃以下の温度にまで、少なくとも１０℃／ｓｅｃという速度で冷却される。
【００４７】
第２回目のβ−クエンチングの後に、冷間変形を実施する。これにより、材料を延伸する。この場合、延伸前の元々のサイズの３％という残留変形量でもって変形させる。その後、材料を６時間にわたって５４５℃という温度まで加熱することによって、転換アニーリングを行う。転換アニーリングの際には、β−ジルコニウム粒子という形態の第２相粒子が、９９重量％を超えるニオブ含有量を有した粒子からなるβ−ニオブ粒子という形態の第２相粒子へと、転換される。これにより、最終的なシート状金属の製造が完了する。最後に、シート状金属５のエッジをカットし、シート状金属を、さらに表面処理する。
【００４８】
上記のいずれかの実施例に基づいてシート状金属を製造した後に、２つのシート状金属５を曲げて互いに溶接することにより、燃料チャンネルボックス２を製造する。シート状金属５から燃料チャンネルボックス２を製造する方法は、当業者には公知である。よって、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００４９】
当然のことながら、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく様々に修正することができる。本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００５０】
また、上述した以外の他の合金材料を、上述した合金材料の濃度以下の濃度でもって、含有することができる。
【００５１】
当然のことながら、上述した様々な実施形態において合金材料を互いに交換することができる、あるいは、合金材料としてニオブだけを含有している合金によって代替することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】核燃料アセンブリを示す図であり、この核燃料アセンブリは、本発明の一実施形態に基づく燃料チャンネルボックスを備えている。
【符号の説明】
【００５３】
１  核燃料アセンブリ
２  燃料チャンネルボックス
３  燃料棒
５  シート状金属
【図１】
2008506039.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月3日(2006.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属（５）の製造方法であって、
主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなる材料を準備し、この場合、前記ジルコニウム合金の主要合金材料をニオブを備えたものとし、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料を存在させないものとし、さらに、前記ジルコニウム合金を、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとし、
前記材料に対して、少なくとも１回の熱間圧延を施し、
前記材料に対して、少なくとも１回の第１β−クエンチングを施し、
熱間圧延した前記材料に対して、少なくとも１回の冷間圧延を施し、
前記少なくとも１回の冷間圧延の後になおかつ前記第１β−クエンチングの後に、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度以下の温度でもって、なおかつ、前記ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてが、９０重量％を超えるニオブ含有量でもって前記ジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子へと、転換され得るに十分な時間にわたって、冷間圧延した材料を転換アニーリングする、
という方法において、
前記主要合金材料を、ニオブ、鉄、および、スズ、とし、
その他の合金材料の含有量を、０．０５重量％以下とすることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記第１β−クエンチングを、前記熱間圧延の前に実行することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記第１β−クエンチングを、前記少なくとも１回の熱間圧延のいずれかと、前記少なくとも１回の冷間圧延と、の間に実行することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
さらに、第２β−クエンチングを行うとともに、この第２β−クエンチングを、前記少なくとも１回の冷間圧延の後になおかつ前記転換アニーリングの前に、行うことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
さらに、前記第２β−クエンチングと前記転換アニーリングとの間に冷間変形を行い、
この冷間変形においては、材料を、延伸前の元々のサイズの１％〜７％という残留変形量でもって延伸することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記転換アニーリングを、４５０℃〜６００℃でもって、有利には５００℃〜６００℃でもって、好ましくは５４０℃〜５８０℃でもって、行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
ニオブの含有量を、０．５〜１．６重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
鉄の含有量を、０．３〜０．６重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
スズの含有量を、０．５〜０．８５重量％とすることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
スズの含有量を、０．７〜１．１重量％とし、
鉄の含有量を、０．０９〜０．１５重量％とし、
ニオブの含有量を、０．８〜１．２重量％とし、
その他の合金材料の含有量を、０．０５重量％以下とすることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法において、
前記転換アニーリングの後における温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超える場合には、継続時間を、最長でも、前記ニオブを含有している第２相粒子の実質的にすべてがβ−ニオブ粒子として維持され得る時間とすることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
前記転換アニーリング後の温度が、β−ジルコニウム粒子という形態での第２相粒子の相境界温度を超えている時間を、１０分間未満とする、好ましくは５分間未満とする、有利には全くないものとすることを特徴とする方法。
【請求項１３】
沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックス（２）の製造方法であって、
シート状金属（５）を、請求項１〜１２のいずれか１項に記載された方法に基づいて製造し、
このシート状金属（５）を、前記燃料チャンネルボックス（２）をなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして配置する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
沸騰水型原子炉において使用するためのシート状金属（５）であって、
前記シート状金属（５）が、主にジルコニウムを備えてなるジルコニウム合金からなり、この場合、前記ジルコニウム合金の主要合金材料がニオブを備えたものとされ、さらに、１．６重量％という含有量を超えて存在する合金材料が存在しないものとされ、さらに、前記ジルコニウム合金が、ニオブを含有した第２相粒子を備えたものとされ、
前記ニオブを含有した第２相粒子が、実質的に、９０重量％を超えるニオブ含有量でもって前記ジルコニウム合金内の粒子を構成するβ−ニオブ粒子だけから構成され、
このようなシート状金属において、
前記主要合金材料が、ニオブ、鉄、および、スズ、とされ、
その他の合金材料の含有量が、０．０５重量％以下とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１５】
請求項１４記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内におけるニオブの含有量が、０．５〜１．６重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内における鉄の含有量が、０．３〜０．６重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のシート状金属において、
前記ジルコニウム合金内におけるスズの含有量が、０．５〜０．８５重量％とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１８】
請求項１４記載のシート状金属において、
スズの含有量が、０．７〜１．１重量％とされ、
鉄の含有量が、０．０９〜０．１５重量％とされ、
ニオブの含有量が、０．８〜１．２重量％とされ、
その他の合金材料の含有量が、０．０５重量％以下とされていることを特徴とするシート状金属。
【請求項１９】
沸騰水型原子炉のための燃料チャンネルボックス（２）であって、
請求項１４〜１８のいずれか１項に記載されたシート状金属（５）を備え、
このシート状金属（５）が、前記燃料チャンネルボックス（２）をなす複数の壁のうちの少なくとも１つとして配置されていることを特徴とする燃料チャンネルボックス。
【国際調査報告】
2008506039.tif 000004
2008506039.tif 000005
2008506039.tif 000006
2008506039.tif 000007