Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab

Abstract

 Zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres (2) aus einer Zirkoniumlegierung wird das Hüllrohr (2) beim Glühen durch Hindurchbewegen einer Glühzone und nachfolgendem Abschrecken mit einem Kühlmittel im Umdrehung um die Rohrachse versetzt; auf diese Weise wird ein Hüllrohr erzielt, das keine Brüche in der Rohrwand, keine vergröberten Sekundärausscheidungen und keine Verwerfungen aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab durch Bewegen einer Glühzone in Längarichtung durch das Hüllrohr und nachfolgendes Abschrecken mit einem Kühlmittel.

[0002] Dieses Verfahren ist als sogenanntes "β - Quenchen" bekannt. In der Zirkoniumlegierung sind nach dem Ziehen oder Pilgern des Hüllrohres Sekundärausacheidungen mit Legierungsbestandteilen wie z.B. Eisen, Chrom und/oder Nickel vorhanden, die Partikel in der Matrix der Zirkoniumlegierung bilden, einen verhältnismäßig großen mittleren Durchmesser im Bereich von 0.01 bis 0.05 _/um haben, die technologischen Eigenschaften der Zirkoniumlegierung wie z.B. ihre Härte und Festigkeit beeinflussen und ein anderes Korrosionsverhalten als die Matrix der Zirkoniumlegierung zeigen. Diese Partikel können die Keimzellen für örtlich erhöhte Oberflächenkorrosion, der sogenannten Nodularkorrosion am Hüllrohr eines in einen Kernreaktor eingesetzten Kernreaktorbrennstabes sein. Die erhöhte Oberflächenkorrosion führt zur Ausbildung von örtlichen Oxidpusteln am Hüllrohr des Kernreaktorbrennstabes, an denen schlieBlich in Extremfall das Hüllrohr des Kernreaktorbrennstabes durchkorrodieren kann. In der Glühzone werden beim "β - Quenchen" die Sekundärausscheidungen aufgelöst, und beim nachfolgenden-Abschrecken bilden sich nur sehr kleine und fein verteilte Sekundärausscheidungen, die nicht mehr Ausgangszellen für Nodularkorrosion sind.

[0003] Das "β - Quenchen" führt jedoch zu Verwerfungen (Dimensionsveränderungen) des Hüllrohres, die für die Fertigung von Kernreaktorbrennstäben unzulässig sind. Das "ß - Quenchen* konnte daher nicht am Fertigrohr durchgeführt werden, sondern mußte in eine Zwischenstufe bei der Rohrherstellung gelegt werden. Beim notwendigerweise nachfolgenden Verformen des Rohres durch Ziehen oder Pilgern konnten dann aber Brüche der Rohrwand auftreten. Auch begünstigt dieses nachfolgende Verformen wieder die Bildung von gröberen lokalen Sekundärausscheidungen in der Zirkoniumlegierung des fertigen Hüllrohres.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Brüche und Vergröberungen der Sekundärausscheidungen im fertigen Hüllrohr zu vermeiden.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daB das Hüllrohr beim Glühen und Abschrecken in Umdrehung um die Rohrachse versetzt und beiderseits der Glühzone geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten wird.

[0006] Es wurde gefunden, daB auf diese Weise Verwerfungen des Hüllrohres vermieden werden, so daß das "ß - Quenchen" nicht mehr in Zwischenstufen der Hüllrohrfertigung gelegt zu werden braucht, sondern an fertigen Hüllrohr durchgeführt werden kann.

[0007] Es ist günstig, wenn beim Abschrecken mit dem Kühlmittel auf der Hüllrohraußenfläche ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt wird. Dadurch wird die Außenoberfläche des Hüllrohres zusätzlich gegen Korrosion in einem Kernreaktor geschützt.

[0008] Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

In der Zeichnung ist schematisch eine Einrichtung zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres 2 dargestellt, das aus einer mit Zircaloy 2 bezeichneten Zirkoniumlegierung besteht, die 1.2 bis 1.7 Gew. % Zinn, 0.07 bis 0.2 Gew. % Eisen, 0.05 bis 0.15 Gew. % Chrom,. 0.03 bis 0.08 Gew. % Nickel, 0.07 bis 0.15 Gew. % Sauerstoff und den Rest Zirkonium enthält.

[0009] Dieses Hüllrohr 2 wird durch zwei Paare schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 geradlinig mit genau fluchtender Längsachse gehalten. Mit diesen Paaren schräggestellter Antriebsrollen 3,4; und 5;6 wird das Hüllrohr 2 ferner in Umdrehung um seine Längsachse versetzt und außerdem in Richtung dieser Längsachse d.h. in Richtung des Pfeiles 7 vorbewegt.

[0010] Zwischen den Paaren schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 ist ein Quarzrohr 8 angeordnet, durch das das Hüllrohr 2 koaxial geführt ist und das innen mit Argon oder Helium gespült wird, so daB die Zirkoniumlegierung des Hüllrohres keinen Luftstickstoff aufnehmen kann. Außen auf dem Quarzrohr 8 befindet sich eine koaxiale Induktionsheizspule, die an einem
elektrischen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist und mit der im Hüllrohr 2 innerhalb des Quarzrohres 8 eine GlUhzone erzeugt wird, in der die Zirkoniumlegierung eine Temperatur im Bereich von 900 bis 1200°C hat.

[0011] An Ende des Quarzrohres 8, an dem das Hüllrohr 2 aus dem Quarzrohr 8 austritt, ist eine zum Quarzrohr 8 und zum Hüllrohr 2 koaxiale Ringdüse 9 angebracht, die auf der inneren Mantelfläche dem Hüllrohr 2 zugewandte Düsenöffnungen aufweist.

[0012] Das Hüllrohr 2 wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 bis 10 mm pro Sekunde durch den Quarzzylinder 8 hindurch in Richtung seiner Längsachse bewegt. Zugleich vollführt das Hüllrohr 2 um seine Längsachse eine Umdrehung mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit im Bereich von 200 bis 2000 Umdrehungen pro Minute. Das aus den Quarzzylinder 8 austretende Hüllrohr 2 wird vom Düsenring 9 mit einem Kühlmittel besprüht, das beispielsweise Wasserstoffperoxid enthaltendes Wasser sein kann. Mit dem Wasserstoffperoxid wird außen auf dem Hüllrohr 2 ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt. Als Kühlmittel kann auch Sauerstoff enthaltendes Inertgas, z.B. Sauerstoff enthaltendes Argon oder Helium verwendet werden, wenn die AbkUhlgeschwindigkeit des aus den Quarzzylinder 8 austretenden Hüllrohres 2 nicht zu hoch gewählt sein soll.

[0013] Die Vorschubgeschwindigkeit des Hüllrohres 2 im Bereich von 1 bis 10 mm pro Sekunde in Richtung des Pfeiles 7 bedeutet, daB die mit der Induktionsspule 10 im Hüllrohr 2 erzeugte Glühzone mit der gleichen Vorschubgeschwindigkeit duroh in das Hüllrohr 2 bewegt wird. Durch die Umdrehung des Hüllrohres 2 um seine Längsachse wird an der Glühzone eine über dem Rohrumfang gleichmäßige Tenperaturverteilung im Hüllrohr 2 erzielt, das überdies durch die Paare schräggestellter Antriebsrollen 3;4 und 5;6 geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten ist, so daß das Hüllrohr 2, wenn es schließlich die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung verlassen hat,nicht nur gegen Korrosion stabilisiert ist, sondern auch keine Deformationen aufweist d.h. geradlinig ist und einen kreisrunden Innen- und Außenquerschnitt aufweist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Stabilisieren der Korrosionsfestigkeit eines Hüllrohres aus einer Zirkoniumlegierung für einen Kernreaktorbrennstab durch Bewegen einer Glühzone in Längsrichtung durch das Hüllrohr und nachfolgendes Abschrecken mit einen Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (2) beim Glühen und Abschrecken in Umdrehung um die Rohrachse versetzt und beiderseits der GlUhzone geradlinig mit fluchtender Längsachse gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß beim Abschrecken mit dem Kühlmittel auf der Hüllrohraußeafläche ein gasdicht abschließender oxidischer Oberflächenüberzug erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daB als Kühlmittel Wasserstoffperoxid enthaltendes Wasser verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß als Kühlmittel Sauerstoff enthaltendes Inertgas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine Vorschubgeschwindigkeit der GlUhzone im Bereich von 1 bis 10 mm/Sekunde und eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Hüllrohres im Bereich von 200 bis 2000 Umdrehungen pro Minute gewählt wird.

Zeichnung