被覆管内面コーディング法の開発(B)

Development of coating technique on inner surface of fuel cladding tubes (B)

寺西 洋志*; 安楽 俊朗*; 前田 禎一*

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燃料の長寿命化を図る上で、FCCIの低減対策の確立が急務となっている。低FCCI化のため、経済性にすぐれた実用的なコーティング材およびコーティング方法の開発が必要である。 本研究では、化学的気相蒸着法とライニング法によりCr、V、Nb、Ti、Zrの単独又は複合のコーティングを実施した。 その結果をまとめると、以下のとおりである。 (1) 化学的気相蒸着法によりCr、Vをコーティングする方法は、コーティング温度が1000以上であり、316ステンレス鋼の最終製品には適用できない。 (2) 同法を途中工程で適用し、Cr、Vをコーティングしたものは、最表面層に生成するカーバイド層が熱延や冷延により剥離や脱落するために、適用は困難である。 (3) 同法でCr、VをコーティングしてTiやZr板とステンレス鋼とのインサート材とする方法も、最表面のカーバイド層の割れと表面近傍部の組成が鉄を主体(6070%Fe-3040%V、Cr)となっているために、TiやZr-Feとの共晶が9501100で生じ、融解する。 (4) Nb板をライニングする方法は、単独でステンレス鋼および12%Cr鋼にライニングすることも、Tiとステンレス鋼とのインサート材とすることも可能である。TiとNbとは固溶体をなし、FeのTiへの移行も防止できるので、共晶の恐れもNbを適正な厚さに確保すれば抑制できる。 (5) Nb板をライニング材とする問題点は、Fe-Nbの界面にNbCカーバイド層が生成(熱延や熱処理により)して、冷間圧延や熱間圧延によりマイクロクラックが生ずることである。 このためには、Fe/Ni/Nbなどの炭素移行を防止する対策が必要である。

Alleviation of Fuel Clad Chemical Interaction (FCCI) is urgently needed for the prolongation of fuel life. Appropriate coating material as well as coating technique, which are both practical and economical, should be developed for this purpose. In this work, the method of chemical vapor deposition (CVD) and lining were applied on 316 stainless steel 12%Cr steel. By using these techniques, such elements as Cr, V, Nb, Ti and Zr were coated or lined either individualluy or in combination. The results obtained are summarized as follows. (1)The coating of Cr and V through CVD method is not suitable for final product of 316 stainless steel, because processing temperature is required over 1000C. (2)Application of the above coating to in-processed product also seems difficult, since the carbide film formed on the outermost surface shows poor ductility and gets cracked and peeled off during hot and cold rolling operation. (3)The method of using the V and Cr coating as insert material between Ti or Zr and stainless steel or 12%Cr steel does not seem applicable, since cracking of the carbide layer takes place and the eutectic reaction occurs between Zr or Ti and steel, because of rather rich concentration of iron in the surface region (60-70% Fe-30-40%Cr or V). (4)The lining of Nb sheet on the steels seems applicable. Using of Nb sheet as insert material between Ti and stainless steel is also applicable and, in this case, the eutectic reaction is completely prevented. (5)The problem of Nb clad technique is that Nb carbide layer forms at the interface of steel and Nb during hot rolling and heat treatment and this layer shows poor ductility which leads to microcracks during hot and cold rolling. (6)The prevention of carbide formation can be possible by using Ni as insert material between Nb and steel.