電気化学メッキによるCrコーティングを施したZircaloy-4被覆管の事故模擬条件下での酸化および水素吸収挙動の評価

Estimation of the oxidation and hydrogen absorption behavior during simulated accidental condition of Zircaloy-4 with Cr coating formed by electrochemical plating

河合 慶人*; 根本 義之  ; 藤村 由希; 近藤 啓悦  ; 阿部 陽介  ; Mohamad, A. B. ; Pham, V. H.   ; 石川 法人   ; 石島 暖大 ; 井岡 郁夫  ; 舟本 幸大*; 渥美 寿雄*

Kawai, Keito*; Nemoto, Yoshiyuki; Fujimura, Yuki; Kondo, Keietsu; Abe, Yosuke; Mohamad, A. B.; Pham, V. H.; Ishikawa, Norito; Ishijima, Yasuhiro; Ioka, Ikuo; Funamoto, Kodai*; Atsumi, Hisao*

現行のジルカロイ被覆管よりも事故耐性に優れた事故耐性燃料(ATF)被覆管の開発が進められている。その一つに外面にCrをコーティングしたコーティング被覆管があり、高温水蒸気中での耐酸化性の向上が見込まれている。しかし、冷却水損失事故(LOCA)時には被覆管が破裂し、コーティングされていない被覆管内面も酸化することが予想される。そこで、本研究ではジルカロイ4被覆管とその外表面にCrコーティングを施したコーティング被覆管を用いてLOCA試験及び高温水蒸気中での酸化試験を行い、酸化挙動、水素吸収挙動及び機械特性の違いを検討した。熱天秤を用いた酸化試験の結果においては、コーティング被覆管は非コーティング被覆管と比較して酸化量が半減し、コーティングの酸化抑制効果が示された。しかし、酸化試験後の試料の水素吸収量を測定したところ、同じ酸化試験条件でも、コーティング被覆管での方が非コーティング被覆管よりも、水素吸収量が多いことがわかった。本報では、この水素吸収量の違いの原因や、それに関連した酸化試験後の機械的性質への影響などについて議論した。

An accident tolerant fuel (ATF) cladding, which is more resistant to accidents than the conventional Zircaloy cladding, is under development. One of these claddings is a chromium (Cr)-coated cladding with an outer surface coated with Cr, which is expected to improve the resistance to high-temperature steam oxidation. In this study, electrochemical plating was applied to coat a Cr layer on the cladding outer surface, and its properties under accidental conditions were evaluated. In a loss-of-coolant accident (LOCA), the cladding will burst and both the outer and inner surfaces of the cladding will be oxidized. Thus, as-received Zircaloy-4 and Cr-coated claddings were tested for oxidation in high-temperature steam to investigate differences in oxidation behavior, hydrogen absorption behavior, and mechanical properties after oxidation. Oxidation tests were conducted using a thermobalance. The amount of oxidation of coated samples decreased by half compared with that of uncoated samples, indicating that the coating was effective in inhibiting oxidation. However, the hydrogen absorption of coated samples was found to be higher than that of uncoated samples. In this paper, we discuss the mechanism behind this difference in hydrogen absorption and its effect on mechanical properties.