DE1111405B - Zirkonium-Legierung - Google Patents

Description

• Zirkonium-Legierung Es ist bekannt, als Umhüllung von Brennelementen von wassergekühlten Kemreaktoren und als Konstruktionsteile im Innern solcher Kernreaktoren Zirkonium oder Zirkonium-Legierungen zu verwenden, und zwar in erster Linie solche, die bis 3 % Zinn und daneben noch Eisen, Chrom und/oder Nickel enthalten. Außerdem sind Zirkonium-Legierungen bekannt, die als Legierungselement Niob, Eisen, Chrom oder Nickel enthalten. Bei der Auswahl der Zirkonium-Legierungen für die Verwendung in Keinreaktoren für die genannten Zwecke kommt es einmal darauf an, daß die Legierung eine geringe Ab- sorption für thermische Neutronen hat. Außerdem ist es erwünscht, daß die Legierung eine hohe Korrosionsfestigkeit gegenüber dem Kühlmittel aufweist.
• Gegenstand der Erfindung ist nun eine Zirkonium-Legierung, die aus 0,05 bis 1,50./o, vorzugsweise 0,1 bis 0,8#"/o, Palladium, Rest Zirkonium, besteht. Dabei kann das Zirkonium die üblichen technischen Verunreinigungen, wie Sauerstoff, Eisen u. ä., in einer Menge bis zu etwa 0,30/9 enthalten. Die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich dadurch aus, daß sie bei einer unteren Grenze des angegebenen Palladiumgehalts eine sehr geringe Neutronenabsorption und außerdem eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweist. Mit steigendem Palladiumgehalt steigt zwar die Neutronenabsorption, aber auch die Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit verbessern sich. Diese Legierung hat den weiteren Vorteil, daß sie verhältnismäßig leicht herstellbar ist, weil sie nur einen geringen Zusatz von Legierungsbestandteilen erfordert und weil der Schmelzpunkt des Palladiums wesentlich näher am Schmelzpunkt des Zirkoniums liegt, als es bei anderen bisher verwendeten Legierungsbestandteilen, insbesondere Zinn, der Fall ist.
• Die erfindungsgemäße Legierung hat auch erhebliche Vorteile, wenn sie als weiteren Legierungsbestandteil das schon bisher in Zirkonium-Legierungen für Kernreaktoren verwendete Zinn, und zwar in Mengen von 0,2 bis 4 1/o, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Oh, enthält. Durch diese Zugabe von Zinn zu der binären Zirkonium-Palladium-Legierung wird die mechanische Festigkeit der Legierung verbessert. Andererseits verbessert die Zugabe von Palladium gegenüber den schon bekannten zinnhaltigen Zirkonium-Legierungen deren Korrosionsbeständigkeit.
• Die erfindungsgemäße Legierung kann daher außerdem die in Zirkonium-Legierungen für diese Zwecke schon bekannten Legierungsbestandteile enthalten, nämlich bis 3% Niob, bis 0,511o Eisen, bis 0,5% Chrom, bis 0,5,% Nickel, bis 1% Beryllium, einzeln oder zu mehreren. Dabei ist es zweckmäßig, die Zusätze so zu bemessen, daß der Neutronen-Einfangquerschnitt der Legierung nicht höher als 1 barn wird.
• Die erfindungsgemäße Legierung eignet sich wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit besonders gut als Werkstoff für Gegenstände, für die gleichzeitig auch eine geringe Neutronenabsorption gewünscht wird, insbesondere für die Umhüllung von Brennstoffeleinenten und für andere Konstruktionselemente in wassergekühlten und/oder wassennoderierten Kernreaktoren.
• Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung seien an folgenden Beispielen dargelegt: Zirkonium-Legierungen, in denen das Zirkonium bis 0,3 1/o übliche Verunreinigungen und außerdem 0,2, 0,5 bzw. 1 % Palladium enthielt, wurden in einem Autoklav bei 4801 C und 200 Atm. 48 Stunden lang der Einwirkung von Wasserdampf ausgesetzt. Nach Beendigung des Versuchs wurden folgende Gewichtszunahmen (Mg7CM2) gemessen:

  0,2 O/o, Pd, Rest Zr ........ 0,36 mg7cm2

  0,5-1/o Pd, Rest Zr ........ 0,32 Mg7CM2

  1 11/e Pd, Rest Zr ........ 0,33 mg7cm2

  Demgegenüber zeigte unlegiertes Zirkonium gleicher Qualität unter den gleichen Bedingungen eine Gewichtszunahine von etwa 6 nig/CM2.
• Bei einer Korrosionsprüfung über 14 Tage bei 400' C, im übrigen aber unter den gleichen Bedingungen, zeigten die gleichen Legierungen folgende Gewichtszunahmen:

  0,2 "/& Pd, Rest Zr ........ 0,31 mg/cm2

  0,5 Oh, Pd, Rest Zr ........ 0,34 mg/cm2

  1 0/e Pd, Rest Zr ........ 0,36 nig/CM2

  Unlegiertes Zr ............ 10

  Zirkonium-Legierungen, die- die erfindungsgemäßen Zusätze aus Zinn und Palladium enthielten, wurden unter den zuerst genannten Bedingungen, nämlich ineinem Autoklav bei 4801 C und 200 Atm. 48 Stunden lang einer Korrosionsprüfung ausgesetzt. Dabei ergaben sich im Vergleich zu solchen Legierungen, die nicht den erfindungsgemäßen Zusatz von Palladium enthielten, folgende Werte: 1 11/G Sn, 0,1 O/o Pd, Rest Zr 0,76 mg/cm2 10/' Sn, 0,2,1/o Pd, Rest Zr 0,36 Mg/CM2 1,5 11/0 Sn, 0,5 0/0 Pd, Rest Zr 0,32 mg(cm2 1 Ofo Sn, Ool(h Pd, Rest Zr 39,2 Mg/CM2 Unter den gleichen Bedingungen wurde eine erflndungsgemäße Zirkonium-Legierung mit 0,511/o Palladium geprüft, die als dritten Legierungsbestandteil außerdem 1 % Niob enthielt. Diese zeigte eine Gewichtszunahme von 0,34 Mg/CM2; bei einem Gehalt von 0,5 % Palladium und 0,5,9/o Niob betrug die Gewichtszunahme 0,42 mg(cm2.
• Eine erfindungsgemäße ternäre Zirkonium-Legierung mit 0,210/9 Palladium und 0,211/o Nickel zeigte unter den gleichen Prüfbedingungen eine Gewichtszunahme von 0,38 mg(cm2.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zirkonium-Legierung, die aus 0,05 bis 1,5 Oh, vorzugsweise 0,1 bis 0,8%, Palladium, Rest Zirkonium, besteht.
2. 2. Zirkonium-Legierung nach Anspruch 1, die außerdem noch 0,2 bis 419/o, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Oh, Zinn enthält. 3. Zirkonium-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem bis 3'O/o Niob, bis 0,5% Eisen, bis 0,5% Chrom, bis 0,5% Nickel und bis 1% Berylhum, einzeln oder zu mehreren, enthält. 4. Verwendung einer Zirkonium-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen, für die eine geringe Neutronenabsorption und hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber Wasser bei hohen Temperaturen und Drücken erforderlich ist. In Betracht gezogene Druckschriften: G. L. Miller, »Zirconium«, 2. Auflage, 1957, S. 324 bis 326.