報告書番号

L08014

タイトル（和文）

フレッシュグリーン表面改質被覆管の耐食性および耐水素吸収性

タイトル（英文）

Corrosion Control and Anti-Hydrogen-Absorption of Fuel Cladding by Surface Modification Technology, Fresh Green

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ジルコニウムを酸化と炭化を同時に進行させる表面改質技術フレッシュグリーンを発明した。X線回折およびX線光電子分光分析により、表面改質によりジルコニウム表面に形成される皮膜は単斜晶酸化ジルコニウムの酸素の一部を炭素で置換した構造であった。
ジルカロイ2被覆管に、500℃, 580℃, 660℃の3条件でフレッシュグリーン処理した。一様腐食試験、ノジュラー腐食試験、超臨界水腐食試験の結果、500℃,1hおよび580℃,1h処理皮膜はジルカロイ2の腐食量および水素吸収量を半分以下に抑制する効果を有する。フレッシュグリーン皮膜が緻密で密着性が高いことが耐食性を向上させ、腐食起因の水素量を低減したと推察される。未処理材に存在する水素化物は、500℃処理では殆ど観察されず、耐水素吸収特性が良好である。
フレッシュグリーン処理は最終焼鈍より低温短時間であるため、機械的性質や基材の組織変化の懸念がない。フレッシュグリーン処理は微正圧下で運転できることから、現状の真空熱処理装置をそのまま用いることで、製造工程を大幅に変更することなく導入が可能であるとの見通しを得た。

概要 （英文）

We invent a surface modification technology, Fresh Green, to oxidize and carbonize a zirconium surface in the same process. XRD and XPS analyses indicated that a modified layer on zirconium surface is carbon-doped zirconium dioxide, in which some of oxygen atoms in monoclinic zirconium dioxide are replaced by carbon.
The Fresh Green surface modification is applied for zircaloy-2 fuel cladding tubes at three different temperatures (500oC, 580oC and 660oC). Three autoclave experiments are conducted at three representative conditions: uniform corrosion, nodular corrosion, critical water corrosion. The Fresh Green surface modification at 500oC for 1h and 580oC for 1h reduce both corrosion rate and hydrogen-pickup to a half of that with untreated base material. This is because the Fresh Green layer is closely packed and adhered closely to the base material. Hydrides were found in the base material, though they were scarcely observed in the treated specimen at 500oC.
Since the operating temperature of the Fresh Green process is lower than the final annealing temperature in a manufacturing process, the process does not affect the material property and crystal structure. The Fresh Green process, which can be operated at slightly higher pressure than ambient, can be introduced in the conventional manufacturing process without complicity.

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