JAERI-M 84-081

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84-081

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Japan Atomic Energy Research institute

JAERI-M

84-081

ジルカロイ-4/SUS304

15品ろう抜桃子のu日発試験

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日本原子力研究所Ja仰nAtomic Energy Research Institute

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JAtRI-M rcporls ;ire issued irregu.jrly

Inquiries ahoul nvailabilily ol the reports should be addressed Hi Information Section. Division o)

Technical Information. Japan Atomic knergy Research Institute, lukai-mura. Naka-gun. Ibaraki-ken

319 U. -Japan.

© Japan Atomic Energy Research Institute.

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Techmcal InrQπnation. Japan Atomic Encr~y Rc~carch Jn、111utc. ToLII-mur:1. Nak仕 gun. Ib<lra)"，.kcn 319 11 ・J3pan

。JapanAtomic Energy Re，earch Imti，u'c. 1984

編集兼発行日~; 1);': f-1 J olf完所

印刷日立高速印刷株式会社

J A E R I - M 8 4 - 0 8 1

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JAERI--M 801-081

ジルカ口イ .1 S II S a 0 ，1 jl， "11" /，ぅ jl~' ~~: Jι の1lI1W:"，~峨

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jl"(を使ってぷみたしこの伐の柄本子のれ舵そ川!dli""るために. JUu'dt 内部分の{ò.制，;Jt~. E

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，;J~"Î )およびオー|ウレヲゾ式市川0"('， fl fll-，~: CI11"， f) '1 i ~.ル 120() II!; Illj) ;(d j なっ

たいそのれ'j'tL ，!'，;) i'l，.I，'::))j; Jj， 'f J 'C υ)n~{ 日 if<í J 1~1 Ji:l1'l tJ川市dJれると JUι. 1~0~j'そ 'J' ，.， Iぜに

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-山里摩糞締高揚市三島江 IT目5事i24号

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JAERI-M 81-081

DEVELOPMENT TESTS OF AN EUTECTIC BRAZED JOINT OF ZIRCALOY-4/SUS30<!

Kazuo SH1M1ZU, Masaharu YAMADA

Katsuyuki ARA and Masayuki KITAMURA*

Department of Reactor Engineering

Tokai Research Establishment, JAERI

(Received April 9 , 1984)

This study was conducted for the purponc of developing a

Zircaloy-4/SUS304 joint using an iMitectie brazing toclniquc.

Various fundamental properties of the joint specimens were

examined through mechanical tests (tensile tests at room

temperature and 300°C, bend tests, burst tests), a thermal

cycling test in an autoclave, metallographic tests, and electron-

prove X-ray microanalysis tests. The results showed that the

eutectic brazed joint has a good corrosion resistance in

pressurized high-temperature water and steam. A fairly strong

joint could be produced by adopting a tapered-surfacc contact and

by controlling brazing-temperature and -time. As a result of

these, it has been concluded that the eutectic brazed joint can

be used for attaching an in-core instrumentation sensor to, for

example, a LWR fuel element.

Keywords: Zircaloy-4, SUS304, Stainless Steel, Eutectic Brazed

Joint, Tensile Test, Burst Test, Bend Test, EPMA Test,

Autoclave Test

* YAMARI INDUSTRIES LTD, NO.5-24, I-CHOME, MISHIMAE, TAKATSUKI,

OSAKA, JAPAN

(2)

JAERI-M 84・081

DEVELOPMENT TESTS OF AN EUTECTIC BRAZED JOINT OF ZIRCALOY-4/SUS304

Kazuo SHIMIZU， Masaharu YAMADA Katsuyuki ARA and Masayuki KITAMURA*

Department of Reactor Engineering

Tokai Research Estab1ishment， JAERI

(Received Apri1 9 ， 1984)

ThiR r，tudy was conducted for thc pUl1)O!w ()f devclopl.nq {j

Zircdloy-4ISUS30~ joint u51ng an uutcctic bra~ing tech・IICj¥lc.

Various fundamcntal propcrtics of thc Joint spccimcr】s wcr('

examincd through mechanical tests (tensile tcsts at room

temperature and 30QDC， bend tests， burst test ミ)， a thcrma1

cycling test ユn an autoclave， metallographic tests， and elecLron-

prove X-ray microana1ysis tests. The results showed that the

eutectic brazed joint has a good cつrrosion resistance in

pressurized high-temperature water and steam. A fairly strong

joint could be produced by adopting a tapered-surfacc contact and

by controlling brazing-temperature and -time. As a result of

these， it has been concluded that the eutectic brazed joint can

be used for attaching an in-core instrumentation sensor to， for

example， a LWR fuel element.

Keywords: Zircaloy-4， SUS304， Stainless Steel， Eutectic Brazed

Joint， Tensile Test， Burst Test， Bend Test， EPMA Test，

Autoclave Test

合 YAMARI INDUSTRIES LTD， NO.5-24， I-CHOME， MISHlMAE， TAKATSUKI，

OSAKA， JAPAN

(2)

.1AERI-M 84-081

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3. 1 ~.n 1 次，:Af'l ・白・・ 0 ・…................ …… ・目0・，，，.，................・… 1・・ 0・・・・ ........ … … 2

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4. ジルカ IJ .f -. .1 〆 SUS304J七刈ろうl>1側、子(/)1"1 Hi 1'1. rm;，'t@i;;，tM1 ………・目...・H ・ 3

4. 1 オートクレーブによる州サイケルclltM! 9

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か考文献

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8

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(3)

JAERI-M

Contoaitr.

1. Introduction 1

2. Mechanics of cutoetic brazing I

3. Eutectic brazing method of Zircaloy-4/SUS304 2

3.1 First experimental making 2

3.2 Second experimental making 2

4. Evaluation tests on Zircaloy-4/SUS304 eutectic joint 3

4.1 Thermal cycling test in an autoclave 8

4.2 Tensile test 3

4.3 Bend test 4

4.4 Burst test fi

4.5 Motallographic test. (i

4.6 EPMA tost: V

5. Results 7

6. Conclusion n

References 8

1AER 1-M 84・081

Contcnt5

1. lntl'oduct.i.on ・・・・・"

2. 阿echanics of eutectic brazing

J. Eutectic brazing method of Zircaloy司 4/SUS304 目・ a・ 2

3.1 First expcrimcntal making ・.... ・・・ a・ s ・・・・・ 2

3.2 Second expcrimenta1 making .・・!・"...... • 2

4. Eva1uation tests on Zircaloy-4/SUS304 eutectic joint ・・・・ 3

4.1 Therma1 cyc1ing test in an autoclavc ・ e ・目 1・目・・ 3

4.2 Tensi1c test .....…・・・・・，.，.目白・ 0・0・・・・・..・・・・ :l

4.3 BE:'I1d tcst .... .

4.4 Burst tcst ....... .

4.5 Mctallographic tcsl.

4.6 EPM1， tcst

5. Hesults

G. Concl'lsion.."…ι

l

盲''

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I

•

• •.

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(4)

JAER1M 84-OK!

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. A

Fig. 5

Fig. 6

Fig.Fig.

Fig.

Fiq.

Fiq.

Fig.

Fig.

Fig.

7

8

9

10

11

.12

13

14

Content of figures

Typical binary alloy system and eutectic brazed joint

made between its components

Zirconium-iron equilibrium cUagrum

Zirconium-nickel equilibrium diagram

Zirconium-chromium equilibrium diagram

Schematic drawing showing the set-up for induction

eutectic brazing at first experimental making


eutectic brazing at second experimental making

Diagram of thermal cycling test

Specimen of the eutcctic joint for thermal cycling test

Specimen of the first: experimental not-tapered eutectic

joint for tensile test at room temperature

Specimen of the first experimental 10"-tapored eutoetic

joint tor tensile tCGt at room temperature

Specimen of the second experimental eutectic joint for

tensile test- at room temperature

Specimen jf the eutectic joint for tensile test at

300"C

Specimen of the eutectic joint for bend test

Specimen of the eutectic joint for burst test

Content of tables

Table 1 Composition of Zircaloy~4 specimen

Table 2 Composition of SUS304 specimen

Table 3 Mechanical properties of Zircaloy-4 and SUS304

Table 4 Physical properties of Zircaloy-4 and SUS304

Table 5 Insulation resistance of the specimen of the eutectic

joint for thermal cycling test

Table 6 Results of tensile test on the first experimental

Zircaloy-4/SUS304 eutectic joint at room temperature

Table 7 Results of tensile test on the second experimental


(5)

IAER 1句 M 自4・OR!

Contcnt of figures

Fig. 1 Typical binary alloy systcm and eutcctic brazcd jaint

madc bctwccn its componcnts

Zirconium-iron cquilibrium dingrωm

Zirconium-nickcl cquilibrium didqram

zirconium-chromium cquilibrium diagram


eutectic brazing at first experimcntal making


eutectic brazing at sccond experimental making

Diagram of thcrmal cycling test

Specimcn of thc cutcctic joint for thermal cycling test

Spccimcn of thc firot Dxpcrimcnt品Jnot-tapercd cutcctic

joint (or tcnnilc tcst at room tcmpctaturc

SρCClmon of thc fir9Lむxp0rimcntal lOd-tapcrcd cutcctic

joint [or tensilu t08t at room tcmpcraturc

Fi~. 11 Specimcn af thc second cxpcri~cntal cutactic joint for

tensile tcs十ヨt room tcmpcraturむ

Fig. 12 Specirnen Jf the cutectic joint for tcnsilc tcst at

300"C

~"i9. 2

Fig・3

Fig. 4

Fig. う

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

fig. 9

nu 、.企q

E・、

AF

Fig. 13 Specimen of the eutectic joint for bend tcst

Fig. 14 Specimen of the eutcctic joint for burst tcst

Content of tables

Table 1 Composition of Zircaloy-4 specimen

Tab1e 2 Composition of 5US304 specimen

Table 3 Mechanical proρerties of Zircaloy-4 and SU5304

Table 4 Physical pro~erties of Zircaloy-4 and 5U5304







(5)

JAER1-M 84-081

Table B Results of tensile test on the ?.ircaloy-4/SUS304

eutectic joint at 300°C

Table 9 Results of bend test on the Zircaloy-4/SUS304 cutoctie

joint

Table 10 Results of burst tost on the Zire.i]t>y-4/SUS304 outecti:

joint

Table 11 Results of quantitative EPMA test on the Zircaloy-4/

SUS3O4 eutcctic -joint

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

1

2

3

4

b

6

Photo. 7

Photo. 8

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Photo.

Content of photographs

High-frequency induction heating apparatus

Autoclave for thermal cycling test.

Specimen after thermal cycling test

Spccimcn after thermal cycling test.

Specimen after thermal cycling test

Specimen of the 4S°-tapcrcd euteetie joint for tensile

test at room temperature (A1-A5)

Specimen of the 10 "-tapered eutectic joint for tensile

test at room temperature (B1-B5)

Specimen of the 4 5°-tapered eutectic joint for tensile

test at 300eC (C1-C5)

9 Specimen of the 10°-tapered eutectic joint for tensile

test at 300°C (D1-D4)

10 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for tensile


11 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for bend

test (E1-E5)

12 Specimen of the 10°-tapered eutectic joint for bend

test (F1-F5)

13 Specimen of the 45"-tapered eutectic joint for bend

test (E1-E5)

14 Specimen of the 10°-tapered eutectic joint for burst

test (H1-H5)

15 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for burst

test (G1-G3)

(6)

JAER I・M H4・{)!¥I

Table B Rcsults of tensile tcst on thc Zircoloy-4/SUS304

cutectic joint at 3000C

Tablc 9 Rcsults of bcnd tcst on thn Zircaloy田 4/SUS304 cutcctic

jOlnt

Tablc 10 Rr.sul ts of burnt tcut 011 ttw i， 1 rCill 0)'出 4/SUS304 cutecti:匂

JOlnt

Table 11 Rcsults of qu，'lntl.tatlVt' EPMl¥ t.est 011 the Zircaloy・415US304 cutcctic 可01l1t

Contcnt of phot~graphs

Photo. 1 lIigh-frequcncy inductl.on hCilt.lllC] ilppar，.tlls Photo.2 Autocl.avc fOI: tbcrmal cyclilHJ U':，¥

Photo. 3 Spccimcn .1ft.cl' thenniil cyellrHl 1(':，1

Photo. 11 Spcclmcn aft:er tlH'nnal c)'cJ jn9 Ir'nt

Photo.5 Spcr.imen 41ftC'r therrl1i11 cycling lCl;t

Pboto. G Spccimcn of thc 450・tapercdeutccLic Joint ior tenHilむ

tcst at room tcmpcroturc (AI-A5J

Photo. 7 Specimen of thc lOD-tapcred cutecLic joint for tcnsile

tcst at room tcmpcrature {BI-B51

Photo. a Specimen of the 450-tapcred cutectic joint for tensilc

tcst at 300cC /Cl・C5)

Photo. 9 Specimen of the 100-tapered cutcctic joint for tcnsile

test at 3000C {DI-D41

Photo. 10 Specimen of the 450-tapered eutectic joint for tensile

test at room temperature (AI-A51

Photo. 11 Specimen of the 450-tapered eutectic joint for bend

test (El-E51

Photo. 12 Specirnen of the 100-tapered eutectic joint for bend

test (FI-F51

Photo. 13 Specirnen of the 450-tapered eutectic joint for bend

test (EI-E5)

Photo. 14 Specimen of the 100-tapered eutectic joint for burst

test (HI-H5)

Photo. 15 Specimen of the 450-tapered eutectic joint for burst

test (GI-G3)

(6)

.1AERI-M 84-081

Photo. 16 Micrograph of the not-tapered eutectic joint after

electrolytic etching

Photo. 17 Micrograph of the not-tapered cutoctie joint after


Photo. 10 Micrograph of the not-tapered cutectie joint before

chemical etching

Photo. 19 Micrograph of the not-tapered eutoctic joint after

chemical etching for 30 seconds

Photo. 20 Micrograph of the eutectic joint for thermal cycling

test before chemical etching


test after chemical etching for 10 seconds



Photo. 23 Micrograph of the cutcctic joint for thermal cycling


Photo. 24 Micrograph o£ the 10°-tapered cutcctic joint

(Brightfield)

Photo. 25 Micrograph of the 10"-tapered eutectie joint

(Darkfield)

Photo. 26 Micrograph of the eutectic joint (Brightfield)

Photo. 27 Micrograph of the eutectic joint (Polarized light)

Photo. 28 Micrograph of the eutectic joint (Darkfield)

Photo. 29 Micrograph of the eutectic joint (Interference

Contrast)

Photo. 30 Depth dependence of the eutectic zone of the specimen

of the 10°-tapered eutectic joint






of the 10"-tapered eutectic joint



Photo. 35 Composition image superimposed with Zr-L* line profile

along a direction normal to the eutectic zone

(71

lAF.RI-M 1¥4・08J

Photo. 16 Microgcaph of the not-tapered eutcctic joint after

e1ectr01ytic etching

Photo. 17 Micrograph of: thc not副 tapcrcdeutcctic joint aftcr

c1cctro1ytic ctching

Photo. 1日 Micrographof the not-tapered cutectic joint bcfore

chcmic1l1 ctching

Photo. 19 M且crographof the not-tapcred eutect且c joint after

chcmical etching for 30 scconds

Photo. 20 Micrograph of the cutectic joint for therma1 cycling


Photo. 21 Micrograph of the cutectic joint for thcrmal cyc1ing

test after chemical ctching for 10 seconds

Photo. 22 Micrograph of thc eutcctic joint for thcrmal cyc1ing

tcst aftcr chcmical ctching for 20 s~cond r.

Photo. 23 Micrograph of thc cutcctic joint for thcrmal cyc1ing

tcst af:tcr chcmical ctching fQr 80 9ccondo

Photo. 24 Micrograph of thc 10"・tapcrcdeutectic joint

Wr ightf icld J

Photo. 2S Micrograph of the 10"・tapcrcdeutcctic joint

(Darkfic1dJ

Photo. 26 Micrograph of thc eutectic joint (Brightfie1d)

Photo. 27 Micrograph of the eutcctic joint (Polarized 1ight)

Photo. 28 Micrograph of the eutectic joint (Darkfie1d)

Photo. 29 Micrograph of the eutcctic joint (Interference

Contrast)


of the 10。・'taperedeutectic joint


of the 10・-taperedeutectic joint


of the 100-tapered eutectic joint




of the 100皿 taperedeutectic joint

Photo. 35 Composition image superimposed with Zr-L_ 1ine profi1e

a10ng a direction Jlorma1 to the eutectic zone

m

JAERI-M 84-08!

Photo. 36 Composition image superimposed with Fe-X* line profile

along a direction normal to the eutcctic zone

Photo. 37 Composition image superimposed with Cr-K* line profile


Photo. 38 Composition image superimposed with Ni-Kd lino profile

along a direction normal to the cutectie zone

Photo. 39 Composition image superimposed with Zr-L«i line profile

along a direction normal to the eutectic zone

Photo. 40 Composition image superimposed with Fe-K^ line profile


Photo. 41 Zr-L,i X-ray image, associated with Photo. 39

Photo. 42 Fe-K* X-ray image, associated with Photo. 40

Photo. 43 Region of the cutcctic joint for quantitative

microprovc analysis

(8)

JAER I開 M 84・081

Photo. 36 Composition image supcrimposed with Fe-K.l linc profile

a10ng a direction normal to the eutcctic lonc

Photo. 37 Compositicn imagc supcrimposcd with Cr-KtI line ~ro t:.i， l('

a10ng a dircction normal to the cutectic zonc

Photo. JB Compositiun imnge 3uperimpo臼ed川 th Ni幽~ line profil(:

1110ng品 d且rectionhormal to thc CUtCCtlC zonc

Photo. 39 Composition imagc supcrimposed wi th Zr-Lct line prc，f ilc

along d direction normal to the cutectic zone

Photo. 40 Composition image supcrimposed with Fe-K~ linむ profi1c

a10ng a direction norma1 to the cutcctic zonc

Photo. 41 Zr-L~ X-ray imagc， associatcd with Photo. 39

Photo. 42 Fe-K~ X-ray imagc， assDciatcd with Photo. 40

Photo. 43 Rcgion of thc cutcctjc joint ior quantitativc

microprove analysiお

(81

JAERI-M

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i s u s 3 o ••] wit / iA "J •:>}«iKt r•E-n'^'i L . ».wfi'j 'Mna»-u^ f *«! , ; . ( :»*«, ! : '« , , f

I /.: f,1 ,«, ® "i t : 3^fV.* ft *• f»«, ti X HIV. <)'. I i-'J« »J«;<1, *'.«•» v C ,t 4-HiJ* I- X l ' i>,

••)• o „ <2)iMIS: i« . ' ; imto VI0n J; 0 IS- ft HI' 'c <<« is H; lA ^ A U (;i W ! ' « L 'C *• ft

l ! f - . - C ^ i , , (D^AiViail; i - WBO'f ) I J ! j « w r j ^ w H ^ . k *) 6 > « ' M l U v ,

: i8sr> ± i s ' c . s n s ;i o 4 : iaim - i 4 & r c *,. ma >-•>- - '.V

^ a : i % l h x. •> >i n " \ - -i i s u s 3 o •» * Ji. AA -"»-"> Ifc W 5 • o> Bfl *t *

Table ] la V>i>D a A - i m$ Q)\t'?-'Si$X &£. £ tz Table 2 IC S U S 3 0 4

<• Table 3lC|3of:J:MfflHt*&!j11:«0it^'&^tl: * i l c . Table 4

Fig.

Table 1 i Tabie 2 IC^L T * 5 -t o ICffiSW*O»«S*4-e^*&-S i ,

r, S U S 3 0 4 * © F e

o Fig.2

Fig.4 K F e - Z r * . Zr - Ni **5 .fctfZr - Cr ©ttJIBI** L T * So ^

- 1 -

JAERI・M !l4・081

I はじめに

料水か燃料のか I'~ 州司J.，(酬のために行神のか内 ü! "K JI! ，セ L 刊 ι がfUJ 允 δ れ℃いるが.ζ~l 1¥

のセンサ~ !JHd;.，H 1 it If<りi，jける凶作iι'-'fLUシ， ilザ'Ju1 λ ，ン1-":1，剣山崎f7肩車 1"1)'必県

とはるリこのよす口氏村i(~ (i' 1i'1!t: (jの似た. ~~;訟{キ般のんきf.í. ，，~': .. t ，)下，~JJ. lm 1t (}杓の'LIえによ

る隈Hi.自~'!1!1且む上ぴ JJJ 出，f:jJJ 水 'Prとおける純白 Htj/L II fl~ F 1)' I!!j也lとむ'.l，とれらのi:!Jむを解決

するために. うまて!と縫っか u)l主(~h ，1;か，:A;みられ. "1車11:It(ll "J jlj; lIt f( ~(2) -(.1)のようにす

でに実III化されているも ll)もめる υ

!拠桶~'1.~であるジルカ II イと:" :j ン1，''1，。耐のjt:{~16 JtM.;，ぅ!l'~: Jl! ~‘る"正み I~ • すでに W，

A， OWC ZJ¥R SI{ ，(51ゃF，J ACQUES (fil らによサ℃な$れている定、彼ら 11. シルカ II'f・2

と SllS:~O'1 の，jtl'，，'，ろう!~ iI~， r 'J..川;'1L. ~機械的仰!塩川町1 や命制 l ，;.l帆などの持制1~~ r.I! ~"1!脈l

した~，t， '4!.胸・"， fH.ï {~:(:NI)・~え/，1 ・ J，; 11) j~ jll. 1"仰心 μIJ~;t1， t;iJ.ると土石:;1If働1.ている，

j七Mろう似のf.'ll.¥と LてIU'J.卜，V)ιとかI， IJ心れる， (J) jtM~ ，1) 11; I，¥!'掛判官Ii心的加+H:lllt:l

寸る日 (21iMIltとfl，'il1:1(1)乱:J!lllle，t IJ jf (; t， i"í~H.1と II;IN. 占 ~l ゐ， I:r j( Mdj 1ん!心(!)fcJ f1/，~. IIし'(か白

りよいぬれ特t!.H'I寸ている υ(，!lltM'ilw'll;I ~怖tl'l・ 1 U IJ刊のi'i引の剛山よりか収り恥いり

(シ~ JレカLlイ，.，1 185!l月I!i'C. 日1I日 ;1[) ，1 : 1~!州、 Wl l'C i，川(，シサー 'S'(，1; 小物の，t{~

が側{曜にで 0.る('

これらのことを臨みて. ~ I~ カロイ 4とお us :~ 0 .) V) Jt.'lI'，ろう lt鮒:f.の!期党を，沈み.そ

の性能Q'Hr品ぷ験'euだったので. ，.f.:t.-'ボ.，ト 1，て州{ti'4る

2 J七M，ろう接のメカニズム

Tablc 1 le:ジルカロイー 4吋"の化学分析必を. また TablL'2 IC S II日a041:J:Mの化学分断

去を示す。 Tablc3 IC ld，j HUの機械的性質の比較を示すミさらに. 1‘ablc -1 jCj判ほ材の物略的

性質の比肢を示す。

Fig， J 11: A B 2成分系合金の共品型状態図を示す。 i:J:U^と Bを接触させ. Jt品溢度lEまで

加熱すると.接触函を過して相互拡散が起こり，問調車体が形成されるわ捲線A荷主賞 Bの場合の

困溶体を a. 溶煤A溶質Bの場合の園溶体を IJとする U 乙れらの悶格体が飽和限度ICflJi童する

と様相 Lが形成され始める。乙の様相形成範囲は.温度もとその保持時聞に依存する。

Table 1とTabie2に示しであるように両母材中の微量元素まで含めると，上記のような矧

純な 2成分系合金状態図にはならない。そ ζ でジルカロイー 4中の Zr.5 U 5 3 0 4中の Fe

と主合金元素CrとNiの4成分系iC単純化して共晶プロセスを考える。 Fig.2. Fig.3および

Fig.4 IC Fe -Zr系. Zr -Ni系およびZr-Cr系の状態図を示してある。いずれの場合も共

晶過程が含まれている。 Fe-Zr系では76%Zr -24%Fe共晶合金が約934'cで形成される。

-1-

JAER1-M 84-08!

U72&iZr-28«>Cr &

•i » •! i S U S 3

3, V )l h o <\ - <l / B U S 3 0 4

3i K i ;

•y * A a 4 n^

•J o C i *i-5J] >J ( I T ! , ' '3 ., -r 0) ti V>. JUA^> •') it:iii'(> tl"E*\>b o V « r " ' ='' > A1^^ 'J •> A C,C

'-') -f ffi t'li ii * «1' T? ?]• '.£ v * » A' A 5 „ Photo. 1 (t Jt hft 'J •:> (fi (W, •!'• 0i V. it ic W Jf| U / ; i« )?J $ ft '

"C A- AA ;tt Itt a 80 'C J; *) tt 10%i l > M m t "•' tt Hi I k,, j l ,'S fil!«il,l Ift l i , te fll ill mi C * IS 5 u

J: -. TitiB-ei S t -C. - A , 10°r-'<fl!ft<;Jtt}ft<ca«!; 1 i)ll!!-C r «ift v. .f •> f-^tu^ T

°T-^'ttftOHlft, a « i i * i i rtffiS-TffltoJftfcW**- fl&T y 1 »/:*!). JtW.Mlc *T 0 ir-'Zis

3. 2 K 2

?:. 10°, 45° r -

-f - 4 l ± # t t , S U S 3 0

- 2 -

JAERI・M 84・08]

Zr c Ni 長の場合IH6免iZr -24 % Ni j~M 合金 tJ'献I!H:I"C で lPIAt されるのまた， 7. r~'Cf 糸で

は72!iiZr戸 28!+JCr Jも“合金が約13帥℃でjf)111<:;，，~れる。なお. 11人的i去のωl訪れ. この ~l.! mÎI刈 1<:

，~られる時自の金属開化合物 ZrC~ が形成され "'c. ι れがi~ ;i r~Hのもん 3 の lifJIW刈 IO，I~ .，て

いるけ 1も M. It，~の働 ó.) 多敏の '1' 問削があ!えされてかl.ì j)~ 制I 1，e，JI j' J'!1 t~， i告になるいジ 1I〆力1.1

イ，1止S11 S a (1 4 の JtM Jl I量:I :i約\l M{) じ I~ むる ι とが旬1" ， ~l'n 、ふl

3. I 陣 1次11:作

3. ジルカロイ~ ，1 / !j U :-; :i 0 4

Jtt¥lJろう接融予の製作JiiJ;.

ジルカ υ イl;1 1~:j ii祖母td;ドで般紫や戦艇に品jする flHllf!tが必'1< ，槻械がj引jj!fゃ腕f:lUU広が侃ド

'，jることがヲJlられている υ そのため. JU'I¥ろう lt:は正':j~'t ，'1: 11Iあるいuγ ルゴンやヘリウムれど

の不j，r，t'Lガス'11でりなう必裂がある向 Photll.1 i'，.1七 M ろう I~ 附，}の創刊に{山 m した向 1，1JJ~l地導

。1I.1J1!\終的{米 l刈ヒラ民河田ボレ E シ;tン事~， :1(1 K Ifv" '<ii}J :/ I，W )内外側~':，Jd ， m 11欠ゐti'l

'cu 'J'~- バ鰍 L I~ {，~と W" -j- ~バ tH~~ ，;，tみた" 1"1目。rl16馴i州Ujf I英i'l'r~)m ~町 i.í'J. -'J: .，J ~す υ 織 ~lm

1. L 'C l2;触~i!た j手内 11 1 筒状試事11とイ i i.民r;'II， 1 1: .i: ソト t. 均千 ~JI 生lÎ世.ぬ I.I~ di.訓導胡l納11:J:吋

てJtM.il.l皮切t!o'Cより敏 10"，ぬいi制度'1i.:' ~f- iij t f~ ， f&i f~ 仰の i~[ I賞U.bk則温度計[米IliHレ1・

11ンHt.¥I.亦外 2色t温度n.レシオ λコ-/.測llJ~lLljl li!J!J'" 2~u(J'・じ H: 也;im したり山j訓( 1000

-105げC)~fH与問 U" ナ四パ備し ftúの場合 tζ I.1.Jた M刷由l/長合制1& ，'!Î I t. HJ て〈るのを umlC

よ q て靴誌{できるまで.ーん. 10"ナーパ織のの i却のにはが~ 1 分 mlで.その i~ 丸イッチを切って

術品u で~":'\i!冷却した。

テーパ無 Ll葺~，，)n.l 合，向上必の )i訟でI&dH J~ 材料を 'Jl'ル，;，t脈 11 などに織械JJJHする慨に破

111する bのが!Ilたο

100テーパ僚のの場合.試料J，(J~i と内部での加納条約;がー怖でないため， Jt l，，'.刷11:{jらができ

た。特に高温引必試験jf. オート 7レープぷ験jt. パース，..:.t験H'のように外f置を細〈したり.

1匂I棋を薄くしたりすると一部彼合されないl由iがIHて.説般に供することができなかった。

3. 2 第 2次Iit作

第 1次試作抵駿の結果，良好な接合状態を得る乙とが厳しかったので.次のように接合プj訟

を変更して第 2次試作試厳を実施した。まず.テーパ鯖しft合では強度上かなりIIlJ緬があるの

で，代わりに45"テーパ接合を試みた。 10 0テーパ接合の場合の不良1~1!.iJとして接合 i函の篠触不良

が考えられたので. 100， 45。テーパ接合共.権合rTI!::真空の差圧を利用して雛合面を加圧する

嫌にした。 Fig.6iC加熱悶石英管郵の構造を示す。継手形状は Fig.61C示すよう Jι. ジルカロ

イー 4I立樽状， SUS3041孟厚肉円筒状の試料を飼いた。その他の製作条件は第 1次試作の

持と同績であった。 45。テーパ接会民斜の内.パースト試験片製作時IC破鍋するものがあった。

-2-

JAER1-M 8-1-081

4. S

*TI");tffl-' L fc.»«ft Jfe»jitAAh j MJ*S-f-0<•*)'rt '«?® / I ] It flt

U Y K * tk^Uftm fh fife iff- tll& iK W * 'JS (fe L /; „

(1) * ~ I- 9 u - 7"ic J : <» *l•*> < ^ f u t i *

(2) 'JliiJiatK C:£fll*JJ:Ot300<JC)

(3)

(5)

(61 E P M

4.1 * -

•S * *'"

(II Dt iW

(2) ^ K J M

(31 iU ffi -)• -f

(4) E^iM

(5) * -f

(6)

Fig. 7 [C&V't 9 >\>T%.

• J T I ' 5 . Table 5

\- Y'CO) i> iv >i w 1 A s u s 3 o 'i JfcAi'io •> isot; T-a)j»^ -<

, ^ - i- o u - •/ $ ) i n• > -c W I-' w * n re *H •<)• -f ? ^ ,iit I* ft i i

;j. _ |. ,; p .» -/(Ijj^piJJ- 3 \i (mC^Ji F 27. F28, F29)

A - I- •? t - - / (AhriH-J; 300ki,'. cm-1)- Photo. 2 &JI

* 3 i ^ 300 CC

0 ^ 8 4 . 8 kg, cin^

5 •*}• 4 'J iv

Fig. 8 It -A -

J; / j f, T

300DC (C43 ^ T

fco Photo.3~Photo.5lt*fi-tM

4.2

fco Fig. 9 ~ Fig.ll ic J I S 4

~F10, T11-T15, A 1 - A 5 . B 1 - B 5 )

~ C 5 , D1-D4)

- 3 -

JAERl~M 84・081

ジルカロイー4/SU8304共品ろう接継干の各楠性能評価試験

4.

今l"I;:lt1'1'した w楠合 :~ω~~M ろう 1t'.fIj;'l'がか内での:A!IIll<:供 li!tるかどうか号1晴:泌するため.

以 FlCぷJような台種世t舵抑制試験を災地した υ

(J) .~・ートヲレープによる勲サイクル~，U主

(2) 引鋭試験(定i品および :iOO'"C)

(3) IUIげ試験

(41 パース卜よ北験

(5) 金制J式験

{6) E P M Aぷ験

オートクレーブによる熱サイク JL民蛾

料水炉炉内条件 Fでのジルカ 1~ 1 .1 おtJS :i () 1I .H; 11，，'，らう j~ ~t; f'ω州サイクルによる{，f

頼性を;J.'Jべるために.オート 0レープをJIH‘てlヨドの条例で州吋イヲル試験-r，:f j' "'Jた。

(1) {)L~lt体 : ;j' ~トヲレ目プ JI!.式見~!Jl' :J .1; ("It験JlF 27. F ~!l. F 2!ll

{21 試験段i問 :オ目トゲレ目プ (h~1:'，)IU1 300kg. ，111;') _. Phol.v. 2参JI(i

(31 似!真サイクル:常温ロ ωO"C

(4) 日iカサイク Jレ o~84.8 kg..clII~

(5) サイクル数 5 ・ザイタル

(6) 積算力¥1熱時Illl:約 1200時Ull

Fig.71<:熱サイクルテストのl樋涯を示す。 Fig.81<:オートクレープ試験III供誠体の構造を示

す。接合11uはテーパ鯨しで.内部11"..はドライな Hcガスを光明しであり，もしも水分が内部 1<:入

り込んだ11}合には.先端郎をむき出しにしたシース到K熱iU対の絶縁低抗が"ドがる仕組みにな

っている。 Tab!e5 r<:熱サイクルによる絶縁抵抗試験の結果を示す。試験11]300 oCにおいても試験

後室温においても 3本の試験体全てシースと業線開の絶縁抵抗は]O7!l以上を示し.~(密性の健

全である乙とが確認された。 Photo.3-Photo.5 1<:熱サイクルテスト後の外観を示す。供誠体

全て高温高圧水で酸化されて談黒色を~している o

... I

引張鼠取

室温および 3000Cにおいて引掻試験を実施した。 Fig.9-Fig.llにJ1 S 4号試験片1<:準処

した室湿引張試験片(試験片 F6-FI0. Tll-T15. AI-A5. BI-B5)およびFig.121<:

J 1 S 14A号試験片に準処した高温引強試験片(試験片 CI-C5.DI-D4) の形状・寸法

を示す。室温号I~長試験片の場合，第 1 次試作では平行部を外径12rnm. 内径 5mm. 長さ 50 rnm

とした。

。。

... 2

JAER1-M 84-081

;i!lr!K R H \yjV»,a(1) * . r t<3l

(2) .TSSKJUKBIS&M : H?|t»lf1:j!)rSI! -A - I- '/ v

(3l 'imililisKVlo J 1 Sfllt t : J I 8 z 2201

Ml i!V;ai«i'!3K.UJK® J 1 S l « ( : J I S G 0507

(5) •i-a.l'JIfliifija' : W f M U ' C I ; t 2 kK.-'iniirVsec

: PJMM.UURMj. 2 k«. ' iniii1'-. io,.- s«c

(K) I'.iM ' J W J K & I J I : 0. 2 % 4- '•> •(-• 7 I- #. / J i c l i O. 3 ftvft • ' m i n

: 0. 2 % * 7 t -y I- fii ; j KlIHf. ( i 3 ?o it? /• min

Table ( i i Table 7 Ic^tft'iliJJ ^,. £,;,« It i i JL-iVi

• ^o T - '^ i'lt Lfg ft-C(i. ';l*®HE(i 3. 2 ~ 8. 0 kg/' mnr ( S U S 3 0 4 &M© 5. 2 ~ )3.1

%) L. A"'.c<. fi)ir>'fc 0 fgT'. 'aiffitfjlc*WiO|.'!]i'{ *>*>-5C i 1M->fr->t.a ' ^ 7 - f « P ) i it«!)V(c J; 5 '< 7 v +#J|5it" L -> it o 10°r

->*\Zft\z.W<L. 1 It, 3J 1 *.^f|:®,M:i^',-i:(i';i'J!i®ia7j!27.1 - 3 7 . U R / mm2 ( S U S 3 0 4

13W©44.4 ~6i .3%') t '< v 7 4- *<* -3 *>r> fc©ic*] L. JgftiL'f ic^Miidi^inlli L fciO 2 ^;;A

f1-:©iitlK<lr-f-(l'Jl!!K«!Jllfl:*<39.8-4l.3kK.- innr' (S US 3 0 4 )!j:W ©(if),4 ~fi7 .7 « ) i U 0 ,

Table 8 lc1r$gJ<J'l$M«ft0MJtt£>j<t1. 4ffV •'<)«ft«,.AWSJi-tt^-CJl,V,igftffli^fiSWi L,

•c- tu"> « 0. 2 % X 7 Hi -y HW>jtil4.1 ~15.Bks mnr ' . 'j 141 Si lit (i 23.2-24.0 kg/mm2, fihCK

(i 4. 0 ~ 8. 5 ?»"Cib -J fco C ft left I T, 10° r - '<}£ft©iit8iH-|i f<X Vn>1l v -f - 4 [iJ:M

.Hif-iKKi• L. ** l t>© 0. 2 9i> * 7 -fe 7 I- frUjti 15.6 - 16.6 kg/mm2, W&f&\tt.\t22£ ~23.()kf!

./ mm-, ffli Vf li 14 ?o V & -> tz o

Photo.6 -

4.3

J I S Z 22n4ICtp&LTFig.l3IC*-f J; -j UWM ' "-J-fJ; © lib W MKH-^SIfl-: L

5 ° r - ' < & & (ISKH-E 1 ~ E 5 ) fc J; O>'10°r - > v £ &

, ^ S l 4 m m , fii5min, g * 200 mm ©P^HiSittlCiljDl L fc

L, 10°

(2) ffiyaK^TJ* : J I S Zft If S$ ! * © * § * £ Table 9 JC.

, 45°r-

Photo.U- Photo.

s 3 o

2 - 9°. 420~550kgr*

39.?,

- 4 -

JAERI-M 84-081

引~lJ試験の条件を以下 Ir.示す。

(!) 京内引 ~j~試験機 :ぬtll製作所製 R H ¥i.!¥'L;よ験機

(2) jf:;温引保拭験機 :向il¥製作:所別オートグヲツパ IjJ刈有機

(:i) 術品目 I')j~試験の.J 1 SJ，Q怖 J1 S Z 22tll

(，1) I:':j品，¥引I)JJ試験の.1 18M.!絡.J I S (; 0507

(!i) 可:i!ij¥引lJ!aliJ虻 : 1I年{此I!，('，Lでli:l kJ.( ¥ll1l1' 印仁

((il ，~';J;1.:1引 ~J ， i創立

; '1年{此}，'.d:'(II~ IJ 2 1¥1{. Illrtl'" lO.山U

0， 2 '0オフセット乱);ま.(:'/;J. o. :， (も，Ie'mi日

O. 2 ~)ò オフセッ 1・耐 )J 以 li;f. IJ 3自主〆 llllll

Table (jと Table7 Iζ'七 tilt 引必試験の ~.'i* を 4、す ο <Îでぷ邸 1;' とも似断肉所 li j~:II'd 8: 1守:1j;であ

った。テーハ官1¥し伎のでは.引1k強IJt';l. 3， 2 -8， 0 kg〆 1111l1'(S U S ~~ 0 1件付の 5，2-l3.1

CC;) L かむく.自I ' びも 0% で.伯i/Jt(ド~ Iζ かなり 1H]:l(がめる乙とがわかった。ハンマーで叩くと.

ジルカロイ吋村側に jtIJ品約が7iいた状態で'I;IJれた。 450ナーハj長合では.引'Jk強l免1;1.7， I --33.2

l¥gノ口 m'( S U S 3 0 4 j~ 材の I i ，6 -54.4 %)とふt験Hーによるバラツキが~~だしかった。 10"テ

「ハ !~(ì Iこ|刻 L'lIJ. あ]iXぷfr0) ，試験!lで li 引 ';J~ i;~i 叫が27 ，] -37，1kg〆111m;!( S lJ S 3 0 ~

l手付の~1 ， 4 -61.351)) とバラツキが大きかったのに対 L.似合lI!jには骨hltli{.;加11:しため 2次;;1¥

{午の制1¥H/I~ 1\ーでは引 ~J~il!Íi IJt)'J{39 ， 8- 41， 3kl-lノ1Il1l 1:~ ( S U S 3 0 4 j:H~ωlìfi ， 4 -(i7 ，7 ~~ )となり.

UI士一憾な弛11立?をぶしたれ

Tnblc 8 1ζlfd創引似 4試験の ~8 !flをぶサド 413札y ‘パt!l!(~O) ¥0"

験Jl'I;J: 1:てJU，，'，I盛合目;jlで破防iし，

それらの 0.2%オフセット耐}JI;J. 14，1 -15.u k!l rnm'. 引 4~~泊11.庄は 23 ， 2 -2Hlk日/Inm2• 1I1Iぴ

は 4，0-8， 5 ~Q であった。これに対して. 10""，ーパ j長(~ 0) ~r;式験 Hーはすべてジルカ υ イー 1 r祉材

m;で破防rし，それらの 0，2%オフセット dDJ);は 15.6-16，6 kg/ Inm2，引'J/日 iJ~ì r.庇li22，5 -23，() kg

， mm九州1びは 14郊であった。

Photo.6 -PhololOIr.各引必試験後の試験Ji司の外観を示す。

4.3 幽げ院敏

曲げ試験は]1 S Z 2204に箪処して Fig.131r.示すような形状・寸法のilllげぷ験片を創作し

て実施した。 45qテーパ接合(試験片 EI-E5) および10。テー川接合(試験片 FI-F5) と

も，外径14mm. 内径 5mm，長さ 200mmの厚肉円筒状Ir.加工した。

曲げ試験の条件は以下の通りである。

(1) 曲げ試験装置:島海万能試験システム RE H -50

(2) 曲げ試険方法:] 1 S Z 2248 Ir.規定されている押曲げ法

曲げ試験の結果を Table9に.また，試験後の外観を Pholo.l1-Pholo，131r.示す。破断筒所

は全試験片とも共晶接合部であり，曲がり自体はほとんど SUS304母材御jで生じた。曲げ

角度とその時の荷重については.45。テーパ接合では 2-!t'， 420-550kgであったのに対し.100

テーパ接合では16-39，5'， 6∞-715kgであった。

弾性曲げの曲げ応力 eは次式で与えられる。

-4-

.1AER1-M 84-081

M

M : ll!i<f * - ; < n , I : Wrifrir.JJ:<-- > x h . y :

M tti j£ i-V li" 0 *< 1 f j « J l i ' h fif )R * x ' >- y i/) 111 'JU ic •£• I• j « £ i «illi tf -t- ~ > y I- 1 (j. ft iK "Cl'i

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I - ~ (d j d!)

icS/',' ©ffldi = 5 mm , ih •= Mmm . L - 98 i 28.b > 2 = 155mm. y =- 1 mm £ Wffl

tfi * f-t A L T Iff «1 »5 © lili ff ID ; J t- * 46 fc -c Oi $& !&. 4i?" T - ' »r, 'Cfc 0 . Mo 14'M « ' i I jli <lil (AJ: 0 fo it 'A k

4.4

i g . l 4 i C / A t J : •?/ li '!5°7-~^i«ft&Ci*j;- (G J ~ G 3 ) £

IT- (.MJKiVH 1 ~ H 5 ) ( C o ^ T h - W ; , , aWSIi'yXi^iSl'l mm,

(1) ' < - x i- .tf

(2) &m\ • 500kg/ cm2 J 1 S 1 fil y ^ K yfriU]:

(3)

(4)

Table l O i C / f - x h ^ ^ © ^ * * , tt~, Photo.14 £

(ra»t)

„ Para0 6 = — j —

-e 1419.5. 34.55 * * 4 *#^S3IggSK £|s]gKJil±©40kg/mm2«:ax. 4<6£ tt o fc

- 5 -

JAERl・M 84・081

σ=平y

M: 1111げモー・メン卜断l師三次モーメン卜 y 中、'r.tlllからのh'li附l

|川端文仰ばりが 1~，~の集Ij l 術被告スハンの '1 ' 央に吃りるとさの 1111 け?そ〕メント I '.1次J¥で Ij.

えられる u

M '" WL 巴-

6

¥1/:賞、 I!J仰ili. L: ~礼パンの b'l! 自1f

f1Jf.7J形的irfrIのfj]rlfJi二次モーメントLj.iXパでリえられる，

ム(d~ d'l) 64

d2 : f11ぬ外径， d. : jll問内任

以上の式lζ 各々の{11id.= 5 mm ，ι 1'lm!l1・ L← 98 t 28.;')' 2 '~155 I11m ， y 'c 7 111mとWの

航を代入して折mu.'jの1111げ止、hを，Rめたその粘ltl.<1ダテ F ハ!iJ:合のJ)，)i)は. 61.4 A. 80. 4 kg/

!11m2， IOuテーハ!I::i"iのJlH'tLL 61.4 -104，!i¥IJ.( 111111ニ.であり， 1，1，j ，~:料の引 1lJ il~ll ，良よりも光分人-

さし、 {u'(となった。

4. 4 パースト賦般

ぜース 1"式験/j， Fig.14 jζ小すような，'5O'i-.....ハ似合試験Jl'(G 1 -G ;.))と JO'テーパ接合試験

1， (;試験1¥・ Hl-H5)について行った ο 山t験部分，;1.外l1.l4111111. 1付i五13mmのt車内円筒Ir.:.加

工した。

〈ースト E式般の刀法は以下のi泊りである。

(l) パーストぷ験機水圧試験機(.IJ本ホ任附加)

(問2別) 圧力;計j" 5印0ωokg/ CI112.l 1 S 1級プJルレ|卜‘ンtηTエ式tυl月川LI力)，μ，1

{ω3) 試験温l皮変宮安創

(41 試験方法 :内庄法

Table J[lにパーストぷ験の結集を.また. Photo.14とPhoto.l5に試験後の試験片の外観を示

す、全試験とも破埴は共品接合部で生じ. 45"テーパ接合の掛合は全試験片とも完全に破断した

が. 100テーパ接合では全試験片とも漏洩のみであった。

内半径 ra.肉Wtの薄肉円筒 (ra>>1 )が内圧 Paを受砂る期合の円J母方向応力 00は次式で与

えられる。

。 ParaO(} 一一「

ζ の式を用いてバースト試験片破績時の円周方向応力を計算した o その結果. 450テーパ接合

では19.5.34.5および50.7kg/mm2と供試体によるパラツキが目立ったのに対し.10。テーパ接

合では 5本中 4本が室温引張強度と同程度以上の40kg/mm2を越える値となった。

-5-

JAER1-M 84-08]

4. S

(1) r A- i t (0. 5 /' * T) lc J; 5 MMMfjifW

(21 S U S 3 0 -1 «iUW-i. v -r- y y

;t ••, •/• y >f\& : ihSOidl f H.oan)

x v •)• y '/ii-'ili!) : lOsoc

(3) v '1' « n . | .1 (/i-ft'? i .y -T- y :'/

x v -7- y ' / $ : HF t UNO:, I H. O(10%) (-15%) (<li>?o)

x y -?- y ^llJflii) : 1 0 ~ 3 0 s e c

P h o t o . 16 £ P h o t o . ! 7 (c > v - -en|] I • XTA i tz. x - '<%\ L *£{3(it M ( * O Jfeffl t&{$ S i !» ifefl] «-

>j'v t o ^ !<.inSi!«l i 200 // JSJJE©jy.$ T- •>' /u * • -f - 4 P I W f l W i : < - D O l > T K i ' C t > 5 . * » «

-k6 U $}{>!,&l,l,t\i I , K i«J t f i t t . HiWfc cfc CK t--li-y4,^«l«tojfdi»tH«tc« - "C^ vo '.cfc,

« : f l l l i ) . ' «ULT i-.iiil««ap|!ffl-; t , r ^ • - J e t SfflKff i

I ' C & o . , Photo. Ifli !»holo.l9IC ;s >\> n --''.' A»<t'f:.T. •? •;• y !?'0 f i'}|H lr. (!c offi 1ft fi(!

iXici - I- v L'-yfJt.iCfiwjtt^-f v /i.r x \-iko>&<HUMf?-*- v + 's /«LLri!li.V!ll|<oiWJ!ilHc

if- •-. "C i "« Hi ic :fic fL L "C t •• < *> 1'hoto^0 - I'hoio.ZH ic >j; o Jt,V,W «17 * li 20 // m W"C, ft

•y: x .y -f- y 'I'V. i. -> X SiJJJc W fi*<ifi i i L. S U S 3 1 H CJM i <>>&,?£& 1 19 e

« < , JUiWrfl'Jf*-CtW/S^-C'* S o C « C i * H j , JtA,1 ,S)!»0^iK!«'tH^t5(c[i1 10-30

& Vl. (O (L • r• x -, -j- y '/ X & 5} -C * 6 i .lil 3 ft -6 „

Phoi(..2'Ji Hioto. 25ICJ0°T -/<'}£ ft flUW&UiN'X .y * y / teJ l ! £ xiM L TlttiK L K&MZ

>h t o Jt AM M O I'/ ^ Ji %•] 95 /' m X, > ffl 6)15 ft T I * Z> X i It l i X. 5 „

Photo26~ Photo.29(aO> - ^ i g f t f j t ^ ^ ^ f t - ? x •> > ' / (^30^(1.1) * -Z

&^£>i<?o •M},i&£W2)iifr(,mi&i<ixx^S>ct&. WMlf. (Hit.

fca]*T, fig?iJT'*5c 2»O-5*>, **1iv4 - IKltiKi&^tiftit-mi'm, S

U S 3 0 4

(5)t ft

- e -

JAERI-M 84・081

4.5 金網民.

部 Ii.欠;;'，1;f'Fの供品t体 I~ 関して~納品U:告を')~施したの.~制ふt料 I;t 以ドのよう...(時1\ 何i を腕した。

(Jl γノレミナ(O. (i 11まで)による機械的liii'附

(21 S U S :l ()・1()) tU桝;r;ッ Fンゲ

~L "}チング11主 H~S04111 11:0am

ェ，チンゲII!}11:] : ({~l~C

1:31 ジYレカリイ .) ())化ザ::1-'J .1ング

工 y 子ンク 11主 IIF HNO:. H~ 0 (] O~()) (45~'b ) (4:，5'0)

工ソチングH与H¥l: 10 -30scc

Pholo.l6とPhoto.!7ICハンマーでIIfJ~，て;切ったテーパ自fIし接合供抗体の JtMd安合目Hの金利1 を

示す。 j七品nJi分，:1.200μ 限度の}lJ.さでジルカロイー 4f¥l: M s1111C: <っついて叫っている。かなり

大きてf初'1，11/1がlll'dllL. ~\i 制t な附 jJ(.体状およびらせん状創i似の泌合組織になっていいo なお，

金制 1 1ll i試料として Ui~の処 !'l! のうち'j" 1レ i ナによる 111' ，"と希硫般による íliM エッ.!-ングを施

してある Photo目IRとPhoto目191こジルコニウムの化・'，:エッ.，-ングの(j'1m による制第仰の違いも

小 .J :JO'士山化学 .1，'J .，.ングをねなうとジ F心力 H イ.. ~ f:JHとIIIH強IC:J~ ，IIlHll! 0ml も!肉食むれる“

このことから J~ ，'u'，l ~ 'i"i ~jll j. i: l'そJ..:.lJllC代んでいることがわかるり

次 iこ~. トヲレーブ似ぷ付、の剤\.リイツル• 'i" ;'.卜伎の金制iが化中;1;γ チング処jll!II!;ifllld)j約加に

伴ってどの時!こ変化 LていくかをI'hOl020-I' lwto .2:'~ Iと;J1す。 JtM JM 0) 1'/ ;j l;l. 20 11 111 l'，lで.化

学 1・v チンゲによってむi'lW:腐食がjjfliし. s U S :i 0 <1 I:j:Mとの段必が大さくはるばかりで

はく. j 七，~，'，I:'í rl休でもj世Pとができるのこのことから. Jt.'lI"部分の金仰をtIi察するには. 10 -. 30

砂i>'I.の !t.下ェ，チングで光分でめると .J.!.'.われる。

PhUR.24 と l~lOtO. 251こJ{t'テーパ終合供ぷ体を'，lmエッチング処Jll!iJで純してIII銘した{&，仰を

，l'す" JUII'，hviの1'/さは約9511m で.大きく分けて 2 つの附から梢成されているように J~える。

Photo26-Photo.291Z:10マテーパ接合供ぷ体を化学;r."，/チング(約30秒間)まで施した試料の制

禦倣による迎いをぶす。 j~"II\接合部が 2 婦から摘成されている ζ とが.明視野.制光. Dr}視野

およひ'干渉コントラストのいずれの観察像からもわかるが， ζ のうち特に制光による観察が奥

方性の検出も出米て.便利である。 2細のうち.ジルカロイー 4I手材 I~近い方が約70 11m. S

U S 3 0 4母材 iζ近い方が約25f1mのJf}.さである。

管JTJが 1mm 程度 l~{車い羽合 j~ 手ーパ接合を行なうと材料の勲伝導によって内部 I~ 充分熱が

伝わるiiijlこ表面から先IcJt&占温度に到達してしまって，その結果.管の内側の万が共品層の幅

が狭くなると報告されている。 (51 今回第一次試作した外径17mm. 1ぴテーパ援会供試体金相託

料の管の深さ方向による共品層の輔の違いをPhoto.30-Photo.34に示す。乙れらの写真を見る

と深さ方向IC関しては.共品届の幅は管の表面付近が11も挟くそれから内側へ向かうに従って

徐々に広くなり，管厚の半分付近で最も厚くなり，管の内壁へ向かうに従って再び徐々に狭く

なっていく傾向があるように思われる。表面付近の方が幅が狭くなったのは，今回試作した試

験片の肉圧が 6mmとかなり厚く，高温保持時間も内側まで十分熱が伝わるように 1分以上と

-6-

JAER1-M 84-08!

< IK •» fc fc to. i!5 /S iffi fill *& £- ± to T & & 3 T' S tt --f 5 t S K M $ )< « & ifii tt Hi © # *>s'

S - l lSnfcfc»£l l*>n5o Ff©i*j«lHfi/£

OaS*l/; fcto i l U o n 5 „ • - ; ; . M UfS

2 yi u ft 'cac «;.u * * m t a /; v>&, is rv iiii <& u\ a; ••)• s ./;• •«;• * IK •> K O

4.6 EPMAttH

it- iM IS l'i! Si' ic *J y- 5 ft <fc ;L SR OJ J} fa ik ® «•;,« S /; to <c E P M A lc J: 4 >i tk is J; CX &

650 K&fstiJII L fct, '.li-f-*

i) <Tr i ifii 5} »Jf) © fc'i iB * >f> ^ o ilWJJ-

x £ < J Z r , Fe. Cr. NiT;-*5u JtfflK'©)1/ £ (i 200 /'in IS; 14"C* « o ZrliJtAAWe fe •^-'i'*

n -f © W i J i i A l ; !)£c^,2tot<n' .Cl\ , F c i C r U S U S 3 0 4 fSM't'iClt^T^W.f () >pt£ < ,

rfflifftaj^ Table MK/j i t „ ^ '"-^ " i •! W / ; * S (I S 3 d '1 J; 0 $Wyilfl'rt

>< {!!!'/> (8O.flH ) <5>,'; to 'CI«>J.

91

(1 r - ' < •

(2) i t - Y 9 u - "/ ic J: 5* i>- -f ^ ^atUS (vflili;-* 300°C. 85 k g / c m 2 , n •<) -i '/ >i>- 1200

(3)

(4)

(5)

(6)

(7) E F M A ^ Q i l , rtSft^a5JiZr*58O5K£t±«-,5to, i ? ^ * • A - A tytc S U S 3

0

- 7 -

JAER1-M 84、081

比較的!~ <取ったため.高周波加熱を止めて宗治1まで急J令するときに試験liーの必ilii付近のみーが

熱放射により Jj1.<冷却されたためと思われる。rs'の内限付ill:で似ぴ狭くなったのは.加熱日告の

熱伝導が{也の鋼l分より遮れたためと思われる。一'}j， li ， j じ深さであっても JtM，~の形成nれが

ー織でない羽合があるが，これはテーパ!Jll.utIJ([がイ、 1分で，帳合が:;11'Í~ 1<:: 1iなわれ低かった

ためと M.¥われる o m 2次試作ではこのJ.'.iをl皮肉するために. 11:: (~lllì を加 1 1:寸るゐ11); そ I[)( った。

4.6 E P MA 1(.

jも品 j~税 lli~ Iζ おげる合金 jじ非;の分自~A:1:佐を必べるために EPMAによる定例:および定量分析

を行った o

E P MA~式験機 l:l. [J ¥'L微小郎主主iX f.!il分析淡i況X 6501[;を使111しt:.."iu子科lの力niiiiU圧

は15KVである。 Photo.35-1'110lo.421こ定判分析(組分析と liii分析)の結果を示す。 iJIIIJ.E対象

元 R~I ;t Zr. Fe， Cr. Niである uJt.¥，'; lrt;のI'Jさ(J200/lm f'lll.止である。 ZrliJtMJ刊でもジルカ

口イ iま材 flJとあまり 7tt))J~~~ められ江 L 人， FeとCr /;! S lJ S 3 0 ，1 1:):材 '1'1ζltべでかなり少なく.

かっ偏保している。トJiI1:I~I してはジ Jl. 力 u .( j~ 付 aj Jj ζ くらべてわずかながら減少している。 j七

M，f併についてさらに川しく制成成分そ .NJべるためにI'lwloAilιぷす削械のi.L:Jil分析をiiったい

その結集を Tablc11'こ 'J~ す。ジル力【I f ，1 ()) /J tJ S {I S :l U Il ，J; 1) rrl柳川j肢がdlいために JI;

，10'， 11凶liZrがた日11分 (BO.iii')~'， 'i め℃いる

5 結集

ジルカロイー 4 と SUS301 の JUII\ ろう彼による j出合純手の!日li~ を，~':j 1，'，J i!主.l/.i導。11納により

読み.機倒的強IWl'，;占験.耐現t尭t'I，，;式献などの名刺(.~ii 側 d艇を尖飽し，以ドω ょうは車，'i !.l.!が m ら

ut，こり

(1 テーパ釈し Hi合1;1.iJJiJ皇と1m地がある。

(2) オートヲレープによる剣サイクル誠蹴〔京 ~1u~ ..:~ 30日。C，B5kg/cm2，日リイヲルー 1200

時!l¥Dの給*p i~G iM i~li H:水中での勾1密性のf司会なる ζ とが硫泌された"

(3¥ 室温引張強度に!刻しては. 45"テーハ f~合ではジルカ口イのが』絡 Wl よりもかなり劣り.か

つ試験片によるバラツキが織だしかったが， 10。テーパ篠合では鋭絡佑よりやや劣る程度で

値もほぼー憾であったり高温引級強度試験では， 45'。テーパ銭合供試体は全て共品部で破断

したが.10。テーパ接合供試体は全てジルカロイー 4母材側で破断した。

ω) 曲げ応力は.45"テーパ接合も1σテーパ接合も共/1:両母材の引銀強度よりも大きい値とな

り，曲げ強度H:関しては充分である乙とがわかった。

(51 水圧Itよるパースト試験の結果， 100テーパ接合供試体は充分な円周方向応力を有する乙

とがわかった。

(61 金相試験の結果.テーパ接合供試体では共晶底の績にムラが生じた。

(71 E PMA試験の結果.共晶接合部は Zrが80~彰以上を占め，ジルカロイー 4 中H: SUS3

o 4の合金元素js鉱散してきている乙とがわかった。

-7ー

J A E R I - M 8 4 - 0 8 1

it** u -i 4 t S U S 3 0 4 ® ; l f e f i A M 0 M W . & * O v / : # l c f i . tf'Mijfijfc r - ^ ' / f f l X L T $

ft .*.!; ifii M 5- /i; < IN /: >V; IE t i . «j; p . K flni^ ic ® |]tidi ic )n\ 111 1 1 : Jji)< J; I,»*,'• ill # i l l

0 i i o . . <,1. o ; c . \t ft Hi ic Mi 4* U ftl ( I *>J IW A1 'C ^ « l < J; -; ic iV5 ill ft1, j.'r »4' III), ill IJC * (l.ij ail t iUi

'M l\l ic (It L i!f a * '/> ' i Wl Wi W 'Jill I t A* n o U S ,

References

(1) Ishii T. and Tanaka I.: "Transition joint of Zircaloy-4 and

stainless steel" JAERI-M 7152, (1977)

(2) Shaaban H.I. and Hammad F.H.: J. Nucl. Mater., 7J,, 277

(3978)

(3) Shaaban H.I. and Hammad F.H.: J. Nucl. Mater., 7J3, 431

(1978)

(4) Hammad F.H. and Shaaban H.I.: J. Less-Common Met., £4, 77

(1979)

(5) Owczarski W.A.: Welding Journal 41(2), Research Suppl., 78-s

(1962)

(6) Jacques F.: CEA-R 2634 (1965)

(7) Hansen M.: "Constitution of Binary Alloys", McGraw Hill

(1958)

-8 -

JAERI-M 84・081

自おわりに

ジル IJ1.)イ 4とSUS304の兆I'il¥肘の肥料をMうためには. Jt:削iillIをテーパ加、I:Lて陥

代，ihIlli 仙を仏く JI':.:~~必舵がめるが， ~廃合 H告に ji:'~~l イ'~J~ m;~) があると 11;1& さ~ iるJl:1'11'.附の恥Hcム

す佳作・じら。 t~ i"r1'tをII'JI二さ "U・るためには.刷:1'創刊:叫にI&!~~t Illi rc加fJ:L t.; Jiがよい払1;肌がれ!

らJI心ゃ δt-JJζ. 伎のlI!rIC柑tおなil.tl貨仰向eがで占ないように Il'Ijilul!~! J!jll!;' I:IJ. 品，1肢をn.1Jt1t1"J"れ';1'

万IlJに!llL í~1 る JI~ 分な機械的弛11立が削られる υ

今I"I'!lられた川県から. 1-1:.松 (I(J 小牧のが l何 ill :J.~ IIIセンサ-lJiを材;}:が側料などへl収り f・1げる

F:，~ I乙丸山i11ら・)j喜劇 F を刈 IIJ でさるは泊しがi~} られた U

References

(1) Ishii T. and Tanaka 1.: uTransition joint of Zircaloy-4 and

stainless steel u JAERI-M 7152， (1977) (2) Sha，lban 11.1. Ilnd lIammnd F.li.: J. Nucl. Matcr.， 7l， 277

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(3) Shaaban H.l. and Iiammad F.H.: J. Nucl. Mater.， ~， 431

(1978)

(4) Hammad F.H. and Shaaban H.I.: J. Less-Cornmon Met.， 64， 77 (1979)

(5) Owczarski W.A.: Welding Journal 41(2)， Research Suppl.， 7自由S

(1962 )

(6) Jacques F.: CEA-R 2634 (1965)

(7) Hansen M.: "Constitution of Binary Al1oysu， McGraw Hil1 (1958)

-8-

JAERI-M 84-081

Table 1 Composition of zircaloy-4 specimen

Elements

S n

Fe

C r

F e + C r

A 1

BC d

C

Co

Cu

H f

Mg

Mn

Mo

N i

S i

W

U

S p e c .

%

1.20 - 1.70

0.18 - 0.24

0.07 - 0.13

0.28 - 0.37

Max. ppM

75

0.5

0.5

270

20

50

100

20

50

50

70

120

100

3.5

TOP

1.52

0.207

0.091

0.298

< 25

< 0.4

« 0.4

< 50

< 10

< 10

81

< 10

< 10

< 10

< 50

< 30

< 50

< 1

MTD

1.53

0.215

0.092

0.307

< 25

< 0.4

< 0.4

< 50

< 10

< 10

80

< 10

< 12

< 10

< 50

< 30

< 50

< 1

BOT

1.45

0.209

0.089

0.298

< 25

< 0.4

< 0.4

< 50

< 10

< 10

82

< 10

< 10

< 10

< 50

< 30

< 50

< 1

- 9 -

JAER I・M B4・OBJ

Table 1 Composition of Zircaloy嗣 4spccimen

Ele・ents S P e c. 10P M1D 801

%

Sn ¥.20・¥.70 1.52 1.53 1.45

F'e 0.18 ・ 0.~4 0.207 0.215 0.209

C r 0.07・0.13 0.091 0.092 0.089

F e十Cr 0.28・0.37 0.298 0.307 0.298

阿ax. pp圃

AI 75 < 25 < 25 < 25

B 0.5 < 0.4 ‘0.4 c 0.4

Cd 0.5 c 0.4 ‘0.4 c 0.4

C 270 喝 50 ‘50 ‘50

Co 20 寄 10 ‘10 < 10

Cu 50 < 10 < 10 < 10

H f 100 81 80 82

Mg 20 c 10 ‘10 < 10

ドIn 50 c 10 < 12 < 10

Mo 50 ‘10 ‘10 < 10

N i 70 < 50 < 50 < 50

S i 120 < 30 < 30 < 30

w 100 <50 〈印 < 50

U 3.5 ‘1 < 1 < ]

-9-

JAER1-M 84 08]

Table 2 Composition of SUS304 specimen

cS i

Mn

P

S

Ni

Cr

Elements

(% X

(% X

(% X

(% X

(& X

(% X

(% X

100)100)100)

1000)3000)

100)100)

Spec.

Max 8Max 100Max 200Max 40Max 30800-1050

1800-2000

firstexperimental

making

5

29

82

33

24

809

1823

secondexperimental

making

6

27

172

35

22

825

1811

Table 3 Mechanical properties; of Zircaloy-4 and SUS304

Material

Zircaloy-fl (JIS)SUS304 (JIS)SUS304 f i r s tSUS3O4 second

Yield strength(0.2» offset)

(kg/mm2)

Min 24Hin 21

26

30

TensileStrength{kg/mm2)

Min 42Min 53

66

61

Elongation

(»)

Min 20Min 40

66

59

Reductionof area

(*)

Min 6074

71

Hardness

<HB)

Max 187

143170

-10-

JAERI-M 84081

Table 2 Composition of SUS304 specimcn

fi rnt second Elcments Spec. cxpcri11lcntal expcrimental

mak.ing making

C (% x 100) Max 8 5 6

Si (も x 100) Max 100 29 27

Mn (も x 100) Max 200 82 172

P (% x 1000) Max 40 33 35

S (% x 1000) Max 30 24 22

Ni (も X 100) 800-1050 809 825

Cr (% x 100) 1800・2000 1823 1811

Tablc 3 Mechanical proρ巴rtiesof Zircaloy・4 and SUS304

Yie1d strcngth Tcnsilc Elongation Rcduction Hardness Mat号dal t0.2E /ormEnd rset1 stre:15h of area

(kg/mm~) (k9/mm~ ) (' ) (') (HBI

Zirca10y・4(JIS) 1-lin 24 1-li.n 42 1-lin 20

SUS304 (JISI Min 21 Min S3 Min 40 1-lin 60 Max 187

SUS304 first 26 66 66 74 143

SUS304 secone 30 61 59 71 170 ..

-10-

J A E R 1 - M 8 4 - 0 8 1

Table 4 Physical properties of Zircaloy-4 and SUS304

Properties

Density (g/em3)

Melting point (°C)

Absorption crosssection (barn)

Thermal expansion(x 10-6/ec)

Thermal conductivity(cal./">C-cni'Sec)

Young's modulus(kg/mm2)

Zirealoy;

6.55

1855+15

0.23

4.0 (20°C)6.3 (3708C)

0.033 (20°C)0.042 (400°C)

9900 (20°C)7990 (370°C)

SUS304

8.0

1398-1454

3

17.8 (0-316°C)

0.038 (100°C)0.050 (500"C)

19700 (20°C)



SpecimenNo.

F27

F28

F29

Insulation resistanceat room temperature

(ohm)

1.15 x 10 7

1.10 x 107

1.11 x 107

Insulation resistanceat 300°C(ohm)

2.6 x 107

2.6 x 107

2.6 x 107

-II-

JAER1-M 84・081

Tablc 4 Physical proρcrtics of Zircaloy-4 and SUS304

Propertics Zircaloy-t， SUS304

DC!nsity (g/cm3) 6.55 8.0

Melting point (OC) 1855土15 1398・1454

Absorption cross 0.23 3 section (barn)

Thermal e~pansion 4.0 (200C) 17.8 (0-3160C) (x lO-6;oCI 6.3 (370・C)

Thermal conductivity 0.033 (20・C) 0.038 (lOOOC) (co::.rC・cm'sec) 0.042 (400・C) 0.050 (500・C)i'oung・5 modulus 9900 (20・C) 19700 (2lJ・C)

(kCJ/mm2) 7990 (370・C)ー」

Table 5 Insulation resistance of the s~ecimen of the eutectic


Specimen Insulation resistance Insulation resistance No. at room temperature at 300・c

(ohm) (ohm)

F27 1.15 x 107 2.6 x 107

F28 1.10 x 107 2.6 x 107

F29 1.11 x 107 2.6 x 107

-11-

JAERI-M 84-08!



SpecimenNo.

not-

taper

edeute

cti

c j

oin

t10°-

taper

edeute

cti

c jo

int

F6

F7

F8

F9

F10

Til

T12

T13

T14

T1S

Sectionalavoa(mni'')

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

93.50

Yield strength(0.21 offnet)(kg/mmz)

i i

i i

i

-

TensileStrength(.kq/mm2)

8.0

3-2

5.7

4.5

7.2

37.4

27.5

27.1

30.1

30.4

Elongation

(*)

0

0

0

0

0

4.1

1.6

4.1

3.0

3.9

Fracturedposition

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface



SpecimenNo.

.uc

8*

'-ta

pe

tecti

c

in 3IT V

ac

Q T-l

U|>HK *i

1 V• *»O 3

Al

A2

A3

A4

A5

Bl

B2

B3

B4

B5

Sectionalarea(mm2)

134.4

134.4

134.3

134.3

134.4

134.4

134.4

134.4

134.3

134.3

Yield strength(0.21 offset)

(kg/snm2)

29.1

23.8

-

-

-

31.3

34.0

29.1

32.6

32.4

TensileStrength(kg/nun2)

33.1

33.2

7.1

7.8

13.6

38.8

41.3

40.0

39.9

40.8

Elongation

(t)

0.5

0.5

0

0

0

3.5

3.5

4.5

2.5

3.5

Fracturedposition

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brerzed interface

brazed interface

-12-

.lAERI・M 84・081

Table 6 Results of tensile test on thc first experimcntal

Zircaloy・4/SUS304 cutcctic joint at room tempcraturc

Specimen SecHol¥1I1 'iiold目trol1gth 'rN1911e Elol¥go1tion ~'rllc l: urod No. area a' d

{0.2EOEiHct} st rE/mnqZd 13 position (1l\l1\~ ) (1\1)/"，m~) (~q/mm~) (%)

-ー1--幽

~'(j 93.50 回 8. (1 。 brazed interfac巴

..7 93.50 回 3.2 。 bra~ed interface

F8 93.50 - 5.7 。 brazed interface

1"9 93.50 ー 4.5 。 brazed interface

1"10 93.50 ー 7.2 。 brazed interface

Tll 93.50 岨 37.4 4.1 brazcd interfac巴

T12 93.50 ー 27.5 1.6 brazcd interfllce

おT13 93.50 開 27.1 4.1 brazed interfacc

T14 93.50 個 30.1 3.0 brllzed interfllcc

T1S 93.50 ー 30.4 l.!l brllzcd 1ntorfaco

Table 7 Rcsults of tensilc tcst on the seeond experimcntal


Specim巴n Sectional Yie1d strength 一e |Elongation FractureJ No. area 2 (0.2‘offset) st rEnqEh position

(mm~) (kg/mm2 ) (kg/mm"') 1 (')

111 134.4 29.1 33.1 0.5 brazed interface

112 134.4 2a.8 33.2 0.5 brazed interface

113 134.3 . 7.1 。 brazed interface

.‘n3.ぢ“ 0 s 2 114 134.3 7.8 。 brazed interface .

"'01 115 134.4 - 13.6 。 brazed interface

Bl 134.4 31.3 38.8 3.5 brazed interface

B2 134.4 34.0 41. 3 3.5 brazed interface

B3 134.4 29.1 40.0 4.5 brazed interface

'副 84 134.3 32.6 39.9 2.5 braozed interface . .... 0 ::1

B5 134 .3 32.4 40.8 3.5 br.azed interface 同副

-12-

JAER1-M 84-081

Table 8 Results of tensile test on the Zircaloy-4/SUS304

eutectic joint at 300°C

SpecimenNo.

B• 0 0S'"6) 0H.-HJJ t)

in a*T (1)

•aa8.-H

t

10"

Cl

C2

C3

C4

C5

Dl

D2

D3

D4

Sectionalarea(mm2)

58.90

59.06

59.06

59.06

58.90

53.90

58.90

58.75

59.06

Yiuld strength(0.24 offset)(kg/mm2)

14.9

15.4

15.6

35.1

1-1.1

16.6

16.5

16.1

15.6

TensileStrength(ky/mm2)

23.2

23.6

24.0

23.6

23.4

22.8

22.9

23.0

22.5

Elongation

m

4.0

8.5

6.5

6.0

5.5

1 4 . 0

14.0

14.0

14.0

Fracturedposition

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

Zircaloy-4

Zircaloy-4

Zircaloy-4

Zircaloy-4

Table 9 Results of bend test on the Zircaloy-4/SUS304 eutectic

joint

SpecimenNo.

int

•o o

F T "8.-8

m 3

.5

ape

tic

4J U1 OO JJO 3•H 0)

El

E2

E3

E4

E5

Fl

F2

F3

F4

F5

Bended angle(degree)

2.S

4.0

2.0

9.0

3.5

39.5

24.5

26.5

16.0

31.0

Max. load(kg)

435

4 88

420

550

465

658

655

678

600

715

bending stress(kg/mm2)

63.6

71.4

61.4

60.4

68.0

96.2

95.8

99.1

87.7

104.6

Fracturedposition

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

-13-

JAERl・M 84・081

Table B Results of tensile test on the Zircaloy-4/SUS304

eutectic joint at 3000C

5pcc:imcn S巴c:1:10n.:l1 Viuld日tL'ollgth TCIlsi1c 1>10ng臼tiol1 Frac:turcd No. (O:t~~ J~':S日CC) Strc吋~~ position

{附} (kg/tnm~) (k~l/mm" ) (亀}

C1 58.90 14.9 23.2 4.0 brazcd intcrfacc

;五 C2 59.06 15.4 23.6 8.5 brazed intcrface

C3 59.06 15.6 24.0 6.5 brazed interface

C4 59.06 15.1 23.6 6.0 brazed interface

C5 58.90 14.1 23.4 5.5 brazed interf~ce

01 53.90 16.6 22.8 14 .0 Zirca1oy-4

02 58.90 16.5 22.9 14.0 Zirca10y・4

03 58.75 16.1 23.0 1.4.0 Zircalo:r'・4

04 59.06 15.6 22.5 14.0 ZiI:c/l1oy・4

Table 9 Results of bend test on the Zircaloy-4/SUS304 eutectic

JOl.nt

Specimen Bcnded ang1c Max. load bcnding stress Fractured No. (degrcc) (kg) (kg/mm2) position

El 2.5 435 63.6 brazed interface

E2 4.0 488 71.4 brazed interface



ES 3.5 465 68.0 brazed in<;erface

Fl 39.5 658 96.2 brazed interface

F2 24.5 655 95.8 brazed interface




-13-

JAER1-M 84-081

Table 10 Results of burst test on the Zircaloy-4/SUS304 eutectic

joint

ScccimenNo.

red

ape

int

*t oo' •"in

•a oQt -nni (j

O 3

Gl

G2

G3

HI

H2

H3

H4

H5

Bursting pressure<kg/cm2>

265

150

390

250

390

315

340

405

circumferentialstress (kgt/inm )

34.5

19.5

50.7

32.5

50.7

41.0

44.2

52.7

Burstedposition

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

brazed interface

Fracturepattern

fracture

fracture

fracture

leak

leak

leak

leak

leak

Table 11 Results of quantitative EPMA test on the Zircaloy-4/

SUS304 eutectic joint

Element & Lins

Si-K*

Cr-KMMn-K*

Fe-K,(

Ni-K*

Zr-U

Sn-L*

Weight Percent

0.19

2.84

0.94

11.67

2.46

80.82

1.08

-14-

JAERI・M 84・081

Tab1e 10 Results of burst test on the Zirca10y・4/SUS304 eutectic

joint

Scccimcn Burstinq /c preBEure ch"cumf巴r.cutial nurstcd l-'racturc No. (kg/cm2 ) 白tl"C!l坦 (kg/lnm2) posit:ion pattern

Gl 265 34.日 brazcd interface fracture

G2 150 19.5 brazed interface fracture

G3 390 50.7 brazcd interface fracture 建~

250 32.5 brazed interface leak

390 50.7 brazed interface 1eak

315 41.0 brazed interface 1e唖k

H4 340 44.2 braz巴dintcrfacc leak

ヨ H5 405 52.7 br~zcd intcrfacc le4k

Tab1e 11 Resu1ts of quantitative EPMA test on the zirca10y・41SUS304 eutcctic joint

Element 畠 Line Weight Percent

Si-Ko， 0.19

Cr-K. 2.84

Mn-K. 0.94

Fe-Koe 11.67

Ni圃 K“ 2.46

Zr-L"， 80.82

Sn-L_ 1.08

-14-

JAER1-M B4-08I

%B B

A B

A a R; B

ft; B

A \oti

L GJ B

begin at

heat to T2

hold at T2

cool to

Fig. 1 Typical binary alloy system and eutectic brazed joint


-15-

JAERI・M 84・081

L

T I ¥ 、...... / I _ I

TE

ot +日 ‘' T，

A 。'/08 ..... B

A B I begin at T，

A ト!日jB I heat to T2

A ト~日j B

A ja11E B lco山 T，

Fig. 1 Typical binary alloy system and eutectic brazed joint


EU

----

10Weight percent Zirconium

20 30 40 50 60 70 80 . 90I3UU

1700

1500

1330''

1300

1100

900

700

534

wvV */

/H.s

"rFe

* ••

^Fe

/

1330

135

liMJF.""

VLl_

1

\

\

934

. i

. 1

\

t\

\

r

•

J1860

1 .'»1

I 1I1,

'i i

1 ; >

/I /'/i

»t

iI

' \ t

VL 76

BOO

> 9 1 . l i

I \ ,t

i

36

i*Zr

0

Fe10 20 30

Atomic40 50 60 70

percent Zirconium80 90 100

2.T

WEIGHT P£fi CENT NICKEL20 40 SO SO

2000

600O 20 40 SO S3

ATOMIC PEP. CENT KiCXELtoo

Zr Ni

Fig. 3 Zirconium-nickel equilibrium diagram

Fig. 2 Zii._onium-iron equilibrium diagram

』〉何回-・

Z国h'A-

∞]

Ni

2000

~Zr

-・e、a副Lo.;

i-mJFSi • IU'.'

i ijj

1/ 、

1534 、、

jz 、、、 . ~'\芯 J . トitdν 133目

11:-10•5 、、

‘ ‘ il ij ‘ v y i j

「存ー |¥j!j 1934・ IY-la

E hzz

. I 1 LsJ . ~-"'-

1

一i・・・‘R一.，，m.・.一a-・sr.一， 1 I! !

96

I~ L I 11

Wllight perCllnt Zirconium 10 2.0 3~ 40 50 -60 70 80 90

190

170

mHu--ed'

倫

HU

叩E作

例

羽

叩

.

』

阿

M

・E

・

-E

・

臼・

6』22EEa

9001

10

1Mml

100

Zr 90 80 20 30 40 50 60 10

Atomic percent ZirconIum 10

Fe Zirconium-nickel equilibriurn diagrarn F.lg. 3

Zi‘_onium-iron equilibrium diagram 2 Fig・

JAERI-M 84-081

2000

IBOO

1600

^1400

«*

UJ

1000

TH6NSF.

BOO

600

J1

kuso*is

v0 r

II

10

\

s

(4.SI

1}

o RE

N

\

28(1

IIS*

WEIGHT PER CENT CHROMIUM20 » 30 35 40 M SO SSI ( t I I I I I

r tF J

11300°

-rlClOO'

.£•

,

\-18

- I

60

SJ[

a

'Crt(HI

rCr, (I)

ro BOI I

.** ~I61701—

901

£?' i(97)

(Crli

0 10 20 30 40 SO 60 70 BO 90 100_ ATOMIC P£A C£M! CURQUU1U p

Fig. 4 Zirconium-chromium equilibrium diagram

- 1 7 -

JAERI-M 84・081

WEIGHT PEA CENt ClIROMIUM 10 I~ 20 1.5 30 35 40 ~5 50 55 60 10 自o 90

弘J.

200

1800

1600

~1400 ::> .....

I'~O・

、、、、、

4 a:

ど1200Z

¥ βFf(~

.... -il{--ー四ー1000

TRANSf: 86Z" 800 トー叶.7111

ト_(It

600 o 10 20

Zr

1 __1 J L L

。REr2. • AEF 3 {1e，go'-l 「i

".

/'E-16I 7s・ " -・・・. ，'-t 30・801101-ー〉'tmB.5勾i l，....

v 、。 (Cr11 、、v 1300

0 I---~巾1 CHI 、.28(181

由ーーー・・ーーーー四回目ー・・ーー圃ー，

13$・ZrCtl (LI

30 40 50 60 70 晶rOJ.ClcPEA CEtlt CIIIlOMIUM

Cr

Fig. 4 Zirconium-chromium equilibrium diagram

-17-

I

oa

0 ring

Crystal tube

Zircaloy-4

Coil

_SUS304

0 ring

to Vacuum PumpingSystem

1

Fig. 5

to Vacuum PumpingSystem

Schematic drawing showing

the set-up for induction

eutectic brazing at first

experimental making

0 ring

Crystal tube

Zircaloy-4

Coil

SUS304

w

0 ring

6 Schematic drawing showing the set-up for induction


。ringCrystaJ tube

」〉開閉

-EZ恒晶

'O曲一

Crystal tube

Coil

ZircaloY-4

SUS304

to Vacuum Pumping System

I~Coil

∞

。ring

O



6

。tovaEuumpumpingSystem

Schematic drawing showing

the set-up fQr induction Fig・

eutectic Þ~azing at first

experim~ntal making

5 Fig.

.1AER1-M 8-1-081

scLU

300

200

100

0

Pressure=84.8kg/cmz

l i t

0 10 20 30 40 50 60

TIME, days

Fig. 7 Diagram of thermal cycling test

He gas ( 1 a t m )

Eutectic JointZry-4 SUS304

in

3 / / V TIG

Sheathed Thermocouple

/'Element : K-type >Insulator: MgO

V : StfS316y

25 .

35 25 .

70

12

Epoxyresinseal

2000 10

Fig. 8 Specimen of the eutectic joint for thermal cycling test

-19-

.1AER I-M 84・081

ω • 3001・u" = E200ト<t E u"

量100u"

ド WUUI 。r-10

Pressure = 84. 8 kg Icm2

，...， I

nu 凋MT

ed-MF

2H

・周回

ニ3

眠

E

T

a

」ー=Fig. 7 Diagram of thermal cycling test

(撚;r;鉱~6)

70 2000 10

Fig. 8 Specimen of the eutectic joint for thermal cycling test

一19-

.IAERI-M 84-081

Eutectic jointZircaloy-4

\ S\ *

it

J si A

\

4 '50150

SUS304

A H/B,n/ " iO

[^

, 30 .50

Fig. 9 Specimen of the first experimental not-tapered eutectic


Eutectic joint

P |

Zircaloy-4

so i

1 S* 1

50150

SUS304

* —• * !

/R2050

30 a

Fig. 10 Specimen of the first experimental 10"-tapered eutectic


-20-

P 4・・

.1.>¥ERI-M 84・081

50

150

P

-・'

Fig. 9 Specimen of thc first cxpcrimcntal not-tapered eutectic

joint for tensilc tcst at room tcmperature

ぷ.-f二主主産量i位ちごっ三三三-4ι

Fig. 10 Specimen of the first experimental 100-tapered eutectic


-21)-

1AERI-M 84-081

Zry-4 „Eutectic Joint

SUS304LfJ

37 -90* or 20'

30 70 15 30

160

Fig. 11 Specimen of the second experimental eutectic joint for

tensile test at room temperature

Zry-4Eutectic joint

SUS304

Fig. 12 Specimen of the eutectic joint for tensile test at

300°C

-21-

IAERI-M 84・081

30 30

160

Fig. 11 Specimen of the second experimcnta1 cutectic joint for

tensi1c test at room tcmpcrature

25 回一却a

冒・・

25

Fig. 12 Specimen of the eutectic joint for tensile test at

30QOC

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JAER1-M 84-081

Zry-4

Eutectic JointSUS304

Fig. 13 Specimen of the eutectic joint for bend test

Fig. 14 Specimen of the eutectic joint for burst test

-22-

JAERI・M 84・081

Fig. 13 Spccimen of the cutectic joint for bend test

マママママ

a[[

25 _L 30

55 110

Fig. 14 Specimen of the eutectic joint for burst test

-22-

JAER1-M 84-081

Photo. 1 High-frequency induction heating apparatus

-23-

JAERl・M 84・081

Photo. 1 High-frequency induction heating apparatu5

-23-

JAERI-M 84-08!

Photo. 2 Autoclave for thermal cycling tost

Photo. 3 Specimen after thermal cycling test

-24-

JAERI-M 84・08]

Pt.oto. 2 Autoclave for thermal cycling tcst

Photo. 3 Spec-imen after therrnal cycling test

-24-

JAER1-M 84-081

SUS304 Zry-4

- ' 3 4 5 eW37Pin8V09 1,0 1 ? .1

Photo. A Specimen after thermal cycling test


-25-

.IAERI-M 84・081

SUS304 Zry・4

個P2 345…81.Q9 1:0 1 ~司 4

Photo. 4 Spccimcn aftcr thcrmal cycling tcst

叫


-25-

.1AERI-M 84-081

Zry-4 SUS304

<; 4 S *i 7 H t

Photo. 6 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for tensile

test at room temperature (A1-JV5)

SUS304 Zry-4

i a i 4 4 *

Photo. 7 Specimen of the 10"-tapered eutectic joint for tensile

test at room temperature (B1-B5)

-26-

lAERI-M 84・081

Zry・4 SUS304

1〆" .r: 4"'， f， 7 ~i .' .1.; t， H

Photo. 6 Spec.imcn of the 4S・-tapcrcdcutcctic joint for tcnsilc

tcst at room tcmpcraturc (Al・A5)

割JS304 Zry・4

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17

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ッam担u

Photo. 7 :pecimen of the 10・-taperedeutectic joint for tensile

test at room temperature (B1四 B5)

-26-

JAER1-M 84-081

SUS304 Zry-4

u s> I i ? a 4 •;> fi 7 a ?. 3 •» '-

Photo. 8 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for tensiletest at 3006C (C1-C5)

Zry-4 SUS304

Photo. 9 Specimen of the 10°-tapered eutectic joint for tensile

test at 300°C (D1-D4)

-27-

JAERI・10.1 84・081

Zry・4SUS304

‘ー

:i 2 行 '1

Specimen of the 45・-tapercdcutcctic joint for tcnsilc

tcst at 3000C (CI-C5)

U 7 ~，' A 3 2 f:， I.j

自Photo.

sus羽4Zry-4

I51

Ja--ef'do'

2 44!11 占 64‘ 3

θ

2

ー8

Specimen of the 10・畠taperedeutectic joint for tensile

test at 300・C (D1-D4)

-27-

9 Photo.

JAER1-M 84-081

SUS304

Zry-4

Photo. 10 Specimen of the 45"-tapered eutectic joint for tensile


Photo. 11 Specimen of the 45"-tapered eutectic joint for bend

test (E1-E5)

-28-

JAERl・M 84・081

sus調4

Zry".4

Photo. 10 Specimen of the 45・-taperedeutectic joint for tensilc

test at room temperature (Al-A5)

舗栂舗4

Photo. 11 Specimen of the 45・-taperedeutectic joint for bend

test (E1-E5)

-28-

JAER1-M 84-081

SUS3O4 Zry-4

(I >l 1 .•• 3 4 -i e 7 U U

Photo. 12 Specimen of the 10°-tapered eutectic joint for bend

test (F1-F5)

SUS304 Zry-4

Photo. 13 Specimen of the 45"-tapered eutectic joint for bend

test (E1-E5)

-29-

JAERl・M 84・081

ZrV-4

!，，司 7 U 9 4

3

i!弓W

SUS304

"

10・恒tapercdcutcct~c joint for bcnd

ぜ 7 {j

12 Specimen of the

test (F1・F5)

♂.~.，・"~t (~

Photo.

Zry-4 割JS羽4，

ぺパ 1~TrrT崎?144十叫\， ~ι" .υ3い •

Photo. 13 Specimen of the 45・-taperedeutectic joint for bend

test (E1-E5)

-29-

JAERI-M 84-081

SUS304 Zry-4

Photo. 14 Specimen of the 10o-tapered eutectic joint for burst

test (H1-H5)

SUS304 Zry-4

Photo. 15 Specimen of the 45°-tapered eutectic joint for burst

test (G1-G3)

-30-

JAERI-M 84・081

Zry・4

¥ ，・

sus却4

， ~， .，“自

14 Specimen of the lOO-tapered eutectic joint for burst

test (Hl幽 H5)

Photo.

Zry・4制S羽4

i4

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Photo. 15 Specimen of the ~5 ・-tapered eutectic joint for burst

test (GI-G3)

-30-

JAERI-M 84-081

150jum





-31-

JAERI・M 84・081

150μm

Photo. 16 Microqraph of the not-tapered eutectic joint aftcr



e1ectro1ytic etching

-31ー

JAER1-M 84-081

Photo. IB Micrograph of the not-tapered eutectic joint before

chemical etching


chemical etching for 30 seconds

-32-

JAERI -M 84・081

Photo. 18 Microqraph of the not-tapered eutectic joint before

chemical etching


chemica1 etching for 30 seconds

-32-

JAERI-M 81-081

Pho.o. 20 Micrograph of the eutectic joint for thermal cycling




-33-

JAERI・M84・081

P!lcro. 20 Micrograph of the eutectic joint for thermal cycling

test bcfore chemical etching

Photo. 21 Micrograph of the eutectic joint for therma1 cycling

test after chemica1 etching for 10 seconds

-33-

JAERI-M 84-08]

600jjm





-34-

.IAERI・M 84・OBl


test after chemical etching for 20 aeconds

Photo. 23 Micrograph of the eutectic主ointfor thermal cycling


-34-

JAER1-M 84-081

SUS304 /-115Ojjm

Photo. 24 Micrograph of the 10°-tapered eutectic joint

(Brightfield)

Photo. 25 Micrograph of the 10°-tapered eutectic joint

(Darkfield)

-35-

]AERI・M 84・081

一Jm-nu

-EJ

迫

Photo. 24 Micrograph of the 10・四tapercdcutcctic joint

(Brightfie1d)

Photo. 25 Micrograph of the 100-tapered eutectic joint

(Darkfield)

-35-

JAER1-M 84-081

I 115OjumSUS304

Photo. 2(5 Micrograph of the eutectic joint (Brightficld)

Photo. 27 Micrograph of the eutectic joint (Polarized light)

-36-

150μm SUS304i

JAER I-M 84・081

Photo. 26 Micrograph of the ~utectic joint (Brightficld)

Photo. 27 Micrograph of the eutectic joint (polarized light)

-36-

JAER1-M 84-081

Photo. 28 Micrograph of the eutectic joint (Darkficld)

150jjm

Photo. 29 Micrograph of the eutectic joint (Interference

Contrast)

-37-

JAERl・M 84・081

Photo. 28 Micrograph of the eutectic joint (Darkfield)

Photo. 29 Micrograph of the eutectic joint (lnterference

Contrast)

-37-

SUS304

73

k

about 1.2mm from the surface

about 0.6ram from the surfacenear surface



』〉何

m--Z曲晶・

oE】

副島凋4

181

Ilbout 1. 2・圃 fr白血 the surface

Ilbout O.6mm from the surfllce near・urface

Photo. 30 Depth dependence of the eutectic zone of the specimen of the 100-tapered eutectic joint

I

I

SUS304

pi•70

2oo





of the 10o-tapered eutectic joint

SUS3O4

』〉何河】'富田晶

'E

∞-

about 3.8岡田 fro圃 th@ surface

about 2.6園田 fro圃 the surface

省

about 1.4開閉 from th@ surfac@


of the 100-tapered eutectic joint

SUS3M

I*I

about 3.8m* from the surface

about 2.6am from the surface




sus調4

』〉阿国---霊園AaO曲】

about 3.8111圃 fro.the surface

き

about 2.6圃圃 fro・the !Surface


Photo. 32 Depth dependence 0王 theeutectic zone of the specimen


SUS304

70

kCO


30 tti r-





割局調4

』〉何珂

--g∞haC白】

about 6.0mm from the surface about 5.0mm fro田 the surface

lhMl


Photo. 33 Depth dependence of the eutectic zone 0f the specimen of the lOO-tapered eutectic主oint

SUS304



about 4.0tnm from the surface



"

sus羽4

』〉同局】・・玄∞晶'ロ恒】

about 6.0開園 fro田 the surface

-色Nl

about 5.0~~ fro. the 事urface



of the lOO-taperea eutectic joint

JAERI-M 84-081

Photo. 35 Composition image

superimposed with

Zr-L* line profile


superimposed with

Fe-K* line profile

Photo. 37 Composition imagesuperimposed withCr-K* line profile


superimposed with

Ni-K* line profile

-43-

JAERI・M 8~ ・ 081

Photo. 35 Compo.ition image

superimpo・edwHh

Zr-LA line profile


superimposed with Cr-Ko! line profile

--43-

Photo. 36 Compodtion image

.uper.impo・edwith

Fe-~ line profile

Photo. 38 Compositiori image

super~mposed with

Ni-K.! line profile

JAER1-M 84-08]

Photo. 39 Composition image Photo. 40 Composition image

superimposed with superimposed with

Zr-L« line profile Fe-K* line profile

Photo. 41 Zr-L* X-ray image. Photo. 42 Fe-K* X-ray image,associated with associated withPhoto. 39 Photo. 40

-44-

JAERI・M 84・081

Photo. 39 Composition im・gesuperimpoaed with

Zr-L_ 1ine profi1e

Photo. 41 Zr-L. X-ray i"ge， associated with Photo. 39

-44-

Photo. 40 Compoaition imaqe

auper1mpoaed with

Fe-I<，& line profUe

Photo. 42 Fe-K~ X-ray image， associated with Photo. 40

JAERI-M 84-081

Photo. 43 Region of the eutectic joint for quantitative

microprove analysis

-45-

JAER1-M 84・081

Photo. 43 Region of the eutectic joint for quantitative

microprove analysis

-45ー

JAERI-M 84-081

Documents

Transcript of JAERI-M 84-081