Development of ODS ferritic steel cladding for the advanced fast reactor fuels

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皆藤 威二 ; 鵜飼 重治  ; 大塚 智史   ; 成田 健

Kaito, Takeji; Ukai, Shigeharu; Otsuka, Satoshi; Narita, Takeshi

ODSフェライト鋼は、耐照射特性に優れたフェライト鋼に酸化物粒子を分散させて高温強度を飛躍的に改善したものであり、燃料被覆管として重要な耐照射特性と高温強度に優れた材料である。JNCでは、ODSフェライト鋼を実用化段階での燃料被覆管の有力候補材と位置付けて研究開発を進めてきており、これまでに等軸状の結晶粒内にナノメータレベルの酸化物粒子を緻密に分散させる組織制御技術を開発し、被覆管を製造することに成功している。これらの製造したODS鋼被覆管のリング引張と内圧クリープ破断強さは従来のフェライト-マルテンサイト鋼(PNC-FMS)よりも優れており、周方向の適切な延性も維持されている。実用規模生産による経済的な製造工程の可能性調査も行った。また、ODS鋼被覆燃料ピンの高燃焼度への適用性を確証するため、JNC-RIAR共同研究の下に、BOR-60でのODS鋼燃料ピンの照射試験を実施している。今後は、「常陽」での燃料ピン照射試験を実施する計画である。

Oxide Dispersion Strengthened (ODS) ferritic steel has excellent swelling resistance and improved high-temperature strength, which are important properties for the fast reactor fuel cladding tube. Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC) has developed a method for microstructure control to disperse nano-sized oxide particles in equiaxed crystal grain and succeeded in producing high performance ODS ferritic steel cladding. The ring tensile and internal creep rupture strengths of the manufactured ODS ferritic claddings exhibited excellent performance far beyond that of conventional ferritic-martensitic steel (PNC-FMS) and austenitic steel (PNC316). Adequate ductility in hoop direction was also maintained. The feasibility study was also conducted for economically manufacturing process with capable of large-scale production. In order to confirm and demonstrate the ODS fuel pin integrity to high burnup conditions, the irradiation test in BOR-60 has been conducted under the framework of JNC-Russia FBR cycle cooperation and the irradiation test in JOYO is under the planning stage.