Extra radiation hardening and microstructural evolution in F82H by high-dose dual ion irradiation

高照射量まで2重イオン照射されたF82H鋼の照射硬化促進とミクロ組織変化

安堂 正己; 若井 栄一  ; 沢井 友次; 松川 真吾; 内藤 明*; 實川 資朗; 岡 桂一朗*; 田中 典幸*; 大貫 惣明*

Ando, Masami; Wakai, Eiichi; Sawai, Tomotsugu; Matsukawa, Shingo; Naito, Akira*; Jitsukawa, Shiro; Oka, Keiichiro*; Tanaka, Teruyuki*; Onuki, Somei*

ブランケット構造材料の候補材料である低放射化フェライト鋼では、照射による靭性の低下(延性脆性遷移温度の上昇)が重要な課題となっている。本研究では、低放射化フェライト鋼F82Hに対して、照射硬化が、靭性の低下と大きな関連を有することに着目し、特にヘリウムによる硬化促進及び高照射量での硬化挙動について、TIARAによる多重ビーム照射を用いて調べた。まずヘリウムがない場合における、照射硬化の照射量依存性を調べた結果、633Kにおいては、30dpaまで硬化は増加する傾向にあるが、それ以上の照射量においては飽和傾向を示すことが明らかとなった。さらに同照射温度にて、ヘリウムが照射硬化の促進に及ぼす影響について、ヘリウム注入比を10/100appmとしてそれぞれ比較した結果、1000appmを超えるとわずかな硬化の促進が見られるが、約3300appm(ヘリウム注入条件100appmHe/dpa)の場合においては、20%程度の硬化量の促進が生じることがわかった。

The objectives of this study are to evaluate radiation hardening on ion-irradiated F82H up to 100 dpa and to examine the extra component of radiation hardening due to implanted helium atoms (up to 3000 appmHe) in F82H under ratio of 0, 10, 100 appmHe/dpa.The ion-beam irradiation experiment was carried out at the TIARA facility of JAERI. Specimens were irradiated at 633 K by 10.5 MeV Fe ions with/without 1.05 MeV He ions. Micro-indentation tests were performed at loads to penetrate about 0.40 mm in the irradiated specimens using an UMIS-2000. The results are summarized as follows:1) As a result of the single irradiated F82H, the micro-hardness tended to increase about 30 dpa. 2) The extra radiation hardening was obviously caused by co-implanted helium atoms more than 1000 appm in F82H irradiated at 633 K. 3) In the dual-beam (100 appmHe/dpa) irradiated microstructure, nano-voids and fine defects were observed. It is suggested that the formation of nano-voids causes the extra radiation hardening by helium co-implantation.