Evaluation of mechanical properties and microstructure in ion-irradiated surface layer

イオン照射材料表面層の機械的特性と微細組織の評価

直江 崇*   ; 二川 正敏  ; 内藤 明*; 粉川 広行  ; 池田 裕二郎; 本橋 嘉信*

Naoe, Takashi*; Futakawa, Masatoshi; Naito, Akira*; Kogawa, Hiroyuki; Ikeda, Yujiro; Motohashi, Yoshinobu*

核破砕中性子源水銀ターゲット容器材料は、核破砕条件による陽子&中性子同時照射と水銀環境に曝される。これらの環境によるターゲット容器材料の劣化を評価するために、核破砕条件を模擬したイオン照射と水銀浸漬実験を容器候補材316ステンレス鋼に対して行い、材料表面層の機械的特性の変化を押し込み試験技術と微細組織観察結果から評価した。押し込み荷重-深さ曲線に逆解析を適用して評価した応力歪み曲線から、核破砕条件下で照射後に水銀浸漬を施すと最大引張り強さまでの延びは、受け入れ材の約1/3程度に低下すると推測された。さらに、キャピテーション壊食低減技術として窒化&浸炭硬化処理を施した表面層は、照射の影響をほとんど受けないことがわかった。微細組織観察から、硬化処理により生じた転位群が照射による発生した転移のシンクとして作用するためと考察できた。

Target vessel materials used in spallation neutron source will be exposed to proton and neutron irradiation and mercury immersion environments. In order to evaluate the surface degradation of the vessel candidate materials due to such environment, the triple-ion beam irradiation taking the spallation reaction into account and mercury immersion tests were carried out. Mechanical properties of the gradient surface layer ware evaluated by the inverse analysis with multi-layer model that considers distribution of surface characteristic was applied to the load and depth curves measured by using the instrumented indentation machine. Transmission electron microscopic observations ware performed to evaluate the changes of microstructure in irradiated surface layer using focused ion-beam cut micro-specimen. It was confirmed that the ductility loss is enhanced by the irradiation and mercury immersion, and simulated stress and strain curves of the ion-irradiated surface layer ware adequately in good agreement with the curves of experimental equivalent neutron-irradiated material.