照射損傷素過程モデルの開発(I)-材料のミクロ組織変化とスエリングに及ぼすニオブと溶体化処理温度の効果の検討-

Model development of elementary processes of irradiation damage in materials (I): The influence of Nb content and solution treatment temperature on microstructure change of materials

室賀 健夫*; 渡辺 英雄*; 荒木 邦明*; 吉田 直亮*; 宮本 好雄*; 高橋 伸幸*

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本報告書は表記課題につき、九州大学応用力学研究所が動力炉・核燃料開発事業団の委託を受け平成6年度に実施した研究の成果をまとめたものである。高速増殖炉原型炉もんじゅの高燃焼度燃料被覆管として採用予定のPNC316を常陽C3M集合体で照射した結果、化学成分(特に添加Nb量)及び最終熱処理条件が若干異なる2種類の被覆管のスエリング挙動に差異が生じた。本報告書ではオーステナイトステンレス鋼で、Nb添加量と溶体化処理温度が、照射損傷組織においてどのような影響を与えるかを明らかにし、常陽C3M集合体でのスエリング挙動の違いが成分元素の違いに依るものか、あるいは熱処理条件の違いに依るものなのかを明らかにすることを目的とした。具体的方法としては2種類の合金(K557、S553)を超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いて連続観察を行い、ステンレス鋼の化学成分及び最終熱処理温度とボイドスエリング挙動との関連を調べるものとした。この結果、Nb添加オーステナイトステンレス鋼中での点欠陥挙動すなわち、格子間原子(空孔)の移動エネルギー、Nbと点欠陥との結合エネルギー、Nb添加量あるいは溶体化処理温度の違いが転位ループの形成やボイドスエリングなどの組織変化に及ぼす影響が示された。以上から、実用オーステナイトステンレス鋼のボイドスエリング機構を理解するためには、リン化物の形成あるいは炭化物の形成とそれに及ぼす冷間加工の効果等を総合的に考慮する必要性があることを提言した。

This report describes the irradiation experiments in Kyushu University as detailed in the schedule and specification of the contract signed on 16 November 1994 by PNC and Kyushu University. The swelling behaviour of two different types of PNC316, which will be used as the high burnup fuel pin cladding of the fuel assemblies for MONJU, showed slight difference depending on the level of niobium addition and/or solution annealing temperature during C-type irradiation experiments in JOYO. The objectives of the present study is, therefore, to understand the fundamental rules of niobium addition and the solution annealing temperature on void swelling behaviour of PNC316 under irradiation. In this study, two different PNC316 stainless steels (K557 and S553) were used and irradiated with highly controlled electron beams in a high voltage electron microscope (HVEM). Interstitial and vacancy type defect formation of PNC316 were strongly affected by the migration energy of point defects and the binding energy between pont defects and niobium. The present results revealed that the role of cold-working on precipitates (MC and phosphide) stability is essential to understand the microstructural evolution of PNC316.