フェライト鋼照射材料シャルピー衝撃特性と破壊靭性の評価(3)

Evaluation of charpy impact properties and fracture toughness for irradiated ferritic steels (3)

栗下 裕明*

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SMIR-10において照射温度823K、高速中性子照射量(3.29.0)10の26乗n/m2(E0.1MeV)の照射を受けた4種類のフェライト鋼、すなわちサイクル機構で開発されたPNC-FMS鋼の61FKと61FS、及びボイラー用材料として使用実績の豊富なASTM A213T9(F9S)材とフェライトマルテンサイト鋼のNSCR9材について、計装化シャルピー衝撃試験を行って全吸収エネルギー、動的降伏荷重、動的最大荷重及び脆性破壊開始時における荷重と変位を測定し、それらの結果から延性脆性遷移温度(DBTT)と上部棚エネルギー(USE)を求めた。用いた試験片はJIS‐4号シャルピー試験片で、外形寸法2mm10mm55mm、Vノッチの深さ2mm、開き角45度、ノッチ底半径0.25mmである。得られた主な結果を以下に記す。1)DBTTは、いずれの鋼種においても、本照射量の範囲では照射量にあまり依存しなかった。また、高照射量(8.89.010の26乗n/m2)におけるDBTTは、高い方から61FK、NSCR9、61FS、F9Sの順位であった。2)USEの照射量依存性は、61FKでは照射量の増加と共に低下し、61FSでは変化せず、F9Sでは逆に増加する傾向がみられた。また、高照射量におけるUSEは、低い方から61FK,NSCR9,61FS,F9Sの順位であり、DBTTの高い方からの順位と一致した。3)高照射量におけるDBTTの増加量(DBTT)は、非照射材のデータが得られていないF9Sを除くと、大きな方から、61FS、61FK、NSCR9の順位であったが、それらの差は小さかった4)高照射量におけるUSEの低下量(USE)は、非照射材のデータが得られていないF9Sを除くと、大きな方から61FS、61FK、NSCR9の順位であった。5)既報の照射温度723Kの結果と比較すると、823K照射による脆化の方が大きく、特にF9Sと61FSで顕著であった。

Four kinds of ferritic steels, 61FK, 61FS, ASTM A213T9 (F9S) and NSCR9, were irradiated in SMIR-10 at 823 K to (3.2-9.0)10 n/m (E 0.1 MeV) and subjected to instrumented Charpy impact tests. The absorbed energy, dynamic yield and maximum loads, brittle fracture load and the deflection to brittle fracture were measured as a function of test temperature and ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) and the upper shelf energy (USE) were evaluated. For the test, Charpy V-notch specimens, JIS-4, were used which had the dimensions of 10 2 55 mm and V-notch geometry of notch root radius of 0.25㎜, notch depth of 2 mm and notch angle of 45 degrees. Main results obtained are as follows. (1)The DBTT was less dependent on neutron dose. The DBTT for the higher dose of (8.8-9.0)10 n/m increased in th order of 61FK, NSCR9, 61FS and F9S. (2)As the neutron dose increased, the USE decreased for 61FK, while it stayed almost constant for 61GS and increased for F9S. The USE for the higher dose decreased in the order of 61FK, NSCR9, 61FS and F9S, which was the same as the increasing order of DBTT. (3)The DBTT shifts, DBTT, due to irradiation with the higher dose level increased in the order of 61FK, 61FS and NSCR9, except for F9S, where the DBTT in the unirradiated state is not available, (4)The change in USE, USE, due to irradiation with the higher dose increased in the order of 61FS, 61FK and NSCR9, except for F9S. (5)Comparison of the present results with the previous ones irradiated at 723K in SMIR-10 showed that 823K irradiation caused considerably larger embrittlement than 723K irradiation, especially for F9S and 61FK.