高純度鉄基合金開発に関する研究; 高純度試料作製・極微量分析・特性試験, 先行基礎工学分野に関する報告書

Research on development of high-purity iron-based alloys; Manufacture, analysis of small amount of element and property tests

安彦 兼次; 高木 清一*; 加藤 章一 ; 永江 勇二 ; 青砥 紀身 ; not registered

not registered; not registered; not registered; not registered; Aoto, Kazumi; not registered

本研究では、現状技術で製作可能な高純度鉄および高純度鉄基合金の材料諸特性を把握し、先進的高速炉の構造材料および機能性材料への適用見通しを得ることを目的とする。そこで、まず10kg程度の高純度鉄及び高純度鉄基合金を超高真空対応のコールドクルーシブル溶解炉を用いて溶製した。次に高速炉の特徴である高温ナトリウム環境と高純度鉄および高純度鉄基合金との共存性、常温および高温における引張特性について検討した。また、高純度鉄基合金の高速炉構造材料に特化された性質の一つである高温クリープ特性を調べるために550におけるクリープ試験を行い、その特性を評価した。さらに、高純度鉄の基本的材料特性である熱膨張係数や比熱、電気比抵抗などを測定し、機械的特性等含めて高速炉構造材料への見通しを評価した。特性試験および評価より以下の結果が得られた。(1)超高真空対応のコールドクルーシブル溶解炉を用いて10kg程度の高純度鉄および高純度50%Cr-Fe合金を溶製することができた。(2)常温および高温における変形挙動を理解するために高純度50%Cr‐Fe合金の引張試験を行った。その結果、高純度50%Cr-Fe合金は高温においても高強度でかつ延性を有していることがわかった。(3)高純度50%Cr-Fe合金の物理的特性(熱膨張係数や比熱等)を測定した。高純度50%Cr-Fe合金の熱膨張係数はSUS304よりも小さく、高速炉構造材料として有望であることがわかった。(4)ナトリウム腐食試験の結果、普通純度鉄は重量減少を示したが、高純度鉄は重量増加を示した。また、普通純度鉄は粒界近傍に著しい腐食が生じていたが、高純度鉄は粒界にも腐食は生じていなかった。(5)高純度50%Cr-Fe合金の550でのクリープ試験を実施した。その結果、短時間側で高純度50%Cr-Fe合金のクリープ破断強さは改良9Cr-1Mo鋼よりも高強度であるが、長時間側では同程度の強度であった。一方、クリープ破断伸びおよび絞りは改良9Cr-1Mo鋼より若干低下した。

The purpose of this study is to understand the material properties of manufacturable high-purity iron and high-purity iron-based alloy in present technology and to get an applicable prospect for the structural and functional material of the frontier fast reactor. Then the about 10kg high-purity iron and iron-based alloy were melted using a cold-crucible induction melting furnace under the ultra-high vacuum. Subsequent to that, the compatibility between the melted material and the high-temperature sodium environment which is a special feature of the fast reactor and tensile property at room and elevated temperatures were investigated using the melted materials. Also, the creep test using the high-purity 50%Cr-Fe alloy at 550C in air in order to understand the high temperature creep property. ln addition, the material properties such as thermal expansion coefficient, specific heat and electrical resistance were measured and to evaluate the outlook for the structural material for the fast reactor. The following results were obtained based on the property test and evaluation. (1)lt was possible to melt the about 10kg high-purity ingot and high-purity 50%Cr-Fe alloy ingot using a cold-crucible induction melting furnace under the ultra-high vacuum. (2)The tensile tests of the high-purity 50%Cr-Fe alloy were performed at room and elevated temperatures in order to understand the deformation behavior. From the experimental results, it was clear that the high-purity 50%Cr-Fe alloy possesses high strength and good ductility at elevated temperatures. (3)The physical properties (the thermal expansion coefficient and specific heat etc.) were measured using the high-purity 50%Cr-Fe alloy. lt was clear that the thermal expansion coefficient of high-purity 50%Cr-Fe alloy was smaller than that of SUS304. (4)From the corrosion test in liquid sodium, the ordinary-purity iron showed the weight loss after corrosion test. However the high-purity iron showed ...